污泥处理技术浅析

徐振生

（中铁建发展集团有限公司水处理技术研究中心，北京 100043）

引言

伴随我国的经济进步及城市化建设的加速，城市人口密集度上升，导致城市居民生活产出的污水量逐年增长。城市污水处理主要采用生物法，从而产生大量污泥。城市污水处理设施产出的污泥含有疾病病原体、有机污染物（例如聚氯二恶英、联氯呋喃、可吸附的有机卤素、多氯联苯等），还有许多盐类物质和重金属等有毒有害物质。如果污泥处理手段不适当，污泥未能达到环保排放标准而进入我们的生活环境，日积月累将对人类生存、水资源、生态环境等产生伤害。

污泥无害化是针对污水处理过程中产生的污泥进行处理，以减少其对环境和人类健康的危害。有效处理污泥对保护环境和可持续发展至关重要。

1 污泥处理技术

1.1 干化处理技术

污泥干化技术是一种将湿润污泥通过加热和脱水过程转化为干燥固体的处理方法。它是污泥处理中常用的物理处理方法之一。污泥干化的基本原理是利用热量将污泥中的水分蒸发出去，通过降低水分含量来减少污泥体积。虽然此方法处理效果较为理想，但投资费用和运行能耗较高。对此，方兴等[1]进行了冷热结合处理市政脱水污泥的可行性研究。结果表明，在-30 ℃的条件下，细胞的死亡率是未冷冻的9.7倍。实验表明，将82%的污泥在-20 ℃下冷冻6小时，然后在60 ℃下干燥，其效果比直接干化的脱水效果高33%。然而，强化效果与污泥的水分含量呈正相关，当污泥的水分含量下降到45%时，强化效果就会消失。污泥饼的厚度对强化效果的影响较小，饼厚增加会略微降低强化效果。我国当前污水处理厂的机械脱水污泥含水率约为75%～85%，污泥饼厚度大约为3～20 mm，这种情况属于冷冻处理的最佳工作区间。因此，该方法作为污泥脱水的进一步处理措施具有很好的应用前景。

1.2 焚烧处理技术

污泥焚烧处理方式能大幅度减小其最后的填埋体积，并能有效杀毒与降解有毒有害的有机物，这种处理方式因其处理效果彻底且完整的特质，逐渐得到公众认可，目前已有多个大中型工程在全球范围内成功应用了这种处理方式。以焚烧的材质分类，焚烧可以细分为单独焚烧和协同焚烧。单独焚烧专指污泥单独在焚烧炉中燃烧，只需加入极少量的助燃燃料[2]；而协同焚烧则主要采用混合掺烧的模式，例如在垃圾焚烧发电厂和燃煤热电厂中，混入少量的污泥进行并行处理。根据污泥是否进行过预处理，焚烧又可分为直接焚烧和干化焚烧。直接焚烧是将经过脱水处理的污泥直接送入炉内燃烧，期间可能会添加少量的辅燃料以保持焚烧温度；干化焚烧则是将脱水后的污泥先行干化处理，然后进行燃烧。虽然焚烧法应用广泛，技术相对成熟，但是其不足之处是污泥焚烧厂在建设过程中需要投入大量资金，而且在焚烧厂运行的过程中也需要投入较多的资金对焚烧设备进行维护[2]。此外，相比于其他方法，污泥焚烧的处置费用较高，由于污泥成分复杂，如果对焚烧的工况控制不当，在污泥的焚烧过程中将会产生二噁英，这种化学物质具有极强的致癌、致畸作用，而且产生的飞灰和残渣的处理难度较大。

1.3 厌氧消化技术

厌氧消化工艺是在污泥处理领域应用广泛的一种稳定化工艺。它通过兼性菌和厌氧菌的共同作用，在无氧条件下进行生化反应，有效分解污泥中的有机质。目前厌氧消化处理已经应用于污水处理厂、农业废水处理厂和工业废水处理厂等各种污水处理领域，适用范围较广。

尽管厌氧消化处理在提供能源回收和污泥减量方面有许多优点，但仍存在一些挑战，其中包括工艺控制的复杂性、抗冲击负荷的能力、处理高浓度污泥的挑战以及消化过程中可能产生H2S等有害气体的问题。目前国内对污泥厌氧消化理论的研究和协同调控机制的认知有限，同时传统的污泥厌氧消化方法也存在有机质厌氧转化不足的问题[3]。目前，研究人员和工程师们正致力于解决这些问题，提高厌氧消化处理的效率和稳定性。

1.4 堆肥处理技术

堆肥处理是一种将污泥与其他有机废弃物混合堆肥的方法。该法通过加入适当的氧气和水，促进污泥中的有机物降解并将其转化为肥料。堆肥处理可以有效减少污泥的体积，同时获得有机肥料。高温堆肥过程还可以杀灭病原体和杂草种子，提高堆肥的稳定性和品质[4]。但此方法进行工业化生产的时间较短，在实际应用中仍然存在尚未完全解决的瓶颈问题，如臭气排放、缺少腐熟度评价标准、中温室气体排放量与氮损失量较大等，针对这些问题的研究一直是堆肥技术研究的热点。研究人员在传统堆肥的基础上采用玉米秸秆生物炭（CSB）与煤矸石基沸石（ZL）联合堆肥。其结果表明，在加入10% CSB+ZL进行共同堆肥处理后，与传统堆肥相比，其中CH4、NH3、N2O的累积排放量分别显著降低87.81%～90.87%、41.63%～57.42%、85.01%～94.92%，10% CSB+ZL的加入能有效提高堆肥过程中蛋白酶、脱氢酶、磷酸酶和木聚糖酶的酶活性，且使得CO2的累积排放量比普通堆肥提高55.45%～86.55%。

