剩余污泥处理技术研究综述

刘晓静，夏 杨，张云富，张 翀，袁敏航，马鑫垚

（中建生态环境集团有限公司，北京 100037）

近年来，随着城镇化水平的不断提高，人们对水资源的需求逐年提升，同时伴随的水污染问题也层出不穷。为了满足快速增长的污水处理需求，污水处理设施数量不断增加[1]，到2020年，我国污水日处理能力已达1.93亿m3[2]。污水处理量的增多必然会产生大量剩余污泥[3]。目前，剩余污泥处理技术的研究越来越多，相关政策及标准也趋于规范，但部分技术仍面临成本高、污染重等问题[4]。如何对剩余污泥进行高效处理，实现减量化、稳定化、无害化与资源化，已成为当前环境领域急需解决的关键问题。

1 剩余污泥处理现状

剩余污泥是指污水处理厂活性污泥系统从二沉池排出的活性污泥[5]，主要由4部分组成，即微生物、难生物降解的有机物、附在污泥表面的无机物以及微生物内源代谢的残余物等。作为污水处理过程的主要产物，剩余污泥富含C、N、P、K等营养元素[6]，也不乏重金属、有机污染物、微塑料等污染物，其主要物质组成如表1所示[7]。剩余污泥中污染物含量高，随意排放会严重影响地表水、地下水及土壤环境，威胁人体健康，因此，对剩余污泥进行消减处理、综合利用已成为环保领域的重要举措。一方面，要高度重视剩余污泥处理，从根源上避免污染物对环境造成二次污染[8]，另一方面，剩余污泥含有的营养元素、有机物可以通过一定方式进行回收，将放错位置的垃圾变成资源重新利用，例如，可以通过厌氧消化处理制取甲烷、氢气等热值较高的燃料。

表1 剩余污泥的物质组成

随着我国污水处理技术的快速发展，污水处理量不断提升，剩余污泥产生量逐渐增多[9-10]。据统计，2021年我国剩余污泥产生量超过7 000万t，预计到2025年将超过1亿t[8]。目前，我国超过80%的污水处理厂实现了剩余污泥的初步减量，但根深蒂固的“重水轻泥”观念仍然存在，导致剩余污泥处理法规与制度尚不完善，已建成设施设备的处理水平也参差不齐[11-12]，大量剩余污泥未能得到安全有效的原位处理。近年来，剩余污泥产生量呈井喷式增长，我国颁布了一系列政策。2015年，国务院出台《水污染防治行动计划》，就剩余污泥处理提出稳定化、无害化和资源化三重目标，并明令禁止不达标的污泥进入耕地[13]。2021年，国家发展和改革委员会等部门联合印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，提出要破解污泥处理难点和痛点，全面实现污泥无害化处置，并要求新增污泥处理设施规模不少于2万t/d，稳步推进剩余污泥的资源化利用[14]。

2 剩余污泥的处理技术

剩余污泥的处理是指采用浓缩、脱水、堆肥、热干化等工艺，降低或消除污泥外运引起的二次污染风险，实现减量化、稳定化、无害化与资源化。目前，我国常用的污泥处理技术主要包括浓缩脱水、厌氧消化、高温好氧发酵和热干化等。

2.1 浓缩脱水

2.1.1 污泥浓缩

污泥浓缩是通过减少污泥间隙水的方法达到增稠效果，缩小污泥体积，进而实现污泥的减量化。目前，最常用的浓缩方法有重力浓缩、离心浓缩、气浮浓缩以及浓缩脱水一体化处理等。重力浓缩法具有易操作、低成本等优点，已成为应用最广泛的处理方法之一；离心浓缩法是在离心力的作用下使污泥与水分离，达到浓缩的目的，该方法处理效果好，但运行成本高；气浮浓缩法是依靠附着在污泥颗粒上的微小气泡降低颗粒密度而使其上浮，实现污泥与水的分离，仅适用于颗粒易于上浮的疏水性污泥或难沉降、易凝聚的悬浊液；浓缩脱水一体化处理法是将污泥浓缩和脱水过程相结合，在简化工艺的同时提高处理效率，具有良好的应用前景[15]。

