1污泥特性

当前，我国城市污泥的重金属含量过高，铬、镉等重金属物质吸附在污泥中，并长期沉淀。工业废水会产生大量的重金属，小部分重金属来自人类生活，如铜和锌。如果将污泥用于正常土壤中，其内部的重金属会逐渐富集在地表层，进而通过食物链进入人体。重金属危害极大，是阻碍污泥大规模利用的重要因素。

1.2 有机质污染

污泥中含有大量有机质，有机质随着时间的推移会持续分解，滋生各种微生物和寄生虫。污泥中还存在有机高聚物，如呋喃、多氯联苯以及多环芳烃等，该类物质毒性大，不易降解，会严重危害人体健康。未处理的新鲜污泥含有极多病原体，任意排放后，一旦与土壤、水体相结合，将会带来诸多不良影响。

1.3 含水率较高

污泥含水率是污泥中水的质量除以污泥总质量的比值，其高低受水分组成影响。污泥中自由间隙水一般呈游离态，大约占70%，可以通过浓缩脱水去除。毛细结合水占比为20%，往往需要采用高机械力进行压滤和离心脱水等操作，才能达到去除的目的。表面吸附水的比重大约为5%，需要加入絮凝剂来调节。胞内水占比为5%，脱水难度较大，目前多采用生物分离或热力方法去除。

2 国内污泥处理现状

受多方条件制约，我国污泥处理水平整体比较落后，一直以来，污水处理厂“重水轻泥”，污泥只是经过简单的脱水处理便被外运，这在一定程度上加重了生态破坏。近些年，我国生态环境进一步恶化，相关部门对污泥处理给予了高度重视，许多发达地区持续加大污泥处理力度，并积极建设治理项目。当前，我国常用的污泥处置方式包括焚烧、外运、土地填埋、随意堆放以及资源化利用。由于制度和监管方面的缺陷，污泥处理存在许多不合理现象，填埋和外运堆放无人管理，因此始终难以实现污泥的减量化、无害化和稳定化处理。

调查数据表明，目前我国还有部分乡镇未设置污水处理设施，这种现象在农村地区更为普遍。随着城市化建设脚步的加快，人们的生活水平不断提高，污水产生量不断上升，污泥产量也随之增加。截至2015年底，我国污泥的总产生量约为3500万t。预计2020～2025年，我国污水处理量将达到顶峰，污泥总生产量在2020年末很有可能突破6000万t。

3 污泥处理技术

3.1 浓缩脱水技术

浓缩脱水技术不仅能够缩小污泥体积，还能降低污泥含水量。浓缩方式主要分为两种，一是机械浓缩，二是重力浓缩。与后者相比，机械浓缩占地面积较小，建设成本低，操作环境好，能够有效避免污泥厌氧磷的问题。浓缩技术主要应用生物除磷的方法，缩短污泥停留时间是防止活性污泥二次放磷的重要前提。

脱水处理的目的在于分离污泥中的吸附水和毛细水，并将其转化为半固态或固体黏土。经过脱水操作后，污泥含水量大大降低，而污泥和沉淀物的性质以及设备效率都会直接影响实际脱水效果。此后还要进一步脱水，即进行污泥干燥，再次处理后的污泥含水率已经低于10%。脱水可以采用造粒、机械脱水法和自然干燥法三种方法，后两种方法适用于污水中的污泥处理，而造粒法则更加适用于沉淀和混凝状态的污泥处理。但自然干化法需要时间作用，因此机械脱水法成为城市污水处理厂的首选。

3.2 污泥厌氧消化

污泥厌氧消化技术指的是在厌氧条件下，通过兼性厌氧菌来分解污泥中的有机物，其被微生物降解后形成水、甲烷和二氧化碳，进而产生沼气，这有助于稳定污泥状态，实现减量化目的。

该项污泥处理技术的优势在于发电，厌氧消化能够产生甲烷，进而降低污泥中有机物浓度。这样可以提高污泥脱水能力，防止出现臭味，降低后续处理成本。此外，高温能够杀死污泥中的寄生虫，有效去除病原体。但该处理方法操作复杂，需要大面积的场地和较长的厌氧消化时间，处理成本较大，其不适用于小型污水处理厂。

3.3 污泥好氧发酵

污泥好氧消化的原理是内源代谢，主要利用污泥中的好氧嗜热菌对有机物进行分解，形成与腐殖质土壤相类似的物质，因此其也被称作好氧堆肥。首先通过曝气将氧气充入污泥中，实现有机体的自我分解和转化。有机质在降解的过程中会产生热量，形成高温环境，用以消灭病原体、寄生虫卵等微生物，稳定污泥的性质。实际处理工作中，好氧发酵阶段可能需要用到干燥和造粒。

3.4 热解（炭化）技术

热解（炭化）技术指的是在缺氧或无氧环境条件下进行污泥加热，有机物具有热不稳定性，热裂解后会生成燃料气、裂解油和炭。其中，燃料气和裂解油可以二次利用，裂解炭则多用于废气处理。污泥经过热解，有效降低了重金属的性能，这样一来，污泥在资源化利用中也不会产生过大的环境风险。同时，裂解炭作为一种有效的吸附剂，有助于处理污水和烟气，市场应用前景良好。

