1.4.1 国内外污泥处理处置与资源化技术介绍
污泥处理一般包括浓缩、脱水、稳定（厌氧消化、好氧消化、堆肥）和干化、焚烧等，是对污泥进行稳定化、减量化处理的过程。污泥浓缩、脱水、干化主要目的是降低污泥水分，干固体没有发生减量变化；污泥稳定主要是分解降低干固体中的有机物数量，水分几乎没有变化；污泥焚烧是完全消除有机物、可燃物质和水分，是最彻底的稳定化、减量化。
1.4.1.1 污泥浓缩
污泥浓缩主要是去除污泥颗粒间的间隙水，浓缩后的污泥含水率为95%～98%，污泥仍然可保持流体特性。
污泥的浓缩可分为重力浓缩、气浮浓缩、机械浓缩等。其中重力浓缩应用较为广泛。我国过去的一些污水处理厂常采用重力浓缩池进行污泥浓缩，兼顾污泥匀质和调节，重力浓缩电耗低、无药耗，运行成本低，但重力浓缩时间长、易释磷，重力浓缩池上清液回流至进水，增加污水处理的磷负荷，因此，随着脱氮除磷要求的提高，新建污水处理厂大部分采用机械浓缩，有些小型污水处理厂采用更简便的浓缩脱水一体机。
在选择浓缩的方法时，除了各种方法本身的特点外，还应考虑污泥的性质、来源、整个污泥处理流程及最终处置方式等。例如重力浓缩用于浓缩初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥时效果较好；单纯的剩余活性污泥一般用气浮浓缩。
1.4.1.2 污泥脱水
污泥浓缩主要是针对间隙水，经浓缩后的污泥含水率为90%以上，呈流动状态，体积仍然很大，故而需要进行脱水。污泥脱水的目的是将污泥中的毛细结合水分离出来。
污泥脱水的方法主要有自然干化、机械脱水及热处理法。在污泥脱水的方式中，自然干化的占用面积大，卫生条件相对较差，易受天气状况的影响。与加热脱水相比，机械挤压的能量消耗相对较低，20MPa的能量相当于70kJ/kg，汽化热为2200kJ/kg，因此，机械脱水被广泛应用于污泥脱水中。机械脱水后的污泥含水率为65%～80%，呈泥饼状。
污泥脱水可大大减少污泥填埋时污泥的堆积场地，节约运输过程中产生的费用；在对污泥进行堆肥处理时，污泥脱水能保证堆肥顺利进行（堆肥过程中一般要求污泥有较低的含水率）；如若进行污泥焚烧，污泥脱水率高可大大减少热能消耗。
但是，污泥成分复杂、相对密度较小、颗粒较细，并往往是胶态状况，决定了其不易脱水的特点，所以到目前为止，污泥脱水程度的进一步提高是国内外研究的热门课题。
目前使用比较普及的污泥脱水机有三种，即板框式压滤机、带式压滤脱水机与离心脱水机。
带式压滤脱水机电耗低，板框式压滤机滤饼含水率低，离心脱水机对污泥流量波动的适应性强、密封性能好、处理量大、占地小。我国新建污水处理厂大多采用离心脱水机、带式压滤脱水机和板框式压滤机，小型污水处理厂一般采用浓缩脱水一体机。
1.4.1.3 污泥干化
污泥干化的目的主要是去除污泥颗粒间的表面吸附水和内部水，干化后的污泥呈颗粒状或粉末状。干化不仅能使污泥显著减容，使污泥达到无臭且无病原生物的安全稳定状态，而且干化污泥的用途广泛，例如用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。
污泥干化的方法主要分为自然干化和机械干化。
自然干化由于占用较多土地，而且受到气候条件影响大、散发臭味，在污水处理厂污泥处理过程中已不多采用。
机械干化主要是利用热能进一步去除脱水污泥中的水分，是污泥与热媒之间的传热过程。根据污泥与热媒之间的传热方式，污泥机械干化又分为对流干化、传导干化和热辐射干化。在污泥干化行业主要采用对流和传导两种方式，或者两者相结合的方式。另外，对流形式的干化机由于热媒与蒸发出的水汽、副产气一同排出干化机，排出气体量大，容易增加后续处理负担。污泥含水率在40%～50%时，污泥流变学特性发生显著变化，污泥的黏滞性较强，导致输送性能很差。在干化过程中，污泥逐步失去水分而形成颗粒状，在低含水率时具有较大的表面积。当污泥逐步形成颗粒时，表面比内部干燥，内部水的蒸发越发困难，随着含水率的降低，蒸发效率也逐渐降低。
