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城市污泥处理处置技术综述

文档作者：王甘霖姜胜仇晨光黄娜文档来源：国网湖北省电力公司技术培训中心		点击数：	更新时间： 2021年09月19日
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２０１８ 年第２ 期
２０１８ Number ２
水电与新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
第３２ 卷
Vol．３２
DOI： １０．１３６２２／j．cnki．cn４２ -１８００／tv．１６７１ -３３５４．２０１８．０２．０１９
收稿日期：２０１７ -１２ -２８ 作者简介：王甘霖，男，助教，从事仿真系统开发及培训工作。
城市污泥处理处置技术综述
王甘霖，姜 胜，仇晨光，黄 娜
（国网湖北省电力公司技术培训中心，湖北武汉 ４３００７９）
摘要：通过分析城市污泥的性质，回顾城市污泥处理处置技术的发展过程，综合对比较各种技术的优缺点，定性评估了
这些技术在从污泥中回收有用的资源并降低污泥危害的潜力，展望未来的预期发展潜力，并对我国污泥处理未来的发展
方向提出了分析和建议。
关键词：城市污泥；处理处置；资源；土地利用
中图分类号：X７９９．３ 文献标志码：A 文章编号：１６７１ -３３５４（２０１８）０２ -００７５ -０４
Urban Sludge Treatment and Disposal Technologies： An Overview
WANG Ganlin， JIANG Sheng， QIU Chenguang， HUANG Na
（Technology Training Center， State Grid Hubei Electric Power Company， Wuhan ４３００７９， China）
Abstract： The urban sludge treatment and disposal technologies are discussed．Firstly， the specific characteristics of the
urban sludge are analyzed．The development of the urban sludge treatment and disposal technologies is reviewed．Then，
the advantages and disadvantages of various technologies are compared．The potentials of these technologies in the recovery
of useful resources from the sludge and the reduction of the damages of the sludge are evaluated quantitatively．The
future development potentials of these technologies are discussed．Recommendations are also given for the future development
of sludge treatment technology in China． Key words： urban sludge； treatment and disposal； resources； land use
城市污泥是城市生活和工业污水经城市污水处理
厂处理过程中产生的残留物。近年来，随着我国城镇
化进程和社会经济的快速发展，城市污水排放量逐年
增加，对生态和环境的压力越来越大，根据我国环保部
