1 污水处理厂污泥发展现状

随着我国经济的飞速发展，城镇化水平不断提高，城市生活污水处理飞速发展，导致污水处理的“衍生品”——污泥的产量每年大幅度增加。根据住建部相关数据统计，2014年我国干污泥产生量为813.4万t，2020年达到1459.5万t，2014年以来，干污泥产量复合增速为10.23%。截至2020年，全国污水处理率达97.53%，但与污泥产量连续递增趋势相背，我国污泥有效处理率还很低，大量污水处理厂采取直接倾倒或简单填埋处置手段处理污泥，全国有效处理率远远低于30%。而且，在我国污水处理过程中，“重水轻泥”现象普遍存在，使得污水处理发展迅速而污泥处理行业却停滞不前，污泥处理处置缺口巨大，污泥大量积压。污泥的大量堆积不仅占用大量土地，造成环境污染，还会造成污水处理厂的严重负担。此外，在城镇污水处理过程中，污水中30%～50%的污染物会富集到污泥中，其中含有病原菌、寄生虫（卵）、有毒有机物、重金属，甚至一些抗生素成分。没有经过稳定化处理的污泥，无论以后以什么形式存在，大量污染物富集的污泥都会给环境带来二次污染的风险。

污泥是污水处理后的产物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、病原体、胶体及重金属等组成的复杂的、易腐烂的混合物。污泥中含有有利用价值的有机质、氮、磷和各种微量元素，以及致病菌和重金属等有毒有害物质。因此，如果不对其进行专业的处理处置，将对周围环境、地下水等造成二次污染，也会对人类健康产生有害影响，同时，有必要对污泥中的有利用价值的有机质和微量元素进行资源化利用。

针对污泥处理处置问题， 相关部门也不断出台相关政策及法规标准，包括《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）、《城镇污水处理厂污泥泥质）（GB 24188-2009）、《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》等，推动了污泥处置减量化、无害化和资源化的进程，特别是生态环境部已将污泥妥善处理处置纳入污水总量减排考核。但是，我国污泥处理处置技术尚处于起步阶段且发展缓慢。截至2020年底，我国在污泥处理处置设施建设方面，污泥处理能力仅达到576.7万t/a。因此，加快完善污水处理厂的污泥处理设施，实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化，已成为我国迫切需要解决的问题。

2 城市污泥处理处置技术

目前，污泥的处理方式主要包括堆肥、厌氧消化、脱水干化等，处置方式主要包括土地利用、填埋和焚烧等。堆肥和厌氧消化是近年来国内外污泥安全处置应用较多的处理工艺。

2.1 堆肥

堆肥是通过一定的人工条件，利用自然界的微生物，有控制地将可被微生物降解的有机废物转化为稳定的腐殖质。堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥，通常所说的堆肥一般指高温好氧堆肥，好氧堆肥堆体温度一般可达到50～70℃。高温好氧堆肥可以通过高温灭菌杀死污泥中的病原菌、寄生虫（卵）等有毒有害物质，从而使污泥达到无害化。高温堆肥具有微生物活性强、有机质分解速度快、发酵效率高、稳定化时间短等特点。针对高温堆肥技术，中国城市科学研究会于2021年11月24日发布了《城镇污水处理厂污泥高温好氧发酵技术规程》，并于2021年12月27日开始实施。在好氧堆肥过程中，较难分解的纤维素、木质素和新形成的腐殖质与灰分混合形成肥料。虽然堆肥一定程度上可以使污泥稳定化和无害化，但是污泥堆肥后体积减小不明显，占据的空间仍较大，给其后续处置带来困难。堆肥过程中存在发酵不均、局部厌氧、臭气污染、能耗高等问题，近年来传统的污泥堆肥已无法满足污泥处理的要求。为了满足污泥气味与消毒的规定，传统的堆肥工艺需进行优化。

在传统堆肥工艺中微生物自然生长，而动态高温好氧快速堆肥技术（DAYIN-RDB技术）对堆肥工艺中的微生物进行优化，采用特定的有效微生物群（effective microorganisms，EM）强势生长，这些微生物能快速有效地分解有机物，提高堆肥效率。DAYIN-RDB技术采用的EM具有以下特点：