2.1.2 污泥脱水

污泥经浓缩处理后，含水率仍然较高，需要对其进行脱水处理，以进一步减小污泥体积[16]。污泥脱水主要是采用机械方法去除污泥颗粒间的毛细水和颗粒表面的吸附水。脱水后，污泥含水率可降至65%～85%，体积可缩减为原来的1/6～1/3，大大降低了运输成本及后续污泥处置难度。污泥脱水主要分为自然干化和机械脱水两种方式[4]。一是自然干化。自然干化是利用自然渗滤及蒸发作用降低污泥的含水率，该方法占地面积大，处理效率低，易污染土壤环境，仅适用于土地资源丰富的特定地区，逐渐被市场淘汰。二是机械脱水。机械脱水是通过机械力的作用去除污泥中的水分，实现污泥的初步减容，主要包括真空吸滤、离心脱水及压滤三种方式，其中压滤又分为板框压滤和带式压滤，后者应用较为广泛[17]。机械脱水具有处理效率高、占地面积小、维修成本高等特点。目前，常用的机械脱水设备主要有叠螺脱水机、板框脱水机、带式脱水机和离心脱水机，要根据工作环境及脱水要求选择适宜的脱水设备。

2.2 厌氧消化

厌氧消化是利用厌氧菌及兼性菌，在厌氧条件下，经过水解酸化、产氢产乙酸及产甲烷等阶段，将污泥中的有机物分解成有机酸、甲烷等稳定物质[18]，进而缩减污泥体积，实现资源化利用[19]。其具有经济、低耗、高效等优点，现已成为国内外污泥处理的主流技术，并被广泛使用。但是，该技术目前仍然存在厌氧消化分解率低、设备投资及运行成本高等问题，只能应用于大中型污水处理厂。

2.3 高温好氧发酵

高温好氧发酵是指在有氧条件下，利用污泥中的嗜热菌将有机物分解转化为稳定的腐殖质，亦被称为好氧堆肥技术。污泥含有大量的N、P、K等营养元素，经堆肥处理后，产物可实现土地利用，提升土壤肥力，实现污泥减量化、稳定化与资源化[20]。目前，我国常用的好氧发酵技术主要有条垛式发酵、静态槽式发酵、容器发酵等。

2.3.1 条垛式发酵

条垛式发酵是最简单的好氧发酵技术。该技术利用人工或堆垛机将物料堆垛成长条，并通过翻堆供氧方式进行发酵，具有设备简单、操作方便、施工和运行成本低等优势。但是，它存在占地面积大、卫生条件差等劣势，仅适用于用地限制小、环境要求低的地区[21]。

2.3.2 静态槽式发酵

静态槽式发酵采用地上或地下式发酵槽，通过强制通风对槽内污泥进行供氧发酵。该技术具有单次处理量大、无害化程度高、卫生条件好、设施设备投资高等特点，适用于大规模的养殖场[22]。

2.3.3 容器发酵

容器发酵是一种采用温度、通风、搅拌均可人为控制的塔式筒形密闭发酵仓进行发酵的技术。它具有二次污染小、发酵周期短、营养物质损失少等优势，但由于反应设备造价高且单次处理量小，仅适用于小型养殖场及污水处理厂[23-24]。

2.4 热干化

热干化是指利用热能使污泥表面及内部的水分蒸发，以达到烘干目的。根据处理后污泥含水率的不同，该技术可分为半干化和全干化两种类型。前者是指干化后的污泥含水率低于40%，使其处于一种半干状态，后者则是将含水率降至10%甚至更低，采用何种方式取决于干化污泥的后续出路。该技术能够消灭病原体和寄生虫，热干化处理后的污泥性状得到显著改善，其产物可用于生产肥料、土壤改良剂和建材等。

2.5 小结

每种污泥处理技术各有千秋，无论是环境影响还是经济效益，都各有利弊，不尽相同。不同污泥处理技术的比对分析如表2所示。要因地制宜，综合考虑多种因素，合理选择剩余污泥处理技术。

表2 不同污泥处理技术的对比

3 结论

近年来，围绕污泥减量化、稳定化、无害化与资源化，我国剩余污泥处理技术研究取得一定的进展，相关政策和标准也日趋完善。随着污泥处理技术的发展，传统的高能耗、低效率技术的使用率正逐渐降低，取而代之的是新型处理技术。它能够根据污泥特性进行物质循环和能量利用，有效处置剩余污泥，实现其资源价值。新时代，要聚焦生态环境综合整治，对标绿色低碳经济和可持续发展的要求，培养一支专业素养过硬的人才队伍，推进我国环境保护取得质的飞跃，为碳达峰碳中和贡献力量。