公布的《２０１５ 年中国环境状况公报》中的数据，我国城
市污水处理厂全年共处理污水４．１０３ ×１０１０ m３ ，按照
污泥占污水体积０．０２％估算［１］ ，２０１５ 年全年随着城市
污水处理产生的含水率为８０％的城市污泥约为４ １００
万t。因此，探讨合理、有效、经济、可持续的城市污泥
处理处置技术具有非常重要的现实意义。
１ 污泥的性质
城市污泥是一种由复杂的有机混合物（大分子蛋
白质、肽、脂类、多糖、植物大分子酚类结构或脂肪族结
构等）和微生物、无机物以及水分组成的非均相絮状
物质［２ -３］ 。从外表形态上看，污泥呈黑色、不规则胶体
状，并有恶臭的气味，污泥一般呈现弱酸或者弱碱性。
污水的来源不同，通过污水处理产生的污泥所含
有的物质的种类、含量以及对环境的影响也不一样。
根据污水处理方法和产生阶段的不同，污泥可以进行
不同的分类，如可分为初沉污泥、活性污泥、腐殖污泥、
化学污泥或者生污泥、消化污泥、浓缩污泥、脱水干化
污泥、干燥污泥等［４］ 。
城市污泥可细分为６ 种组分［５］ 。
１）无毒有机碳化合物（大约占污泥干重的６０％）。
２）氮、磷化合物。
３）有毒的无机及有机污染物（重金属：Zn， Pb，
Cu， Cr， Ni， Cd， Hg， As 等，多氯联苯，多环芳烃，二恶
英，杀虫剂，农药等）。
４）病原体及其他微生物。
５）无机化合物（硅酸盐， 铝酸盐， 钙、镁化合
物等）。
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水电与新能源２０１８ 年第２ 期
６）水（质量分数最大可超过９５％）。
污泥的来源和组成都非常复杂，若处置不当将会
对人类健康和生态环境造成极大危害［６ -７］ 。
１）微生物。污泥中含有大量的细菌、虫卵、病毒
等微生物，需要进行无害化处理。
２）无机盐类。污泥中的盐分会影响土壤的电导
率并影响植物对营养物质的吸收。
３）有机污染物。污泥中的一些有机污染物不易
降解，毒性很强，可能致癌、导致畸形以及基因突变。
４）营养物质。污泥含有大量的N、P 等营养物质，
若进入水库、湖泊等封闭或者半封闭的水体，会造成该
环境富营养化而破坏生态环境。
５）重金属。重金属能改变土壤微生物种群结构
以及影响土壤酶的活性，对动植物造成危害，而且重金
属易于在动植物和土壤中富集，并能通过饮水、空气和
食物进入人体，危害人体健康。
２ 污泥的传统处理处置技术
污泥处理处置的目标首先是使污泥脱水，减少污
泥的体积，其次对污泥进行处理使其更加稳定，不会再
次发生降解，再次是污泥无害化处理，如去除或固定重
金属以及灭菌等，最后在处理处置污泥的同时达到变
废为宝、回收能源的目的。由于污泥对环境的巨大潜
在危害，污泥的处理处置技术非常重要，传统的技术方
法包括投海、填埋、堆肥、焚烧和农业利用等。
１）污泥投海是一种处理成本低且操作简单的处
理技术，但投海会严重破坏海洋的生态环境，因此此方
法已被世界各国所禁止。
２）污泥填埋操作简单、经济成本低、处理量大、公
众反对小，并且能有效的消灭病原体，产生的腐殖质能
增加土壤的肥力，因此填埋曾经是世界上污泥处理的
主要方法之一［８］ 。但是填埋占地面积大、处置时间周
期长，而且污泥经过雨水的侵蚀产生的渗滤液很容易
进入地下水，导致地下水污染，另外污泥中的有机质经
过发酵会产生温室气体。因此随着污泥填埋的处理技
术标准要求越来越高，污泥填埋处理所占比例越来
越小。
３）污泥堆肥是在人为控制的条件下，利用污泥中
的微生物进行发酵，使污泥中的有机物发生转化，生成
腐殖质［９］ 。虽然堆肥能改善污泥的性质，减少恶臭
味，杀死细菌和寄生虫，但是堆肥需要巨大的场地，耗
时长，难以从根本上解决难降解的有机污染物和重金
属。随着其他处理技术快速发展，堆肥所占比例将逐
渐减小。
４） 污泥中有机质的含量一般可占泥干重的
３０％ ～４０％，干污泥的热值可以媲美褐煤［１０］ ，污泥焚