（1）繁殖快、代谢快，4h增殖4000多倍，而标准菌4h仅可增殖200多倍，因此，发酵周期缩短为7～9d。

（2）生命力强，耐高温（80℃）、耐低氧，即使在低含氧量下，也可以繁殖增长。

（3）体积大，筛选的EM分解有机物的酶系全、含量多、分解能力强，因此，繁殖的速度快，对有机物的降解也快。

DAYIN-RDB技术也成功应用于工程项目，黑龙江北安市污泥处理采用该堆肥技术。该项目专用的DAYIN-RBD微生物可将发酵时间由传统发酵的25d缩短至8d（同类工艺发酵周期较短），升温快，有机成分降解率高，同时，可有效减少发酵时间和占地面积，大大降低投资成本和运行费用，运行费用大约为80元/（t泥）。目前，DAYIN-RDB技术已成功应用于20余座污泥及有机固废处置的项目，主要应用于东北、华北、内蒙古自治区等高纬度、寒冷地区的污泥处理。

2.2 厌氧消化

厌氧消化是污泥稳定化和减量化的常用工艺之一，在欧美 已被普遍应用，目前我国也在大力发展，但发展较为缓慢。全国一共建成约60座厌氧消化工程，但在正常运行的仅为20座不到。造成这种现象的原因是我国污泥有机质含量低、含砂量高的特点使得污泥在厌氧消化过程中运行效率差、产气量低。此外，在常规厌氧消化工艺中，进泥含固率较低导致厌氧罐体积庞大、设备投资较高。因此，基于常规厌氧消化工艺中暴露的问题，提出了厌氧消化联合工艺。目前，已被应用的处理技术主要包括“高温热水解+厌氧消化”技术和污泥餐厨协同厌氧消化技术。

热水解是一种污泥预处理技术，可有效破坏污泥中的微生物结构，释放胞外聚合物、细胞内水和细胞内有机物，并将大分子组分转化为较低分子量的衍生物或可溶性单体物质释放。污泥热水解可有效提高污泥中的有机质含量，改善污泥流动性能和脱水性能，从而可促进后续厌氧消化效率和脱水效率。因此，可将其作为厌氧消化的预处理，改善厌氧消化过程中有机物含量低的问题。此外，热水解可以作为高含固率厌氧消化工艺（厌氧消化罐中的含固率为8%～12%）的预处理，提高厌氧消化容积负荷，改善高含固污泥厌氧消化效率和产气率。传统厌氧消化和“高温热水解+高含固厌氧消化”技术工艺对比如下表所示：

截至2017年，餐厨垃圾产量已达到1亿t，可见产量之大，有必要对其进行有效的处理。有机物在餐厨垃圾中含量高，若将餐厨垃圾厌氧消化会具有很好的产甲烷潜能，但在其单独厌氧消化过程中，易发生酸抑制和氨氮抑制现象，造成消化过程进行缓慢。而我国污泥由于含砂量高、有机质含量低，单独厌氧消化时会造成运行效率差、产气量低的问题。如果两者混合厌氧消化则能够建立一种优势互补的处理系统，不仅可以使污泥中的重金属和餐厨垃圾中的盐分浓度得到稀释，还可以补充污泥和餐厨各自成分中缺少的营养成分，将C/N调节至厌氧消化的适宜范围，同时可使得污泥和餐厨垃圾都得到有效处理。此外，餐厨和污泥协同厌氧消化技术建设和运行成本比餐厨和污泥各自建设一套处理系统低，避免了多次征地且具有良好的经济效应。

目前，“高温热水解+厌氧消化”技术已在实际工程中得到了应用。比如，长沙市污水处理厂污泥集中处置项目，该污水厂污泥协同处理餐厨垃圾，总处理规模为500t/d，分别为434t/d湿污泥（含水率为80%）和66t/d餐厨垃圾（含水率为60%），整体工艺流程为“污泥热水解+高含固厌氧消化+脱水+热干化”。污泥和餐厨垃圾由厂外运输至厂区后，在进料车间进行称重卸料，同时对原料污泥进行调质，然后混合物通过料泵送至热水解站进行预处理，预处理后的污泥流动性、卫生性、可生化性能得到大幅提高。污泥通过高含固厌氧消化单元生物处理，有机物降解的同时产生生物质能源沼气。消化后的污泥经脱水和干化后，部分用于园林绿化用土，其余部分用作填埋覆盖土；沼气经过脱硫预处理后，一部分用作厂内能源，另一部分用于发电上网，产生一定经济效益。西安市污水处理厂污泥集中处置项目设计总处理规模为1000t/d（含水率为80%），是我国中西部地区设计规模较大的污泥处理项目。项目采用“污泥高温热水解+高含固厌氧消化+脱水+干化”工艺，沼气用于发电及锅炉燃料，降低厂区运行费用，干化后的沼渣用作建材原料，实现污泥资源化利用。此外，“高温热水解+厌氧消化”技术还成功应用于北京高安屯污泥处理中心项目、小红门污泥项目、黑龙江省牡丹江市及佳木斯市的污泥处理项目等。

