1. 自然干化脫水原理

污泥的自然干化是一種歷史悠久、簡(jiǎn)便易行的污泥脫水方法，其原理是利用自然力(如太陽(yáng)能)去除污泥中的水分。

方式主要有污泥干化床或污泥塘、冰凍-解凍床和脫水礁湖。其中以污泥干化床最為常用，適用于小型污水廠。此外，國(guó)外近些年出現(xiàn)了一種通過(guò)種植蘆葦?shù)日由参飦?lái)實(shí)現(xiàn)污泥干化的新方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需電能也不需化學(xué)物質(zhì)，可視作一種可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的人造生態(tài)系統(tǒng)，可使污泥固體含量由1%增加到40%，還可富集過(guò)量的重金屬。但其缺點(diǎn)也較為突出，主要在于該法占地面積大并對(duì)地下水環(huán)境造成潛在威脅。

2.污泥自然干化設(shè)施的基本構(gòu)造和工藝過(guò)程

(1) 干化床

傳統(tǒng)的污泥自然干化一般均采取千化床的形式，利用該種方法干燥后的污泥含固率較高，可達(dá)25%~35%，但是其占地面積大、衛(wèi)生條件差、鏟運(yùn)裝卸勞動(dòng)強(qiáng)度大因此適用于氣候比較干燥、蒸發(fā)率相對(duì)較高、土地使用不緊張并且環(huán)境衛(wèi)生條件允許的地區(qū)。千化床最初用于污水廠的生物污泥處理，而發(fā)展至今也用于水廠污泥脫水。

般來(lái)說(shuō)，常規(guī)的干化床在下部一般鋪一層砂，也可在砂下再加一層礫石，污泥進(jìn)入干化床后，通常依靠蒸發(fā)、滲透和溢流這3種脫水機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)其水分的去除。其中蒸發(fā)是其最主要的脫水機(jī)理，用于去除滲透和溢流后剩余的污泥水分。蒸發(fā)效果取決于日照量與日照時(shí)間，因此干化場(chǎng)方式僅適合于日照強(qiáng)烈、蒸發(fā)率較高的千旱地區(qū)。在干化床中，污泥的自由水在重力的作用下從泥層中脫離，其中一部分自由水從底部滲入砂層，然后由收集系統(tǒng)匯集并排除，另一部分形成上清液層，通過(guò)溢流而去除。此外，降落于干化床的降水也同樣由溢流管排出。

而在實(shí)際應(yīng)用中的干化床的形式主要有以下幾種：

1)太陽(yáng)能干化床

太陽(yáng)能干化床的中心有一層脫水砂層，底部設(shè)有墊層或由混凝土澆筑而成，墊層中可埋設(shè)風(fēng)管，為抵御雨水沖襲可設(shè)保護(hù)層。整個(gè)底部為不透水的封閉設(shè)計(jì)，故僅有少量或根本沒(méi)有滲透排水，污泥的千化依靠溢流和蒸發(fā)作用來(lái)完成。由于底部封閉，因此此類干化床亦無(wú)需設(shè)置排水暗渠，節(jié)省了建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，其最大的特點(diǎn)是不需要換砂，從而降低了修護(hù)和清理成本。

2)由邊墻、一層砂層或碎石層和地下排水管組成的千化床

此類千化床主要由邊墻、一層砂層或碎石層和地下排水管構(gòu)成，并根據(jù)具體情況考慮是否在頂部設(shè)綠化層。在蒸發(fā)、滲透和溢流3種脫水機(jī)理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)污泥干化。

3)楔入金屬網(wǎng)間隔層的千化床

在該類千化床中設(shè)置有金屬網(wǎng)間隔層，以便滲透液的排出。操作過(guò)程中，為了便于控制泥餅的形成過(guò)程和機(jī)械清泥，先用一層薄薄的水層將干化床淹沒(méi)，再在其上注入液體污泥，使污泥處于水層之上。(www.ws46.coM)

(2)冰凍-解凍床

由于冰晶具有高度規(guī)則的結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有外力作用時(shí)很難容納其他原子、分子和雜質(zhì)。因此生長(zhǎng)過(guò)程中的冰晶在與污泥顆粒等原子、分子和雜質(zhì)接觸時(shí)，將會(huì)排擠這些物質(zhì)，從而使所有水分子聚集、凍結(jié)在一起，同時(shí)也使這些原子、分子和雜質(zhì)集合起來(lái)，進(jìn)而將水和其他物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)，此為冰凍-解凍方法的作用機(jī)理。

通過(guò)冰凍解凍和蒸發(fā)后，污泥顆粒粒徑變大且依然能保持絮凝狀態(tài)，即使經(jīng)強(qiáng)烈攪拌后也不會(huì)破碎，污泥體積會(huì)下降而含固率上升，若再伴隨有蒸發(fā)作用，則其體積的下降將超過(guò)70%，含固率可高達(dá)80%。通常，該法適合較寒冷的地帶使用。

(3)脫水礁湖

脫水礁湖的污泥干燥原理與太陽(yáng)能干化床如出一轍，構(gòu)造也相似，同樣具有溢流結(jié)構(gòu)和排水暗渠。完全充滿脫水礁湖所需的時(shí)間很長(zhǎng)，一般長(zhǎng)達(dá)3~12個(gè)月，因此其工作期也較長(zhǎng)，到另一個(gè)礁湖被充滿的這段時(shí)間之內(nèi)均可對(duì)污泥進(jìn)行脫水、干化，這就使其具有較高的污泥負(fù)荷水平，并可以削減峰值。

目前，一些寒帶地區(qū)的水廠開(kāi)始了利用冰凍-解凍原理來(lái)對(duì)脫水礁湖工藝進(jìn)行改進(jìn)的嘗試。其中一項(xiàng)技術(shù)就是先將脫水礁湖中的表層水溢流排出，而將剩余的污泥置于冬季的空氣中冰凍，從而去除其中的水分。另一項(xiàng)技術(shù)是在冬季時(shí)用泵將脫水礁湖中的一小部分污泥抽至干化床或池塘，使其結(jié)冰進(jìn)而脫水。相比之下，第二種技術(shù)更易于使污泥完全冰凍，也可較好地保證對(duì)污泥脫水的實(shí)施效果。