1污泥特性

當前，我國城市污泥的重金屬含量過高，鉻、鎘等重金屬物質吸附在污泥中，并長期沉淀。工業廢水會產生大量的重金屬，小部分重金屬來自人類生活，如銅和鋅。如果將污泥用于正常土壤中，其內部的重金屬會逐漸富集在地表層，進而通過食物鏈進入人體。重金屬危害極大，是阻礙污泥大規模利用的重要因素。

1.2 有機質污染

污泥中含有大量有機質，有機質隨著時間的推移會持續分解，滋生各種微生物和寄生蟲。污泥中還存在有機高聚物，如呋喃、多氯聯苯以及多環芳烴等，該類物質毒性大，不易降解，會嚴重危害人體健康。未處理的新鮮污泥含有極多病原體，任意排放后，一旦與土壤、水體相結合，將會帶來諸多不良影響。

1.3 含水率較高

污泥含水率是污泥中水的質量除以污泥總質量的比值，其高低受水分組成影響。污泥中自由間隙水一般呈游離態，大約占70%，可以通過濃縮脫水去除。毛細結合水占比為20%，往往需要采用高機械力進行壓濾和離心脫水等操作，才能達到去除的目的。表面吸附水的比重大約為5%，需要加入絮凝劑來調節。胞內水占比為5%，脫水難度較大，目前多采用生物分離或熱力方法去除。

2 國內污泥處理現狀

受多方條件制約，我國污泥處理水平整體比較落后，一直以來，污水處理廠“重水輕泥”，污泥只是經過簡單的脫水處理便被外運，這在一定程度上加重了生態破壞。近些年，我國生態環境進一步惡化，相關部門對污泥處理給予了高度重視，許多發達地區持續加大污泥處理力度，并積極建設治理項目。當前，我國常用的污泥處置方式包括焚燒、外運、土地填埋、隨意堆放以及資源化利用。由于制度和監管方面的缺陷，污泥處理存在許多不合理現象，填埋和外運堆放無人管理，因此始終難以實現污泥的減量化、無害化和穩定化處理。

調查數據表明，目前我國還有部分鄉鎮未設置污水處理設施，這種現象在農村地區更為普遍。隨著城市化建設腳步的加快，人們的生活水平不斷提高，污水產生量不斷上升，污泥產量也隨之增加。截至2015年底，我國污泥的總產生量約為3500萬t。預計2020～2025年，我國污水處理量將達到頂峰，污泥總生產量在2020年末很有可能突破6000萬t。

3 污泥處理技術

3.1 濃縮脫水技術

濃縮脫水技術不僅能夠縮小污泥體積，還能降低污泥含水量。濃縮方式主要分為兩種，一是機械濃縮，二是重力濃縮。與后者相比，機械濃縮占地面積較小，建設成本低，操作環境好，能夠有效避免污泥厭氧磷的問題。濃縮技術主要應用生物除磷的方法，縮短污泥停留時間是防止活性污泥二次放磷的重要前提。

脫水處理的目的在于分離污泥中的吸附水和毛細水，并將其轉化為半固態或固體黏土。經過脫水操作后，污泥含水量大大降低，而污泥和沉淀物的性質以及設備效率都會直接影響實際脫水效果。此后還要進一步脫水，即進行污泥干燥，再次處理后的污泥含水率已經低于10%。脫水可以采用造粒、機械脫水法和自然干燥法三種方法，后兩種方法適用于污水中的污泥處理，而造粒法則更加適用于沉淀和混凝狀態的污泥處理。但自然干化法需要時間作用，因此機械脫水法成為城市污水處理廠的首選。

3.2 污泥厭氧消化

污泥厭氧消化技術指的是在厭氧條件下，通過兼性厭氧菌來分解污泥中的有機物，其被微生物降解后形成水、甲烷和二氧化碳，進而產生沼氣，這有助于穩定污泥狀態，實現減量化目的。

該項污泥處理技術的優勢在于發電，厭氧消化能夠產生甲烷，進而降低污泥中有機物濃度。這樣可以提高污泥脫水能力，防止出現臭味，降低后續處理成本。此外，高溫能夠殺死污泥中的寄生蟲，有效去除病原體。但該處理方法操作復雜，需要大面積的場地和較長的厭氧消化時間，處理成本較大，其不適用于小型污水處理廠。

3.3 污泥好氧發酵

污泥好氧消化的原理是內源代謝，主要利用污泥中的好氧嗜熱菌對有機物進行分解，形成與腐殖質土壤相類似的物質，因此其也被稱作好氧堆肥。首先通過曝氣將氧氣充入污泥中，實現有機體的自我分解和轉化。有機質在降解的過程中會產生熱量，形成高溫環境，用以消滅病原體、寄生蟲卵等微生物，穩定污泥的性質。實際處理工作中，好氧發酵階段可能需要用到干燥和造粒。

3.4 熱解（炭化）技術

熱解（炭化）技術指的是在缺氧或無氧環境條件下進行污泥加熱，有機物具有熱不穩定性，熱裂解后會生成燃料氣、裂解油和炭。其中，燃料氣和裂解油可以二次利用，裂解炭則多用于廢氣處理。污泥經過熱解，有效降低了重金屬的性能，這樣一來，污泥在資源化利用中也不會產生過大的環境風險。同時，裂解炭作為一種有效的吸附劑，有助于處理污水和煙氣，市場應用前景良好。