1.5 离子交换技术

污泥中富含植物生长所需的有机质和营养物质（N、P），具有用作农业肥料的潜力。但是污泥中也含有大量重金属，这使污泥的排放及回收利用受到了限制。离子交换是一种通过离子交换树脂去除污泥中的重金属离子的处理方法[5]。这种方法适用于重金属含量较高的工业污泥处理。Lee等[6]发现，单一的强酸浸出液或强酸阳离子交换树脂在减少污泥中残留重金属方面更具优势，但考虑到酸浸出液和阳离子交换树脂之间的相互作用，弱酸（柠檬酸）和强酸阳离子交换树脂的组合具有最高的金属去除率。这主要是因为强酸不仅提高了污泥中重金属离子的浸出率，还提供了更多的氢离子与重金属竞争可交换位点。相关研究探讨了阳离子交换树脂（CER）预处理提高废活性污泥（WAS）厌氧消化效率的方法[7]。该研究发现CER能有效去除污泥中的重金属，并且发现CER预处理能够使挥发性脂肪酸和甲烷的最大产量分别提高565.7%和80.5%。此外，CER预处理促进了厌氧消化过程中各阶段（即溶解、水解、酸化和甲烷化）和关键酶的相应活性。尽管离子交换法目前涉及多个污泥研究方向，并显示出一定的优势，但仍存在一些研究空白。例如，离子交换法去除和回收重金属的研究大多停留在与酸浸剂共同应用的阶段，而直接利用离子交换法回收污泥中磷的研究还很少。

1.6 生物炭化技术

生物炭化是一种将污泥在高温和无氧环境下转化为生物炭的处理方法。这种方法能够有效减少污泥体积、消除臭味，并将有机物转化为稳定的碳质产物。生物炭具有良好的环保特性和广泛的应用潜力，可用于土壤改良、碳储存和能源生产等方面。在生物炭化处理污泥的过程中，污泥首先经过初步处理和浓缩，然后在高温条件下进行热解和碳化。经过这一过程，污泥的有机物质被分解为固体生物炭，同时释放出气体和液体产物。得到的生物炭具有良好的热稳定性、化学稳定性和孔隙结构，能够提高土壤肥力、吸附有害物质、保持土壤湿度并改良土壤结构。

研究表明，生物炭化处理污泥具有许多优点。首先，生物炭化能够大幅度减少污泥的体积，从而减少储存和处置成本。其次，生物炭可以用作肥料或土壤改良剂，提高土壤质量和农作物产量。此外，生物炭还可以作为气体或燃料的源头，用于能源生产，并减少化石燃料的使用。生物炭化处理污泥，使生物炭的理化性质得到了显著改善，其具有良好的微孔分布和高吸附能力，可以在污水的物理吸附方面发挥作用，已有多人的研究表明生物炭作为吸附材料具有良好效果。研究表明，污泥基生物炭（SSBC）具有高孔隙率和大比表面积，取得了可喜的应用成果。与市场上的活性炭相比，SSBC的成本相对较低，这使得SSBC成为提高微生物丰度和再生潜力，以及金属回收和土壤改良的合适替代品，可应用于可持续农业的实践，同时减轻污水处理的负担[8]。

2 结论

污泥处理技术是环境保护领域的重要课题，通过对现有技术的综合评估和分析，可以得出以下结论。

首先，资源化利用是污泥处理的关键方向。传统的处理方法，如填埋和焚烧，存在环境风险和资源浪费的问题。相比之下，采用厌氧消化、发酵和干化等技术可以将污泥中的有机物转化为沼气、有机肥或能源等有价值的资源，实现将废物转为宝贵资源的循环利用，达到环境和经济的“双赢”。

其次，污泥处理技术应考虑处理效果和成本效益的平衡。选择合适的处理技术需要根据污泥特性和最终的处理要求进行综合评估。例如，对于含水率较高的污泥，采用干化技术可以减少体积和处理成本；而对于有机物含量较高的污泥，则可以选择厌氧消化等高效处理方法。因此，在选择污泥处理技术时，相关人员需要综合考虑处理效果、处理成本以及适用环境等因素。

此外，进行技术创新和持续改进是推动污泥处理技术发展的关键。随着科技的发展，新的污泥处理技术不断涌现，如生物炭化、热水解、微生物固化等。这些创新技术有望提高处理效率、减少污染物排放，并不断推动污泥处理技术向更高水平发展。

最后，相关人员需注重污泥处理技术的可持续性。污泥处理不仅要取得环境效益，还要符合社会、经济和法律法规的要求。因此，我们应注重协调各相关方的利益，加强污泥处理技术与其他环境保护措施的协同作用，并不断完善相关政策和法规，以推动污泥处理技术的可持续发展。

3 结语

综上所述，污泥处理技术在环境保护和可持续发展中起着重要作用。资源化利用、考虑处理效果与成本效益的平衡、进行技术创新和持续改进以及保持可持续性是推动污泥处理技术发展的关键因素。我们只有综合考虑这些因素，并不断提高技术水平和管理水平，才能有效处理污泥、保护环境，并实现可持续发展。