目前全國污泥處理處置規(guī)模巨大，但安全處置率低。對我國的環(huán)境存在巨大的威脅。那么如何對污泥進行處理處置呢?
在說污泥處理處置技術(shù)之前，先來了解一下污泥處理和處置的含義：
污泥處理(sludge handling or sludge treatment)：污泥經(jīng)單元工藝組合處理, 達到“減量化、穩(wěn)定化、無害化”目的的全過程。
污泥處置(sludge disposal)：處理后的污泥,棄置于自然環(huán)境中(地面、地下、水中)或再利用, 能夠達到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良影響的最終消納方式。
一、污泥基礎(chǔ)知識
1、類型
原污泥(rawsludge)：未經(jīng)污泥處理的初沉淀污泥。二沉剩余污泥或兩者的混合污泥。
初沉污泥(primarysludge)：從初沉淀池排出的沉淀物。
二沉污泥(secondeysludge)：從二次沉淀池(或沉淀區(qū))排出的沉淀物。
活性污泥(activatedsludge)：曝氣池中繁殖的含有各種好氧微生物群體的絮狀體。
消化污泥(digestedsludge)：經(jīng)過好氧消化或厭氧消化的污泥，所含有機物質(zhì)濃度有一定程度的降低，并趨于穩(wěn)定。
回流污泥(returnedsludge)：由二次沉淀(或沉淀區(qū))分離出來，回流到曝氣池的活性污泥。
剩余污泥(excessactivatedsludge)：活性污泥系統(tǒng)中從二次沉淀池(或沉淀區(qū))排出系統(tǒng)外的活性污泥。
污泥氣(sludgegas)：在污泥厭氧消化時，有物分解所產(chǎn)生的氣體，主要成分為甲烷和二氧化碳，并有少量的氫、氮和硫化氫。俗稱沼氣。
2、污泥處理類型
污泥消化 (sludge digestion)：在氧或無氧的條件下，利用微生物的作用，使污泥中的有機物轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定物質(zhì)的過程。
好氧消化(aerobic sigestion)：污泥經(jīng)過較長時間的曝氣，其中一部分有機物由好氧微生物進行降解和穩(wěn)定的過程。
厭氧消化(anaerobic digestion):在無氧條件下，污泥中的有機物由厭氧微生物進行降解和穩(wěn)定的過程。
中溫消化(mesophilic digestion)：污泥在溫度為33-53℃時進行的厭氧消化工藝。
高溫消化(thermophilic digestion)：污泥在溫度為53-330℃進行的厭氧消化工藝。
污泥濃縮(sludge thickening):采用重力或氣浮法降低污泥含水量，使污泥稠化的過程。
污泥淘洗(elutriation of sludge):改善污泥脫水性能的一種污泥預(yù)處理方法。用清水或廢水淘洗污泥，降低消化污泥堿度，節(jié)省污泥處理投藥量，提高污泥過濾脫水效率。
污泥脫水(sludge dewatering):對濃縮污泥進一步去除一部分含水量的過程，一般指機械脫水。
污泥真空過濾(sludge vacuum filtration):利用真空使過濾介質(zhì)一側(cè)減壓，造成介質(zhì)兩側(cè)壓差，將污泥水強制濾過介質(zhì)的污泥脫水方法。
污泥壓濾(sludge pressure filtration):采用正壓過濾，使污泥水強制濾過介質(zhì)的污泥脫水方法。
污泥干化(sludge drying):通過滲濾或蒸發(fā)等作用，從污泥中去除大部分含水量的過程，一般指采用污泥干化場(床)等自蒸發(fā)設(shè)施或采用蒸汽、煙氣、熱油等熱源的干化設(shè)施。
污泥焚燒(sludge incineration)：污泥處置的一種工藝。它利用焚燒爐將脫水污泥加溫干燥，再用高溫氧化污泥中的有機物，使污泥成為少量灰燼。
二、污泥分類
三、污泥處理新技術(shù)
1、沉淀污泥生物處理系統(tǒng)
該技術(shù)創(chuàng)新采用污泥洗滌工藝，首先洗出污泥中有機物質(zhì)，分離無機物質(zhì)污泥土，再將有機污泥濃縮進行高溫厭氧消化處理。
優(yōu)點：
沉淀污泥經(jīng)過洗滌洗出污泥中一半固體無機污泥土，減少了一半生物處理量，節(jié)省工程投資和處理費用;單獨處理有機污泥，去除了無機污泥土在反應(yīng)器中的沉淀，減少了設(shè)備磨損和反應(yīng)器的維護;沉淀污泥經(jīng)過洗滌洗出污泥中大部分容易沉淀的重金屬和無機污泥土，提高了有機肥的品質(zhì);洗滌出的污泥土還可生產(chǎn)路面彩磚、透水磚。其他創(chuàng)新工藝：超高溫厭氧消化、多級厭氧消化、沼渣漂浮等，污泥生物處理速度提高了幾倍和沼氣產(chǎn)量提高20%以上。