4 污泥处置的实际应用

以某污水处理厂为例，在建立污泥热解处理项目后，该厂的污泥处理量达到25t/d，此时的污泥含水率在60%左右，具体采用混合式干化技术、烟气处理技术以及污泥热解技术，建立集成工艺系统。

脱水污泥送至混合式干化炉后，干化炉内移动的过程就已进行双重加热，当温度在160～200℃，污泥含水率低于20%时，才算完成干化过程。另外，处理过程中产生的烟气混合后，再加以吸附和降温除尘处理后，确定达标方可排放。

已经干化的污泥输送到外热式热解炉，在其内部移动过程中完成与高温烟气的间接换热。热解产物排出后需要通过冷却输送装置进行降温处理，方可排出，有助于减少资源浪费。一般情况下，将热解温度控制在550℃左右为佳，干化污泥在热解炉内的停留时间不宜过长，要控制在30min左右。

二次燃烧炉主要是通过高温烟气来加热炉体，加热完成后的烟气会进入干化炉，直接接触湿污泥并进行加热，此时辅助燃烧炉也能够起到一定作用。热解产生的裂解气多样，有CO、粉尘、水蒸气以及有机烃类，其中废水直接进入污水处理装置，在二次燃烧炉作用下，污泥中的有机质会产生热量，进而实现节能降耗的目的。本试验采用的热解设备是自制的，包括热解炉和裂解气处理装置。热解炉的作用在于干化污泥的高温热解，冷却处理后的热解物和裂解气需要进行干燥处理方可排出。

热解装置的生产需要外热支持，而外热由生物质燃烧提供。通过计算热量消耗之差，人们可以了解能够节省的生物质消耗量，并以此为依据，评估处理工艺的经济效益。运行数据表明，生物质燃烧装置的热效率大概在60%，其中生物质的热值约为15.91MJ/kg。

每吨市政污泥的含水率为60%，经过400℃的高温热解，污泥中的生物质消耗量约为26.1kg，按照当前市场价格，生物质1000元/t，工艺优化后大概每吨可以节省26.1元；项目估算成本为350元/t，生产成本明显降低，降幅约为7.46%；如果缩短污泥的热解停留时间，在同样的设备条件下，热解物的产能可以提高约33%。综合以上数据，优化后的工艺条件能够增强热解技术的市场竞争力。

5 污泥处置

5.1 卫生填埋

卫生填埋是指污泥已经经过简单处理，却无法进行资源化利用，因此需要进行土壤填埋。经过近些年的发展，污泥填埋技术日趋成熟，其优点在于处理容量大，见效快。值得注意的是，该项技术受到土地资源的限制，再加上填埋场面积有限，长期以来，污泥中的有害成分可能会发生渗漏，污染地下水源，污泥堆积所产生的臭气也会对周围环境造成二次污染。由于场地限制，多数发达国家已摒弃这种处置方式。

5.2 污泥土地利用

污泥土地利用主要有以下几种工艺类型。

5.2.1 园林绿化

园林绿化是指将污泥当作肥料和营养土施用于花卉、草坪和景观林中。污泥中含有大量有机质，能够促进植物生长。但在实际应用中，园林绿化的污泥施用量应当根据树木种类加以控制。

5.2.2 林地利用

林地利用是指将污泥施用于密集生产的经济林，如薪材林或人工杨树林。幼林会出现同类竞争，幼树的营养摄入无法保证，人们可以将污泥用作肥料，辅助幼树成长。

5.2.3 土壤修复及改良

土壤修复及改良是指将污泥用于受到损毁的土地和改良土中，提高废气土地的利用率，增强土壤肥力。

选用该方法时，人们需要考虑施用场地的原有用途。

5.3 污泥焚烧

污泥焚烧需要在特定条件下进行，污泥经过必要处理，内部有机组分会发生氧化（燃烧）反应，生成气相物质，如CO₂和H₂O等，而无机组分则会形成固相惰性物质，如炉灰、炉渣。

污泥焚烧系统由多个系统组成，主要包括污泥接收、储存及给料系统、热干化系统、焚烧系统（包括辅助燃料添加系统）、热能回收和利用系统、烟气净化系统、灰/渣收集和处理系统、自动监测和控制系统及其他公共系统等。污泥焚烧前处理技术的作用在于提高污泥的热值，需要通过脱水和热干化工艺来实现，既能够降低污泥的运输和储存成本，还能够节省物料消耗。

污泥焚烧分为两类，一是直接单独焚烧，二是协同焚烧。其中，单独焚烧技术是指利用专门的污泥焚烧炉进行单独处置。如果污泥的热值低，但含水率较高，此时将其输送到焚烧炉中处理往往会消耗更多物料，能量利用率不高。而协同焚烧是指利用工业窑炉进行污泥处理，但需要相应的输送系统做支撑，这样就节省了不必要的建设投资。当前常见的集中协同焚烧处理方式有：燃煤电厂协同处置、污泥与生活垃圾混烧以及水泥窑协同处置。

6 结语

近年来，环境保护观念逐渐深入人心，而城市污水处理厂面临巨大的压力。随着现代工业的发展，污水处理厂的污水排放量和污泥排放量不断增加。污泥处理是污水处理的重要一环，为了避免污泥处理不当而导致二次污染，城市污水处理厂必须结合实际情况，科学选用污泥处理工艺，采取相应的辅助措施，尽可能地减轻环境危害。