污水处理厂污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质，包括污水中的泥砂、纤维等固体颗粒及其凝结的絮状体，各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物等，是污水处理之后产生的二次污染物，通常占污水处理量的0.3%～0.5%，若不进行妥善处理、处置，将会对环境和人类健康造成威胁。随着社会经济和城市化进程的发展，污泥量不断增加，按照预测，到2020年污泥产量将突破年6000万t，污泥问题已成为目前污水处理厂所面临的一个重要问题和挑战。针对这一问题，本文通过多个实例，多角度对国内外污泥处理与处置方面的研究成果和应用现状进行了综述。
1国内外污泥处置现状
1.1国外污泥处置现状
国外污泥处理通常都先经过厌氧消化或好氧发酵稳定处理，再进行进一步的处置。美国建有650座集中厌氧消化设施处理58%的污泥，700座好样发酵稳定处理设施处理22%的污泥;英国的污泥厌氧消化率达到66%。污泥最终处置方式主要是卫生填埋、焚烧和土地利用，表1列出了污泥处理后常用处置方法在各国占有的比例。
1.2国内污泥处理处置现状
图1列出了国内污泥处置技术所占比例，可以看出：污泥处置被用于农业占44.83%，用于土地填埋占34.48%，而13.79%的污泥没有经过任何处置。
由于污水处理设施高速建设，我国污泥处理处置却严重滞后于污水处理。
首先是对污泥处理处置的概念及重要性认识不足，“重水轻泥”的现象十分普遍，因此与污水处理的监管相比，政府对污泥处理处置监管滞后，制约了污泥处理处置的发展。污泥处理处置缺少系统规划，城市总体规划中未涉及污泥处理处置内容，更无专项规划。而管理工作中的职责不清、监管缺位、政策标准不完善等诸多问题，致使部分污水处理厂污泥处理处置未能达到减量化、资源化、无害化要求。
另外由于污泥中含有约60%～80%的水分，热值较低，污泥焚烧需外供能源煤或天然气等，建设成本与运行成本高昂，污泥与煤炭掺烧的处理成本目前已超过200元/t。大部分污泥是在不干化情况下与煤混合掺烧处理，而不是污泥干化后单独焚烧处理，使用电厂原有的燃煤锅炉，对电厂锅炉的损害非常严重。
除此之外，利用污泥好氧堆肥技术生产有机肥，肥料中有机质含量高，经田间试验证明肥效较好，但销售非常困难。污泥在建材利用方面主要是用于制砖，但制砖厂在对污泥进行烧结制砖时，没有配备相应的烟气处理装置，造成了环境的二次污染。
2国内外污泥处置的现状及发展方向
国内外污水处理厂对污泥处理与处置的方法常规是采用浓缩、消化、脱水、填埋及焚烧等处理处置方法，或用其中某几个方法组合处置。污泥的最终出路是部分或全部资源化利用或以某种形式回到环境中去，以下介绍目前国内外广泛采用的污泥处理处置方法。
2.1污泥高干脱水技术
污泥高干脱水技术，就是通过各种物理化学或生物处理技术处理污泥，使污泥胶体改性，改变污泥的比阻，污泥的胞外聚合物状态，从而使污泥中的束缚水更容易在后续的机械挤压中被脱除出来，从而降低污泥含水率的技术。在污泥高干脱水方面，目前有化学调质脱水法、水热调质脱水法、冻融处理脱水法、淘洗法脱水和生物沥浸脱水法等。
化学调制脱水法就是在污泥中加入助凝剂、混凝剂之类的化学药剂，改变污泥的表面特性(去稳定化作用)并通过架桥作用使污泥颗粒絮凝，从而改善其脱水性能。黄瑛等开发了价格低廉脱水效率高的污泥泥浆化学调质脱水和脱水污泥泥饼二次脱水的新技术。该技术只需向污泥添加绝干污泥量10%左右的混合脱水药剂，经机械压滤，即可使污泥泥饼的含水率从80%下降到65%以下，并且绝干污泥的燃烧热值下降不到10%，脱水污泥泥饼的整体热值上升，使脱水后污泥易于干化焚烧或可直接焚烧。实践表明，经该方法调质深度脱水后产生的污泥表面具有泥土的气味，易风化，稍微堆放几天，污泥便很容易粉碎，臭味也减少很多。该技术已在无锡市城市污水污泥深度脱水应用中获得成功，每日处理污泥量达到200t。
机械破解法即利用机械压力所产生的能量将微生物细胞壁打破，使细胞内的物质释放出来，从而使污泥量得到削减。Camacho等通过连续的实验证明，高压匀质机对污泥进行应力频率为0.2/d的搅拌破碎，可以使污泥产率减小20%，但出水的(总悬浮物固体)TSS略有升高。