餐厨协同污泥处理技术也得到了应用。例如，镇江餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目是国内 采用污泥和餐厨协同处理并已成功运行的项目。该项目餐厨废弃物一期建设规模为140t/d[其中餐厨垃圾为120t/d（含水率以85%计）、油脂为20t/d]，污泥处理规模为120t/d（含水率以80%计）。采用“污泥高温热水解+餐厨废弃物及污泥协同厌氧消化+深度脱水+太阳能干化+沼气提纯”工艺，处理后的污泥作为生物碳土用于园林种植，产生的沼气提纯后并入天然气管网，压滤液排入污水处理厂处理。目前，镇江市餐厨废弃物及市政污泥协同处理二期工程也在实施中，设计规模为360t/d，其中，污泥规模为180t/d（含水率为80%）、餐厨废弃物规模为150t/d（含水率为85%）、油脂规模为30t/d，核心工艺为“污泥及餐厨预处理+厌氧消化+深度脱水”。但总的来说，目前餐厨协同污泥处理技术应用相对较少。

2.3 脱水干化

不管是原生污泥还是浓缩或消化后的污泥，其含水率都很高，给后续处理造成困难，因此，需要对其进一步脱除水分，可通过脱水干化来实现。污泥通常需要调理改善脱水性能后再脱水，常用的调理方法是投加药剂，主要投加无机盐或高分子混凝剂。目前，我国所使用的污泥脱水机械主要有带式污泥脱水机、板框式污泥脱水机和离心式脱水机等。带式污泥脱水机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。脱水过程一般分为预处理、重力脱水、楔形区预压脱水及压榨脱水4个重要阶段。带式污泥脱水机可连续工作、单位时间内物料处理量大、经济可靠、使用寿命长，目前使用普遍、技术相对成熟，但脱水效率和泥饼固含率一般，由于处理后含水率较高，后期还需再二次处理，并且机器后期保养维护不方便。对于带式污泥脱水机， 环境都出台了相关标准，《环境保护产品技术要求 污泥脱水用带式压榨过滤机》（HJ/T 242-2006）规定了污泥脱水用带式压榨过滤机的定义、分类命名、要求、试验方法、检验规则标志、包装、运输和贮存等要求。板框式污泥脱水机工作流程为：进料泵进料-过滤-压榨物料-卸料。经过板框压滤机处理之后的污泥含水率较低，过滤效果好，而且板框压滤机结构简单，运行稳定，保养方便。但相比带式污泥脱水机，板框压滤机单次过滤时间较长，属于间歇工作类型，运行一个完整的流程后才进入下一个运转，且有些设备需要人工配合才能完成，滤饼需要人工取出，同时还需要更换滤布，滤框给料口容易堵塞，从而影响压滤机设备效率。离心式污泥脱水机由转筒和带空心转轴的螺旋输送器组成，污泥由空心转轴送入转筒，在高速旋转产生的离心力下，立即被甩入转鼓腔内，由于比重不一样，形成固液分离。污泥在螺旋输送器的推动下，被输送到转鼓的锥端由出口连续排出；液体则由堰口连续“溢流”排至转鼓外，靠重力排出。离心式脱水机可实现连续运行，处理能力大，占地面积小，但其脱水效率一般、耗电大、噪音大、振动剧烈、维修管理困难、不适于比重接近的固液分离。

污泥的进一步脱水称为污泥干化，污泥干化技术的特点为污泥显著减容、干化后污泥气味小河病原体少，干化后污泥用途广泛，如作肥料、土壤改良剂等。因此，在后续处置（填埋、焚烧、土地利用等）过程中，污泥干化是重要的一步。目前应用的技术主要包括热干化和太阳能干化。热干化和太阳能干化各有其特点：热干化占地小、干化速率快，但能耗较大，技术要求高；太阳能干化具有节能、运行费用低、对环境污染小等优点，但存在占地面积大、受天气条件制约等缺点。脱水干化技术目前已在实际工程中应用，上海石洞口污水处理厂污泥二期工程建设规模为128tDS/d，采用“离心脱水+干化”的工艺技术路线，后续处置采用单独焚烧。