目前國內(nèi)外現(xiàn)有污泥處理技術(shù)還沒有能夠達到免費處理、處置污泥的水平。
2、石灰投加技術(shù)
脫水后的污泥進入料斗，料斗中加入石灰和氨基璜酸，石灰投量為濕泥量的10%一15%，氨基璜酸的投量約為石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反應(yīng)過程中產(chǎn)生氨氣，增強了整個工藝的殺菌效果，降低了反應(yīng)溫度。
污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中攪拌后，由雙螺旋進料機推入柱塞泵進料口，通過柱塞泵送入反應(yīng)器，在70℃下停留30 min，輸出的產(chǎn)品可達到美國EPA PART503 CLASS A標準。反應(yīng)后的污泥泵送至料倉，密封容器中產(chǎn)生的氣體經(jīng)洗滌塔處理后排放。
該工藝的特點：
pH>12，延續(xù)時間長，殺菌徹底;高pH使大部分金屬離子沉淀，降低了其可溶性和活躍程度;污泥的含固率可提高至30%;去除了污泥中的臭氣，系統(tǒng)全密封，無環(huán)境污染;系統(tǒng)全自動，操作維護簡單：加入少量氨基璜酸，減少了石灰用量和反應(yīng)時間，降低了運行成本。3、污泥碳化技術(shù)
所謂污泥碳化，就是通過一定的手段，使污泥中的水分釋放出來，同時又最大限度地保留污泥中的碳值，使最終產(chǎn)物中的碳含量大幅提高的過程(Sludge Carbonization o在世界范圍內(nèi)，污泥碳化主要分為3種。
(1)高溫碳化
碳化時不加壓，溫度為649—982℃。先將污泥干化至含水率約30%，然后進入碳化爐高溫碳化造粒。碳化顆粒可以作為低級燃料使用，其熱值約為8 360—12 540 kJ/kg(日本或美國)。
技術(shù)上較為成熟的公司包括日本的荏原、三菱重工、巴工業(yè)以及美國的IES等。該技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的減量化和資源化，但由于其技術(shù)復(fù)雜，運行成本高，產(chǎn)品中的熱值含量低，目前尚未有大規(guī)模地應(yīng)用，最大規(guī)模的為30刪濕污泥。
(2)中溫碳化
碳化時不加壓，溫度為426—537℃。先將污泥干化至含水率約90%，然后進入碳化爐分解。工藝中產(chǎn)生油、反應(yīng)水(蒸汽冷凝水)、沼氣(未冷凝的空氣)和固體碳化物。該技術(shù)的代表為澳大利亞ESI公司。該公司在澳洲建設(shè)了1座100t/d的處理廠。
該技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的減量化和資源化，但由于污泥最終的產(chǎn)物過于多樣化，利用十分困難。另外，該技術(shù)是在干化后對污泥實行碳化，其經(jīng)濟效益不明顯，除澳洲一家處理廠外，目前尚無其他潛在的用戶。
(3)低溫碳化
碳化前無需干化，碳化時加壓至6~8 MPa，碳化溫度為315℃，碳化后的污泥成液態(tài)，脫水后的含水率50%以下，經(jīng)干化造粒后可作為低級燃料使用，其熱值約為15 048～20 482 kJ/kg(美國)。
該技術(shù)通過加溫加壓使得污泥中的生物質(zhì)全部裂解，僅通過機械方法即可將污泥中75%的水分脫除，極大地節(jié)省了運行中的能源消耗。污泥全部裂解保證了污泥的徹底穩(wěn)定。污泥碳化過程中保留了絕大部分污泥中熱值，為裂解后的能源再利用創(chuàng)造了條件14t。
污泥水解熱干化技術(shù)污泥水熱干化技術(shù)通過將污泥加熱，在一定溫度和壓力下使污泥中的粘性有機物水解，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能。
隨水熱反應(yīng)溫度和壓力的增加，顆粒碰撞增大，顆粒間的碰撞導(dǎo)致了膠體結(jié)構(gòu)的破壞，使束縛水和固體顆粒分離。
經(jīng)過水熱處理的污泥在不添加絮凝劑的情況下機械脫水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏觀上表現(xiàn)為揮發(fā)性懸浮固體濃度減少和COD、BOD以及氨氮等濃度增加。
