近年来，随着国民经济的发展，污水排放量大幅增加，全国加大对污水的处理力度。迄今为止，生物法仍是国内最广泛使用的污水处理方法，在其处理过程中会产生大量的剩余污泥。据统计，2019年我国污泥产量已超过6000万t（以含水率80％计），预计2025年我国污泥年产量将达到9000万ｔ，极大地增加了我国污泥处理处置的压力。污泥是污水处理过程中遗留下来的终端产物，聚集了大量的有毒有害成分（持久性有机污染物、重金属等），如得不到妥善的处置，这些有毒有害物质将会渗透到地表水、地下水中，甚至进入大气环境中，成为潜在的污染源。这意味着污水中的有毒物质又以另一种途径返回到我们的生活环境中，也代表污水处理工作的前功尽弃。统计数据表明，我国超过八成的污泥仍旧没有实现无害化、稳定化的处理处置，造成的二次污染极为严重。为提高大家对污泥问题的重视，我国相继出台了有关污泥处理处置的一系列政策和法规，比如“双碳”战略目标以及由“重水轻泥”向“泥水并重”转变的《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》等，促进污泥处理处置行业市场规模快速增长。

1污泥处理处置难点

我国污泥性质（生物可利用性差且含水率高）有别于其他国家，导致处理处置工作难度较大。其次，我国对于污泥处理处置技术刚刚起步，与国外仍存在较大的差距，用于污泥处理处置的费用只占污水处理厂投资的20％，而发达国家早已达到50％，而且技术相对落后。随着我国城市化进程的不断推进，我国城市的污水量在逐年增加，随之而来的就是污泥产量的快速增加，现阶段污泥处置处理的难度可想而知。除此之外，我国重视污泥处理处置的起步较晚，目前没有科学完善的污泥处理处置体系和相关的技术规范、检测标准，大部分污泥仍未进行规范化的处理处置。“水十条”中指出污泥应进行稳定化、无害化以及资源化的科学处置，杜绝处置不达标污泥应用到耕地中；“十三五”规划中也明确的指出地级及以上的城市污泥无害化处置的整体效率要超过90％，其他级别城市无害化效率应不低于75％。然而，目前我国污泥处理处置只是基本实现减量化，污泥稳定化和资源化利用率不足，绿色生态化处置方式不足。面对这些严苛的环境要求，传统的污泥处理处置模式已经难以适应当前我国的环保要求和相关的政策。目前我国主要的污泥处置处理技术包括卫生填埋、干化焚烧、厌氧消化等，虽然污泥处理技术种类繁杂，但是如何根据污泥现状，优化污泥处理处置模式，实现“三化”目标仍是一个迫在眉睫的问题。  

2污泥处理处置技术

2.1卫生填埋

目前，国内应用最广泛且比较成熟的污泥处理处置方式是卫生填埋，可分为两大类，一是混合填埋，另一个是单独填埋。前者指将城市中产生的生活垃圾和工业垃圾与污泥混合在一起，充分混匀，再将混合物压实，进行填埋，主要应用在我国和欧洲；单独填埋则是指经过简单的灭菌处理的污泥，直接运送到低地或谷地等专用填埋场进行封固，主要分为沟填、掩埋和堤坝式填埋三种，需要特殊地势要求，在美国应用较多。此种方式操作简单、运行成本低、投资少、单次处理体积大且效果明显。而且填埋过程中产生的甲烷气体可以进行收集利用，获得一定资源化效益。根据填埋泥质标准，污泥填埋时，其含水率不能超过60％，现有的污泥脱水技术很难直接达到这一要求，一般出厂污泥含水率大约为80％，在进行填埋之前必须通过石灰稳定技术和干化技术来降低含水率。

卫生填埋存在诸多问题，污泥中含有大量的有毒有害物质（重金属、难降解有机污染物、病原体等）会以渗滤液等形式进入土壤，危害地表植物、农作物，同时有可能污染地下水源，最终进入人体危害健康。此外，在填埋过程中，臭味大，蚊虫多，工作人员难以忍受，如果操作不当，那么处理过程中产生的甲烷气体容易引发爆炸。更重要一点是填埋场占地面积广，地理位置偏僻，使得污泥的运费昂贵。随着城市化进程加快，垃圾与污泥量逐渐增加，我国城市用地紧张，很多填埋场已经饱和，部分地方甚至拒收污泥，我国利用填埋法处理污泥的比例正在减少。从长远看，卫生填埋法是一种不可循环的处理方法，无法避免二次污染，无论在技术上还是国情方面都终将被淘汰。