一直以来，污泥脱水干化在污泥处理处置领域备受关注。脱水干化可实现污泥大幅减量化，较大程度地进行源头减量控制，具有较好的社会效益。目前，出现了污泥脱水干化一体技术，可实现污泥的浓缩脱水干化一步处理到位，减少附属设备设施的投资和建设，实现污泥的就地减量化、无害化、稳定化。该技术占地面积小、自动程度高、投资低、运行成本经济、兼容性好，适合现有污泥处理设施的升级和改造。比如，上海老港暂存库区污泥处理处置服务项目中，处理规模为2000t/d（含水率以80%计），进泥含水率为90%～95%，处理后出泥含水率≤30%，实现污泥大幅减量化。

2.4 污泥处置技术

污泥处置是指处理后污泥的消纳过程，确保污泥中有毒有害物质不会对人类及环境造成危害。常见的污泥处置技术主要包括填埋场填埋、土地利用、焚烧、建筑材料利用等。

填埋虽然能消纳一定量的污泥，但随着污泥量的增加，大面积选址更加困难，而且污泥中的水分渗漏易污染地下水，因此，长期来说污泥填埋这一处置方式不利于可持续发展。《城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋用泥质》（GB/T 23485-2009）中规定：污泥用于混合填埋时，其含水率应＜60%，污泥用作垃圾填埋场覆盖土时，其含水率应＜45%。研究表明，目前我国大部分地区仍然采用填埋处理污泥，占比达到了66%。但在将来，污泥填埋由于多重因素的限制，使用的场所会越来越少。

土地利用可以使污泥中含有的有机养分和微量元素重新回到环境中，可用于园林绿化、农田施肥、贫瘠地的修复及改良等。但污泥中含有大量致病菌、重金属等难降解的有毒有害物质，如果处理过程不彻底，进行土地利用可能引起二次污染。因此，土地利用目前主要集中于园林绿化，《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T 23486-2009）中规定：污泥用于园林绿化含水率应＜40%。目前，污泥用于园林绿化在国内已有应用案例。在镇江餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目中，污泥经过热水解、厌氧消化和脱水干化后，产生的生物碳土被当作培植土使用。如果生物碳土过剩，则可用来种植移动森林，但在用于园林绿化过程中，污泥消纳数量有限，仍有部分污泥需要寻求其他处置方式。因此，若考虑土地利用作为污泥的处置方式，需要使污泥处理彻底，保证其无害化，扩大其土地利用的领域。

污泥焚烧可以较大程度地减少污泥的体积（减容可达90%以上），破坏有害物质，回收热能，迅速实现无害化和减量化。该技术成为了日本、欧洲的主要污泥处理方式。但污泥焚烧系统工艺设备多，管理要求高，工程一次性投资和运营成本高，燃烧过程可能产生烟气、二恶英等物质，对公众、环境影响大，碳足迹高。污泥焚烧适用于大中型城市且经济发达的地区、大型城镇污水处理厂或部分污泥中有毒有害物质含量较高的城镇污水处理厂。关于污泥焚烧我国也制定了相关标准，《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治可行技术指南（试行）》（HJ-BAT-002）规定：污泥用作水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料时，须将污泥含固率提高至80%～95%。国内经济发达地区已采用污泥焚烧工艺，例如，上海竹园污泥处理工程、成都市 城市污水污泥处理厂工程。但是，目前污泥焚烧工程中，由于污泥含水率、热值等，很难达到自身自持燃烧。因此，在未来，污泥焚烧工艺需要在污泥热值和含水率之间寻求平衡，在达到自身系统能量平衡的基础上，向外输出能量，达到能源工厂的目标。

污泥在建材利用方面一直有研究，也制定了相关标准，《城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》（GB/T 25031-2010）中规定：污泥用于制砖时，污泥含水率应≤40%。但是，污泥建材利用存在重金属浸出及放射性污染物、有机污染物的影响，且建筑材料消纳有限，限制了其发展。

3 结论

综上，污泥的处理处置工艺多种多样，除了一些传统工艺，还有很多新型污泥处理技术。对传统工艺进行了优化，使其不仅适用于我国的污泥泥质现状，而且有更好的处理效果，包括高温堆肥、高温热水解联合厌氧消化、污泥餐厨协同厌氧消化、低温真空脱水干化一体化技术等。此外，优化后的污泥处理工艺实现了工程化应用，并且工厂运行效果良好。因此，随着城镇化进程的加快，一些传统污泥处理工艺已无法满足当下污泥处理需求，应寻求传统工艺的改进优化，不断探究新型污泥处理工艺。探究过程中，应根据我国国情、地区发展水平、污泥性质等综合确定，以此推动污泥减量化、无害化、资源化进程，实现经济发展、环境保护和可持续发展。