水热调制脱水法原理是在加热过程中，污泥的微生物絮体解散，微生物细胞破裂，污泥中的有机物水解。有机物的水解降低了污泥的黏度，降低了黏性物质对水的束缚能力，导致水更容易与污泥颗粒分离，从而降低脱水污泥的含水率。Barjenbruch等通过污水处理厂的实际运行，得出在121℃下对污泥进行高温处理，可以抑制污泥发泡的同时，实现混合液挥发性悬浮固体(VSS)减量20%。
生物沥浸技术利用微生物改善污泥脱水性能，脱水前无需添加任何絮凝剂就能一步脱水到含水率60%以下，且污泥有益成分(有机质、热值等)不损失。太湖新城污水处理厂2010年运行生物沥浸法深度脱水工程，日处理液态污泥150m3，日消耗营养剂850kg，耗电约700kW˙h，每处理1t污泥(含水率80%)直接费用100～120元。
江苏省金山环保公司目前研发了一种新型的太阳能复合膜处理污泥技术。该技术处理过程中不添加任何药剂，利用太阳能热干燥，处理后污泥干渣有机值高，可作为农田有机肥。共五条处理线，单条处理线规模为2×50m，日污泥处理量12.5t，污泥处理后含水率低至5%～10%。运行费用低，约为70元/t污泥(以含水率80%计)。
2.2污泥焚烧
污泥焚烧是利用污泥中的热量和外加辅助燃料，通过燃烧实现污泥彻底无害化处置的过程。污泥焚烧技术在国内外应用广泛，可单独焚烧污泥处理，也可依托电厂现有燃煤锅炉、垃圾焚烧炉等，通过设备及焚烧技术的改进，将脱水或干化污泥按比例掺烧，具有很强的应用性和广阔的应用前景。污泥焚烧主要分为单独焚烧和与工业窑炉的协同焚烧。
2.2.1单独焚烧
单独焚烧是指在专用污泥焚烧炉内单独处置污泥。上海市石洞口城市污水处理厂污泥处理工程采用流化床低温干化+流化床高温焚烧处理工艺(图2)，该厂设计水量为40万m3/d，产生的污泥量为320t/d(污泥含水量80%)，污泥处理成本约238.8元/t(2006年)。流化床干化将脱水污泥含水率从80%左右降至5%～10%，焚烧采用循环流化床焚烧炉，通过焚烧干化污泥，以导热油(或蒸汽)形式回收烟气中热量，并将回收的热量用于干化系统，该联合工艺可以达到能量的自然平衡。
山东胶南污泥焚烧发电工程采用生物质燃料饼生产线+流化床污泥焚烧炉处理工艺，处理能力为800t/d。以高压挤出工艺替代热干化，通过高压技术将湿污泥、粉煤灰等废弃物混合料加工成生物质燃料饼，含水率降至40%一下，与少量次煤混合后直接进入锅炉取代煤炭燃烧发电。
日本的焚烧工艺在污泥处理上作为主导工艺，焚烧炉大部分是多段焚烧炉，包括流化床焚烧炉、回转干燥焚烧炉、阶段炉床式焚烧炉等。“大和公司”采用滚筒式干化和回转式焚烧炉组合工艺在日本有200多台套的业绩，经焚烧后的焚烧灰占到原污泥量的1/20以下，在污泥干基热值在15MJ以上时，可以不借助外加燃料，实现干化和焚烧的热平衡，其运行成本约为116元/t。
2.2.2协同焚烧
利用水泥高温煅烧窑协同焚烧进行污泥处理是协同焚烧的有效途径之一。北京市水泥厂污泥工程利用水泥窑系统的热量将含水率80%的污泥厂污泥干化至含固率为65%的半干污泥，然后入窑焚烧处理。日湿污泥处理500t，年处理16万t(图3)。该工程干化技术属于间接干化工艺系统，热源采用水泥窑系统的高温余热通过热载体传给干燥设备进行污泥干化。干燥后颗粒和气体经过旋风分离器和袋式除尘器后，污泥颗粒从气体中分离出来，经螺旋冷却后污泥颗粒送入水泥窑中焚烧。
广州越堡水泥公司2007年建立利用现有回转窑污泥处理工程项目，该工程日污泥处理80%水分污泥600t，年处理污泥18.6万t，若污泥的干基热值按16785kJ/kg计，每年使水泥厂节省1.8万t标煤。
电厂混烧污泥技术在我国目前也得到迅速发展，在适当的掺加比例下，污泥与煤混烧不会对燃料燃烧特性和电厂生产造成显著不利影响。欧洲已有超过100座电厂设施混烧包括污泥在内的生物固体废物，其中德国混烧污泥规模较大，德国电厂消纳污泥有两种方式，即湿污泥直接掺煤混烧和干化后混烧。我国已有十余家燃煤电厂开展了污泥混烧工作(见表2)，主要采用流化床混烧污泥，少量电厂采用煤粉炉混烧干污泥。前者湿污泥掺烧比例约为20%～25%，后者干污泥掺烧比例为1%～5%。
2.3污泥厌氧消化
厌氧消化是一个多级过程，在无氧条件下厌氧微生物把污泥中的有机质先分解成简单的有机物，然后再转化为更简单的有机物CH4以及CO2、H20、H2S等无机物。厌氧消化是目前国际上常用的污泥生物处理方法，同时也是大型污水处理厂较为经济的污泥处理方法。
威立雅公司开发的Biothelys工艺可由多条线组成，每条线由两个或三个反应器并联间歇运行(图4)。