2.2干化焚烧

污泥经过浓缩脱水后含水率仍然很高，体积大，重金属含量高，燃烧效率差，一般不能够被完全处理。因此，在焚烧前还需要采用热方法对污泥进行干化处理。焚烧是指在氧气充足的条件下，利用焚烧炉将含有有机物、纤维素、木质素等高热能物质的污泥进行高温（850～1100℃）氧化，使之成为少量的灰渣。在焚烧的过程中，病原体被杀死，有机物被碳化分解，燃烧殆尽，最大限度减少了污泥体积（90％），易于后续处置，降低了最终处置的成本。此外，由于是完全燃烧，经焚烧后的污泥除了减量化程度彻底，无害化的效果也稳定，不会产生多环芳香烃类污染物，虽不能有效去除重金属成分，但能够让其沉积在最终的飞灰和炉渣中，大幅度降低对环境的影响。相对于其他污泥处置技术，污泥焚烧法不需要很大空间，能够缓解土地资源的紧张，缩小厂家开支。而且焚烧过程中生成的热量可以被电厂再次利用，用于缓解发电压力，为供热厂提供新的供热热源。除此之外，充分焚烧后得到的灰烬也可以实现再利用，作为水泥添加剂来提高水泥厂的生产效率，从而实现了废物的再利用，有效的解决了环境污染问题。焚烧法是国际上公认的一种高效污泥处理处置技术手段，像西欧和日本这些对环境污染监管严格的国家，利用污泥焚烧技术能够有效的处理污泥，尤其是日本处理的污泥重量超过60％。

然而，污泥焚烧也存在着能耗大、费用高等缺陷。研究表明，利用污泥焚烧技术处理污泥所需费用是卫生填埋的3倍左右。由于污泥中成分复杂，在焚烧过程中会产生如二噁英、二氧化硫等有毒气体，如不能够及时有效的处理，势必会对环境造成严重的二次污染。目前，污泥焚烧技术的推广和使用在我国仍处于起步阶段，主要集中在深圳、山东以及江浙一带。

2.3厌氧消化

厌氧消化是指利用微生物的厌氧作用将污泥中有机物分解为有机酸和甲烷等稳定的资源物质，以便尽可能地缩减体积，实现污泥的减量化和资源化，是目前世界上污泥处理的主流技术，该技术被广泛应用于欧洲、日本及北美等地区。该项技术具备能耗低、污泥体积小、资源可再利用，处理效果好等特点。

然而，污泥经过厌氧消化后会产生大量的沼渣，这些沼渣还需要进行进一步的处理，比如脱水处置，增加投资成本。为提高效率，污泥厌氧消化还需预热，增加了能耗以及碳排放，而且甲烷气体难以并入市政管网利用。更值得注意的是该技术反应周期较长，还存在着安全隐患，应用的范围也受到限制，只能适用于大中型的污水处理厂。厌氧消化对污泥中有机物含量要求较高，我国城市污泥中有机物含量较低、含砂量较高，现有的分离技术将砂质物从污泥中有效分离，导致厌氧消化效果差，产生沼气少，设备投资费用高，系统操作复杂。针对这些缺陷，我国专家正在不断研发和改进污泥特性，并提出很多预处理手段比如微波、超声、电处理、热水解、催化氧化、机械破解等。因此，虽然现在污泥厌氧消化在中国的应用情况并不稳定，但未来将会一步步发展，逐渐成熟。

2.4土地利用

2.4.1好氧堆肥－土地利用

好氧堆肥是指在有氧条件下，利用污泥中的微生物进行发酵，有机物完全腐熟成稳定的腐殖质的过程。污泥中含有大量的N、P、K等营养元素以及其他有机物质，有机质含量达60％左右，全氮含量达5％左右，全磷含量在3％左右，其堆肥产品可实现土地利用，广泛应用于农田、植树造林、园林绿化以及贫瘠地等领域，这种技术能够有效的提升土壤肥力，增加土壤的通气性和透水性，从而减少肥料的使用，节省成本。相比于其他污泥处置处理手段，好氧堆肥是污泥资源化利用的一种有效绿色途径。堆肥技术的应用能够实现污泥“减量化”和“资源化”的根本目标，具备良好的经济效益，应用的前景广阔，但是同样存在着不足，例如，污泥中含有大量的重金属、病原菌、有机污染物等，多次使用会导致在土壤中积累，污染地表水、地下水源，最终危害动植物甚至人体；占地面积大、周期长，在堆肥过程中产生的大量臭气对环境造成二次污染。我国的环境标准日渐严格，对用于土地利用的污泥种类的限制越来越多，以上诸多问题导致该技术在我国的推广应用受到限制。