4 污泥處置的實際應用

以某污水處理廠為例，在建立污泥熱解處理項目后，該廠的污泥處理量達到25t/d，此時的污泥含水率在60%左右，具體采用混合式干化技術、煙氣處理技術以及污泥熱解技術，建立集成工藝系統。

脫水污泥送至混合式干化爐后，干化爐內移動的過程就已進行雙重加熱，當溫度在160～200℃，污泥含水率低于20%時，才算完成干化過程。另外，處理過程中產生的煙氣混合后，再加以吸附和降溫除塵處理后，確定達標方可排放。

已經干化的污泥輸送到外熱式熱解爐，在其內部移動過程中完成與高溫煙氣的間接換熱。熱解產物排出后需要通過冷卻輸送裝置進行降溫處理，方可排出，有助于減少資源浪費。一般情況下，將熱解溫度控制在550℃左右為佳，干化污泥在熱解爐內的停留時間不宜過長，要控制在30min左右。

二次燃燒爐主要是通過高溫煙氣來加熱爐體，加熱完成后的煙氣會進入干化爐，直接接觸濕污泥并進行加熱，此時輔助燃燒爐也能夠起到一定作用。熱解產生的裂解氣多樣，有CO、粉塵、水蒸氣以及有機烴類，其中廢水直接進入污水處理裝置，在二次燃燒爐作用下，污泥中的有機質會產生熱量，進而實現節能降耗的目的。本試驗采用的熱解設備是自制的，包括熱解爐和裂解氣處理裝置。熱解爐的作用在于干化污泥的高溫熱解，冷卻處理后的熱解物和裂解氣需要進行干燥處理方可排出。

熱解裝置的生產需要外熱支持，而外熱由生物質燃燒提供。通過計算熱量消耗之差，人們可以了解能夠節省的生物質消耗量，并以此為依據，評估處理工藝的經濟效益。運行數據表明，生物質燃燒裝置的熱效率大概在60%，其中生物質的熱值約為15.91MJ/kg。

每噸市政污泥的含水率為60%，經過400℃的高溫熱解，污泥中的生物質消耗量約為26.1kg，按照當前市場價格，生物質1000元/t，工藝優化后大概每噸可以節省26.1元；項目估算成本為350元/t，生產成本明顯降低，降幅約為7.46%；如果縮短污泥的熱解停留時間，在同樣的設備條件下，熱解物的產能可以提高約33%。綜合以上數據，優化后的工藝條件能夠增強熱解技術的市場競爭力。

5 污泥處置

5.1 衛生填埋

衛生填埋是指污泥已經經過簡單處理，卻無法進行資源化利用，因此需要進行土壤填埋。經過近些年的發展，污泥填埋技術日趨成熟，其優點在于處理容量大，見效快。值得注意的是，該項技術受到土地資源的限制，再加上填埋場面積有限，長期以來，污泥中的有害成分可能會發生滲漏，污染地下水源，污泥堆積所產生的臭氣也會對周圍環境造成二次污染。由于場地限制，多數發達國家已摒棄這種處置方式。

5.2 污泥土地利用

污泥土地利用主要有以下幾種工藝類型。

5.2.1 園林綠化

園林綠化是指將污泥當作肥料和營養土施用于花卉、草坪和景觀林中。污泥中含有大量有機質，能夠促進植物生長。但在實際應用中，園林綠化的污泥施用量應當根據樹木種類加以控制。

5.2.2 林地利用

林地利用是指將污泥施用于密集生產的經濟林，如薪材林或人工楊樹林。幼林會出現同類競爭，幼樹的營養攝入無法保證，人們可以將污泥用作肥料，輔助幼樹成長。

5.2.3 土壤修復及改良

土壤修復及改良是指將污泥用于受到損毀的土地和改良土中，提高廢氣土地的利用率，增強土壤肥力。

選用該方法時，人們需要考慮施用場地的原有用途。

5.3 污泥焚燒

污泥焚燒需要在特定條件下進行，污泥經過必要處理，內部有機組分會發生氧化（燃燒）反應，生成氣相物質，如CO₂和H₂O等，而無機組分則會形成固相惰性物質，如爐灰、爐渣。

污泥焚燒系統由多個系統組成，主要包括污泥接收、儲存及給料系統、熱干化系統、焚燒系統（包括輔助燃料添加系統）、熱能回收和利用系統、煙氣凈化系統、灰/渣收集和處理系統、自動監測和控制系統及其他公共系統等。污泥焚燒前處理技術的作用在于提高污泥的熱值，需要通過脫水和熱干化工藝來實現，既能夠降低污泥的運輸和儲存成本，還能夠節省物料消耗。

污泥焚燒分為兩類，一是直接單獨焚燒，二是協同焚燒。其中，單獨焚燒技術是指利用專門的污泥焚燒爐進行單獨處置。如果污泥的熱值低，但含水率較高，此時將其輸送到焚燒爐中處理往往會消耗更多物料，能量利用率不高。而協同焚燒是指利用工業窯爐進行污泥處理，但需要相應的輸送系統做支撐，這樣就節省了不必要的建設投資。當前常見的集中協同焚燒處理方式有：燃煤電廠協同處置、污泥與生活垃圾混燒以及水泥窯協同處置。

6 結語

近年來，環境保護觀念逐漸深入人心，而城市污水處理廠面臨巨大的壓力。隨著現代工業的發展，污水處理廠的污水排放量和污泥排放量不斷增加。污泥處理是污水處理的重要一環，為了避免污泥處理不當而導致二次污染，城市污水處理廠必須結合實際情況，科學選用污泥處理工藝，采取相應的輔助措施，盡可能地減輕環境危害。