水熱干化技術(shù)采用漿化反應(yīng)器，通過閃蒸乏汽返混預(yù)熱漿化、蒸汽與機械協(xié)同攪拌，提高了系統(tǒng)的處理效率;在水熱反應(yīng)器中，采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，強化了傳質(zhì)傳熱過程，可以避免局部過熱結(jié)焦碳化：在連續(xù)閃蒸反應(yīng)器中，實現(xiàn)了系統(tǒng)能量的有效回收。
4、微生物水解干化蛋白提取
污泥微生物通過水解破壁處理后，其胞內(nèi)蛋白質(zhì)和水分得以釋放，再經(jīng)過固液分離后，可到含水率35-45%(減量70%以上)、有機物消減40-50%的污泥殘渣和可資源化利用的含蛋白液體。目前天津裕川環(huán)境在該方面已取得一定成績。
污泥經(jīng)水解處理后，其含蛋白液體經(jīng)濃縮后可作為蛋白發(fā)泡劑和有機肥等利用，污泥殘渣可用做覆土、綠化土、土壤改良劑和建筑材料等。
值得注意的是，蛋白質(zhì)提取工藝中保證了重金屬不會進入蛋白質(zhì)，而蛋白可以用于工業(yè)制品，也可以進入農(nóng)業(yè)，但這些也都要企業(yè)自身完成產(chǎn)業(yè)鏈整合的工作。目前裕川環(huán)境的污泥蛋白質(zhì)提取工藝已成功運用，后期有望通過產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)間的有機協(xié)調(diào)，打通蛋白進入農(nóng)業(yè)的后端產(chǎn)業(yè)鏈。
5、熱水解+厭氧消化
熱水解預(yù)處理技術(shù)是以含固率15%~20%的脫水污泥為對象進行的厭氧消化技術(shù)。
具體而言，該工藝是通過高溫高壓熱水解預(yù)處理，以高含固的脫水污泥(含固率15%~20%)為對象的厭氧消化技術(shù)。
工藝采用高溫(155℃~170℃)、高壓(6bar)對污泥進行熱水解與閃蒸處理，使污泥中的胞外聚合物和大分子有機物發(fā)生水解、并破解污泥中微生物的細胞壁，強化物料的可生化性能，改善物料的流動性，提高污泥厭氧消化池的容積利用率、厭氧消化的有機物降解率和產(chǎn)氣量。
同時能通過高溫高壓預(yù)處理，改善污泥的衛(wèi)生性能及沼渣的脫水性能、進一步降低沼渣的含水率，有利于厭氧消化后沼渣的資源化利用。
此工藝已在歐洲國家得到規(guī)?；こ虘?yīng)用。
與傳統(tǒng)消化相比，該工藝具備以下特色：
(1)有機物轉(zhuǎn)化率高
(2)無害化水平提高，完全殺滅病原菌，泥餅達到A級;
(3)PH略高，可降低沼氣中的H2S和CO2濃度，使CH4含量提高;
(4)減少污泥體積，提高污泥穩(wěn)定性。
四、未來的主流技術(shù)
借鑒國際經(jīng)驗，未來污泥處理處置的技術(shù)發(fā)展主要有四條路徑：
1、沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術(shù)路線
厭氧反應(yīng)流程：
厭氧消化具有以下優(yōu)點：
1)提高后續(xù)處理的效率并減少后續(xù)處理能耗。通常認為厭氧反應(yīng)可以實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化。通過厭氧反應(yīng)，污泥中有機物去除40%-60%，有害病菌減少。此外，厭氧消化提高污泥脫水穩(wěn)定性，讓焚燒等后續(xù)處理減少35%以上的能耗。
2)厭氧消化成本較低。根據(jù)《中國環(huán)境報》統(tǒng)計，單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日)，由于不用鼓風(fēng)曝氣等，節(jié)約了成本，單純厭氧消化運行費用約為60-120 元/噸(含水率80%，不包括濃縮和脫水)，而好氧發(fā)酵運行費用為120-160 元/噸。
歐美50%以上的污泥采用厭氧消化處理，產(chǎn)生的沼氣轉(zhuǎn)化為電能可滿足污水廠所需電力的33%～100%。
但污泥厭氧消化在我國應(yīng)用的并不順暢。我國建設(shè)的約50 座污泥厭氧消化設(shè)施中，可以穩(wěn)定運營的只有20 余座。
主要原因是由我國污泥泥質(zhì)差、處理廠運行管理水平低。我國污泥含砂量較高、有機物含量較低、污泥可生化性差，消化設(shè)備運行的穩(wěn)定性和產(chǎn)沼氣率等指標普遍未達到國外標準。此外，我國缺乏沼氣利用的激勵機制，設(shè)備的投資費用高，系統(tǒng)運行較為復(fù)雜不易掌握。