2.4.2热碱水解－土地利用

热碱水解是污泥在热水解过程中，投加碱抑制污泥中微生物细胞的活性，促进污泥絮体和胞外聚合物瓦解，加速细胞壁破裂，胞内有机物释放溶出的过程。近年来，此法主要用于污泥厌氧消化预处理阶段，加速污泥水解，从而提高有机物降解率促进厌氧消化。众所周知，污泥中含有各类高分子物质，包括蛋白质、多糖、DNA等聚合物，经过加压、热、碱处理后，污泥菌胶团和细胞壁产生小孔隙，水解药剂能够降解菌体的糖类，破坏细菌的细胞壁，释放其中的蛋白质和水分，使细胞失去活性。得到的蛋白质会在液相中继续分解，最后成为低分子物质，形成蛋白质溶液。再将得到的混合液污进行固液分离，从而形成蛋白滤液和蛋白土，蛋白滤液经蒸发浓缩液后得到蛋白原液，且碱性药剂Ca（OH）₂中的Ca^２＋能与蛋白质以及其中间产物分子的终端羧基结合生成水溶性的钙盐，即：氨基酸钙，最终能够得到优良的钙蛋白有机肥料；而分离得到的固体残渣同样含有丰富的氨基酸及有机螯合钙，可作为土壤改良剂（蛋白土）使用。根据《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》（GB／T24600-2009）标准的规定，可将处理后且满足本标准的污泥用于盐碱地、沙化地和废弃矿场土壤改良。与传统好氧发酵相比，热碱水解不仅能够得到高附加值的蛋白液和蛋白土，还可以减少占地面积，缓解城市用地紧张，更有利于城镇污水处理厂污泥的土地利用处置。国内开展热碱分解处理污泥的工艺技术研究已有十余年，但应用案例并不多。热碱水解提取蛋白质技术是一种“稳定化、无害化、减量化、资源化”的新型污泥处置技术，目前处于初级产业化阶段。污泥通过热碱水解处理以及固液分离后形成的固体污泥残渣含水率由80％降至40％从而减量3／4，有机物削减50％以上而达到减量化目的；污泥中的病原菌因破壁失活而实现无害化；固体污泥残渣可作为覆土、绿化土、土壤改良剂和建筑材料被利用，分离出的含蛋白液体可作为蛋白发泡剂和有机肥等加以利用，实现了稳定化和资源化。

３污泥处理处置过程碳排放

中国是世界最大温室气体排放国，据统计排放总量占全球25％以上。为此，2020年，**主席在联合大会上提出2030年前中国二氧化碳排放达到峰值，努力在2060年之前实现碳中和的两个阶段奋斗目标。污泥处理处置工艺在实施过程中不可避免也存在碳排放问题，引起负面环境效应。好氧堆肥、土地利用、干化焚烧主要以CO₂形式排放，厌氧消化和填埋主要以CH4为主。刘洪涛等研究发现应用热干化焚烧工艺处理处置污泥过程中，CO₂排放量为327.9kg/t污泥，而土地利用（作为基质用于农田、林地、草坪绿化等）过程中，碳净排放量甚至是负值（-643.6kg/t污泥）。郭瑞等研究表明，利用好氧堆肥、厌氧消化、填埋工艺处理处置每吨湿污泥过程中，分别可释放59~69.240，500kgCO₂当量温室气体，而土地利用增加了植物碳汇，促进了CH₄的氧化。林文聪等指出深度脱水和填埋是污泥处理处置碳排放的主要来源，而污泥土地利用具有低碳排放效应特征，是发展低碳处理技术的优选模式。综上所述，污泥土地利用的方式更符合政策背景导向以及行业发展趋势，实现了碳减排目的。

４结语

我国污泥处理处置技术正处于持续发展的进程中，国内常用的污泥处理处置方法有卫生填埋、干化焚烧、厌氧消化以及土地利用等技术，尽管它们都各有利弊，但最终的目标都是希望污泥经过减量化、稳定化和无害化处理后作为资源回用。结合我国目前的相关政策、法规、经济市场以及发达国家的污泥处置技术思路，污泥土地利用仍会是我国未来污泥处置的最终目标，因此，以热碱水解为手段，实现土地利用的污泥处理处置技术在未来市场中也必将占有一席之地。

内容来源：《山东化工》