烧会大幅减少污泥的体积，能杀死病原微生物并回收
利用热能，而且污泥焚烧需要的土地面积小，生成的焚
烧灰渣比较稳定。污泥焚烧的缺点有设备投资较大，
处理成本较高，会产生有害气体，例如二恶英是目前焚
烧技术面临的一个难题。
５）我国是一个人口大国，农业肥料需求量很大，
据第二次全国土壤普查结果显示：我国缺乏有机质的
耕地为３ ２９０．０ hm２ ， 缺氮的耕地为３ ３０５．０ hm２ ，约占
耕地面积的３５％，缺磷的耕地为６ ７２６．６ hm２ ，占耕地
面积的７０．７％［１１］ 。由于污泥中富含农作物生长所需
的氮、磷、钾和有机质等营养物质，因此具有良好的农
业利用价值。但污泥中含有大量重金属、细菌和有机
污染物等，极大的限制了污泥的农业利用，因此污泥必
须通过无害化和稳定化处理才能应用于农业。
图1 我国污泥处理及利用途径（2010）［12］
从图１ 可以看出，我国目前污泥处理还是以农业
利用和填埋为主，这两种处理方法占我国污泥处理的
比例超过７５％，其中污泥农业应用的方法还不够完
善，进行农业应用的污泥往往没有进行完整的无害化
处理。绿化和焚烧等处理方法占比较小，此外还存在
大约１４％的污泥没有得到处理，会对环境产生持续性
的危害。
３ 污泥资源化利用
从传统处理方法而言，往往将污泥当作一种有害
的废弃物，但是目前世界上普遍认为废物实际是放错
了位置的资源，从生态环境的保护、经济的发展以及资
源的开发利用等方面来看，若污泥经过合理的处理可
以实现污泥的资源化利用。目前“城市污泥（sewage
sludge）”在污水污泥处置行业已改称为“生物固体
（biosolid）”，而且这一名称已逐渐被其它行业所普遍
接受［１３］ 。
７６ 万方数据
王甘霖，等：城市污泥处理处置技术综述２０１８ 年２ 月
目前，世界上对污泥资源化利用主要关注的三个
重点为从污泥中回收再利用有价值的产品、一个完整
的解决污泥中的有毒物质的方案以及可接受的成
本［１４］ ，其主要技术或方法如下：
１）厌氧消化。厌氧消化是目前市场上最常见的
污泥稳定化处理技术［１５］ 。厌氧消化是指利用厌氧微
生物在一定的环境条件下分解污泥，同时回收由部分
挥发性化合物转化产生的沼气（CH４ ，CO２ ）等能源。
根据微生物的类型和工艺条件的不同，可以生产不同
的能源，如甲烷，乙醇或氢等。目前，污泥厌氧消化主
要应用于大中型污水处理厂。污泥经过厌氧消化，仍
然残留部分有毒有机物，并且还含有重金属、可溶性磷
酸盐和无机物［５］ ，因此仍需进一步研究有效的后续处
理方案。
２）利用微生物燃料电池发电。由于污泥中含有
大量可生物降解的有机化合物，因此可以利用微生物
燃料电池直接发电。但是目前此方法发电效率低，而
且不是所有的污泥中的有机物质是可生物降解的。最
近世界上在这方面的研究取得了很大的进展，但仍然
有很长的路要走。
３）生产建筑材料。污泥中含有大量Si、Al、Ca 等
无机成分，其组成与很多建筑材料非常相似，因此合理
利用添加剂与适当的工艺，可以生产很多有价值的产
品，如砖、水泥等。这个生产过程所用的污泥一般是指
污泥焚烧灰或干污泥。目前有学者利用黏土和污泥制
得“生态砖”，性能指标能达到国家标准，而且重量和
能耗更小［１６］ 。在美国，有研究者将污泥灰或干污泥加
入到水泥的生产过程中，并且在较高工艺温度下，重金
属会被固化在水泥中。利用污泥生产建筑材料技术日
渐完善，是一种有前途和价值的污泥处理处置技术。
４）焚烧与混合焚烧。污泥焚烧主要以热或电的
形式从污泥中回收能量，目前污泥焚烧在欧洲和日本
比较常见。为了降低燃煤发电厂的成本，可以选择将
干污泥、煤和吸附剂按一定比例混合制成新型煤，进行
混合焚烧，充分利用污泥的热值。污泥焚烧后只留下
惰性材料（灰），这些灰可以作为生产建筑材料的原
料。污泥焚烧在世界范围内得到广泛应用，目前越来
越多的应用于大规模能源回收项目。