运行条件为：高温(150～170℃)，高压(<1.25×105Pa)条件下，反应20～60min。根据反应器配置和反应条件的不同，每个循环持续约150～165min。热水解后污泥储存在密闭的缓冲池中。热水解后的污泥进入消化池，在38℃，15d条件下进行中温厌氧消化反应。热水解工艺和中温厌氧消化工艺联合，保证了工艺能量需求的自平衡。除此之外，还有更多的沼气产出，实现了能量需求的自平衡调节和能量产出最大化。VSS去除率可以达到30%～50%(传统工艺约为28%～30%)。法国Saumur污水处理厂中Biothelys工艺已经连续稳定运行超过20000h，其VSS去除率可达45%～48%。此外，意大利和英国也都有运行良好的成功案列。
上海市白龙港污泥处理工程近期设计规模为204t/d(对应200万m3/d设计水量及现状进水水质)，部分设施设计规模为268t/d(对应200万m3/d设计水量及现状进水水质)。污泥处理工艺采用重力浓缩+离心机械浓缩+中温厌氧消化+离心脱水+部分脱水污泥流化床干化的处理流程。处理后污泥性质满足GB18918—2002中的污泥控制标准。污泥处理单位运行成本120元/t脱水污泥。污泥消化工艺停留时间24d，有机负荷1.21kg/(m3˙d)，消化温度33～35℃，总沼气产量平均约44500m3/d。
2.4污泥好氧堆肥
污泥好氧堆肥通常是指污泥高温好氧发酵，通过好氧微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。代谢过程中产生热量，可使堆料层温度升高至55℃以上，有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽，并使水分蒸发，实现污泥处理稳定化、无害化、减量化。
光大水务济南市污水处理二厂将剩余污泥与稻壳、泥炭、粉煤灰等调理剂在优化配比58∶16∶40∶36的条件下进行好氧堆肥。堆肥温度达到55℃以上并持续3d，可有效杀死病原菌;发芽指数达到50%以上;腐殖化率从52.1%升高到63.1%，腐殖化指数从2.45升到3.42，有机质腐殖化稳定。固定资产总投资187.33万元，运行成本256.09元/t，产品出厂价格400元/t，每吨利润143.91元，年盈利约为145.1万元，静态投资回收年限1.18年。工艺流程图如图5所示。
2.5污泥建材利用处置
污泥中无机物主要成分是硅、铝、铁、钙等，与建筑原料的成分相近，顾可作建筑材料，如砖块、水泥、陶粒、玻璃和生化纤维板等。
污泥处理后制砖主要有两种方法：污泥焚烧灰制砖和干污泥直接制砖，污泥焚烧灰制砖属于污泥焚烧处置方式的一部分，是污泥焚烧处置方式的最终处理手段。
干污泥直接制砖是将城市污泥干燥后直接与页岩粉(或粘土)等原料成型烧结制砖。Deng-fonglin和Chih-HuangWeng开展了黏土掺加污泥制砖研究，其工艺流程和主要技术参数如图6所示。实验首次进行了制砖混合原料击实试验，得到了混合原料击实曲线，研究了原料的土力学指标：压实性，确定了原料制坯最优含水率(OMC)和最大干密度，对制坯过程中，原料含水率和成型压力的优化控制，起到了理论指导，研究结果同时表明，制坯过程原料最优含水率23%～33%;城市污泥(含水率P=24%)掺量在10%，880～960℃焙烧制得的干污泥粘土砖，性能良好。
张林生等在页岩砖生产过程中用城市污泥为部分原料进行生产试验，工艺流程如图7，实验对页岩烧结砖成品进行了质量检测，并测定了砖体的导热系数。结果表明，在页岩粉中加入10%城市污泥，烧结砖的各项性能符合国家标准(GB5101—2003)，研究还发现污泥中有机物在焙烧过程中易燃烧挥发形成气孔，可提高砖体隔热保温性能。
上海建科院利用粉煤灰陶粒生产工艺，掺加20%～30%的城市污泥可以获得容重700～800级的烧结粉煤灰陶粒，这样的陶粒自然养护条件下可配置出C40标号的混凝土，而且水泥用量与同标号普通碎石混凝土相同，同时烧结陶粒的浸出液中重金属达到地面水III类标准。此生产工艺每生产1m3陶粒，可消纳含水80%的污泥0.24t。
3结语
我国污泥处理技术尚未成熟，仍在不断发展的过程中，但在经济飞速增长的压力下，污泥问题迫在眉睫，从国外污泥处理现状来看，污泥资源化利用是我国污泥未来的发展的一个重要方向。无论是土地利用还是焚烧，都应在兼顾环境效益、社会效益和经济效益平衡的前提下，寻找合理合适的污泥处理处置技术，实现可持续发展。