不過采用堿解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對污泥進行預(yù)處理，可以提高污泥水解速率，改善污泥厭氧消化性能。并通過項目經(jīng)驗的積累，企業(yè)也逐步掌握了較為全面的操作技能。污泥厭氧消化技術(shù)會是未來的一個主流方向。
2、土地利用為主的好氧發(fā)酵技術(shù)路線
好氧堆肥是在有氧情況下，通過微生物的發(fā)酵作用，將污泥轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^程。其中有機物料代謝為二氧化碳、水和熱。
好氧堆肥的優(yōu)點包括：
1)發(fā)酵效率高，穩(wěn)定化時間相對短;
2)臭味少，實現(xiàn)滅菌;
3)含水率可降到40%;
4)污泥成品主要用于修復(fù)鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建筑等方面用土;
5)并衍生出蚯蚓生物堆肥等來強化堆肥效果，比如興蓉環(huán)境和綠山的合作。
堆肥的難點主要包括：
1)能量凈支出，通風(fēng)能耗費用占比80%;
2)需對好氧堆肥運行的不同階段的合理通風(fēng)量加強研究;
3)缺少C/N 等控制因素的理論研究，致使存在調(diào)理添加劑使用過多的情況。
污泥經(jīng)發(fā)酵后轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，可限制性農(nóng)用、園林綠化或改良土壤，從而實現(xiàn)污泥中有機質(zhì)及營養(yǎng)元素的高效利用，設(shè)備投資少、運行管理方便。
但占地面積大、發(fā)酵產(chǎn)品存在重金屬污染等缺點使得好氧發(fā)酵技術(shù)在我國較難發(fā)展。
目前污泥好氧發(fā)酵工程可采用高效、快速、穩(wěn)定、集約化的設(shè)計、運營模式，可實現(xiàn)占地面積的大幅縮小;此外，研究表明我國城市生活污泥的重金屬超標比例約5%，污染風(fēng)險較小，不應(yīng)該成為限制污泥發(fā)酵產(chǎn)品土地利用的主要障礙。
因此，在《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處理技術(shù)指南(試行)》中，“好氧發(fā)酵+土地利用”也被列為推薦技術(shù)路線。該技術(shù)在相對欠發(fā)達地區(qū)，應(yīng)用前景較大。
3、污泥干化-焚燒技術(shù)路線
長期以來，國人對污泥干化焚燒工藝存在誤讀，普遍認為它是一種高能耗工藝和高碳排放工藝。實際上，國際上污泥焚燒能量可以達到自給，不同工藝能耗來看，焚燒工藝(～100kW/t)與堆肥工藝(>100kW/t)相當(dāng)。
焚燒實現(xiàn)徹底處理和處置，而堆肥后續(xù)需要考慮儲存、運輸?shù)饶芎?。而且，污泥中的有機質(zhì)焚燒是碳中性的。此外，人們還誤認為污泥焚燒特性與垃圾相同是二噁英排放源。
干化焚燒工藝的設(shè)備投資較大，焚燒產(chǎn)生的煙氣污染嚴重，還需建立完善的煙氣處理系統(tǒng)，這也加大了污泥的處理費用。因此干化焚燒工藝一般適用于用地緊張且經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。
隨著對碳減排和污泥生物質(zhì)資源認識的不斷加深，干化焚燒工藝在國外的應(yīng)用范圍開始減少。然而現(xiàn)階段，在我國污泥厭氧消化和好氧發(fā)酵技術(shù)還未成熟的情況下，污泥干化焚燒在一定時期內(nèi)可能會出現(xiàn)增長的態(tài)勢，尤其是工業(yè)窯爐協(xié)同焚燒的方式。
4、建材利用為主的污泥高干脫水處理技術(shù)路線
大家對污泥高干脫水技術(shù)的普遍認知還停留在投加大量化學(xué)藥劑，導(dǎo)致減容不減量;且藥劑對后續(xù)污泥焚燒、土地利用、建材利用等產(chǎn)物影響;是臨時性、應(yīng)急污泥處理處置技術(shù)路線等。
目前采用的高干脫水工藝，投加大量藥劑未達到減量效果，且未與后續(xù)處置相結(jié)合，將阻礙污泥處理技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)致劣幣驅(qū)除良幣的現(xiàn)象。