５）气化和热解。污泥热解是指在一定温度（３５０
～５００℃）和压力并且氧气不足的环境下对污泥进行
加热处理［１７］ 。污泥气化是指在大约１ ０００℃且可燃气
体与氧含量较少的气氛中对污泥进行加热处理［１８］ 。
污泥经过热解或气化过程转化生成的焦炭、油、可燃气
体等产物可以进行利用，而且烟气和NOX 的排放量比
焚烧处理少。但目前污泥热解和气化大规模实践应用
较少，需要更多的成本及运营数据来评估热解和气化
的预期作用和价值。
６）热水解。污泥热水解，即水热处理，是指液相
温度在１５０ ～４５０℃之间并且没有氧气和其他氧化剂
存在时加热污泥［３］ 。热水解主要目标包括增强厌氧
消化性能，降解有机化合物，减少污泥质量和体积，回
收有价值的物质［１９］ 。热水解可以改善污泥的脱水和
沉降性能，而且水解造成高浓度溶解的有机化合物积
累在液相［２０］ ，因此热水解后的液体残留物有较高的农
用价值。进一步的研究应该重点关注热水解过程中污
泥中的有毒物质的迁移转化过程。
７）园林绿化及林地利用。将经过堆肥以及其他
能有效的对污泥进行灭菌、消除臭味等技术处理后的
污泥，作为城市园林以及林业用地的有机肥料，用于树
木、草坪、花卉等区域，可以降低污泥处理的费用，有利
于城市的绿化带以及林地的维护。
８）土壤修复。在矿山、采石场等生态被破坏的地
区，地表的土壤营养贫瘠，植物难以生长，由于污泥是
胶状物质，具有一定的黏性和吸水性，而且还含有N、
P、K 等有机营养物质，因此可以利用污泥来改善这些
地区的土壤的状态［２１］ ，使土壤重新焕发生机。
９）人工湿地。利用污水污泥建设人工湿地是近
年来很有前途的污水污泥处理方法，对于农村地区，将
污水引至污水处理厂再集中进行处理，这个过程的成
本和能耗都较高。利用污水污泥建造人工湿地，维护
简单，系统的运作只需要足够的阳光，不需要添加化学
试剂，还有利于恢复生态系统和提高生物多样性。
在污泥最终去向上，近年来国内专家们的意见趋
向一致：稳定无害的污泥回归土地，充分利用有机质弥
补我国土壤“营养”严重缺失的现状。除了较为敏感
的农用目前仍未“解禁”，污泥土地利用还有园林绿
化、土壤修复改良等多种去向，需求量很大［２２］ 。
４ 结 语
本文对多种城市污泥处理处置技术关于发展阶
段、技术和经济可行性、环境可持续性与社会可接受性
等方面进行了讨论，评估了各种技术的优缺点和未来
预期的竞争力。根据我国的国情，人口增长以及社会
经济快速发展的同时带来了严重的环境问题，包括粮
食压力、水土流失、土地沙漠化等，从长远的角度来看，
污泥的资源化利用是我国发展的必然选择，尤其以污
泥土地利用为最佳方法。但是在接下来的研究中，仍
然需要找到一个有效、经济、安全的对污泥中的有毒物
质的最终解决方案，使城市污泥成为一种具有重要价
值的资源，实现最大程度的资源化利用。
７７ 万方数据
水电与新能源２０１８ 年第２ 期
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（上接第６４ 页）
次进行拉伸，复测其拉伸值为０．３０ ～０．３２ mm，均满足
设计要求值０．３１ ±０．０３ mm，与之前测量数据存在０．
１０ ～０．１８ mm 偏差。
2．4 测杆与测量孔配合的误差
经现场实际检查发现测杆与测量孔的配合情况也
将直接影响拉伸值的测量，为此现场工作人员在初始
值及最终值测量过程中，始终保持同一位置，并在测量
杆及螺栓上做好标记，经多次实践发现，同一测量人同
一位置测量的误差在０．０２ mm 以内。
３ 结 语
本文以葛洲坝电站东电机组缸盖与转轮体连接螺
栓拉伸为例，分析了螺栓拉伸值的影响因素，并从拉伸
值测量方面分析可能存在的误差，可供其它电站类似
工作提供参考借鉴。
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