1.4.1.4 污泥稳定
污泥稳定是指去除污泥中的部分有机物质或将不稳定的有机物质转化为较稳定的物质，使污泥中的有机物含量减少40%以上，并不再散发异味，即使污泥以后经过较长时间的堆置，其主要成分也不再发生明显的变化的处理方法。
污泥稳定的方法包括厌氧消化、好氧消化和堆肥等方法。
厌氧消化是在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程。为了减少工程投资，通常将活性污泥浓缩后再进行消化，在密闭消化池内的缺氧条件下，一部分菌体逐渐转化为厌氧菌或兼性菌，降解有机污染物，污泥逐渐被消化掉，同时放出热量和甲烷气体。经过厌氧消化，可使污泥中部分有机物质转化为甲烷，同时可消灭恶臭及各种病原菌和寄生虫，使污泥达到安全稳定的程度。在污泥厌氧消化工艺中，以中温消化（33～35℃）最为常用。
污泥好氧消化是微生物通过其细胞原生质的内源或自身氧化取得能量的一种方法。在此过程中，细胞物质中可生物降解的组分被渐渐氧化为二氧化碳、水和氨，然后氨被进一步氧化为硝酸盐。影响污泥好氧消化的因素主要有：a.特定污泥的品种（类型）和特征；b.污泥的氧化速率；c.污泥泥龄；d.污泥负荷率；e.温度；f.需氧量。大体来说，好氧消化中大多数挥发性固体的消化将发生在最初的10～15d内，不同的污泥，消化的难易程度有所不同，纸浆和造纸厂污泥最难消化（由于纤维素和木质素含量较高）。
污泥堆肥法是指在人工控制下，在一定的水分、C/N和通风条件下，通过微生物的发酵作用，将污泥中的有机物转变成腐殖质残渣（肥料）的过程。在堆肥过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖化残渣，不再对环境尤其是土壤环境造成危害。根据堆肥过程中起主要作用的微生物对氧气要求的不同，可分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法两种。前者是在有氧存在的条件下利用好氧微生物来实现有机物的降解。由于好氧堆肥温度一般在50～60℃，极限可达80～90℃，故也称高温堆肥。后者是在无氧或缺氧的条件下利用厌氧及兼性厌氧微生物发酵转化有机物的过程。
在欧洲和北美洲的污水处理厂，污泥厌氧消化的成功案例较多。在我国，杭州四堡污水处理厂、北京高碑店污水处理厂、天津东郊污水处理厂和上海市白龙港污水处理厂采用中温厌氧消化。
1.4.1.5 污泥焚烧
污泥焚烧可破坏全部有机质，并杀死一切病原体，最大限度地减少污泥体积，以含水率约为75%的污泥为例，焚烧残渣仅为原污泥体积的10%左右。当污泥自身的燃烧热值较高，或城市卫生要求较高，或污泥有毒物质含量高而不能被综合利用时，可采用焚烧处置方法。在焚烧前，一般应先进行污泥脱水处理和热干化，以减少负荷和能耗。但是该方法也存在缺点，主要在于其处理设施投资大，处理费用高，有机物焚烧会产生二
英等剧毒物质。但总体来说，污泥焚烧在技术上是可行的，并已经达到了工业规模的程度，应用较为普遍。
污泥的焚烧基本上有4种方法。
（1）利用现有垃圾焚烧炉
现在垃圾焚烧炉大都采用了先进的技术，配有完善的尾气处理装置，可以在垃圾中混入30%的污泥一起焚烧。
（2）利用现有工业用炉焚烧污泥
主要利用沥青或水泥的焚烧炉。焚烧干化后的污泥，甚至是污泥的无机部分（灰渣）也几乎可以完全地被利用于产品之中。通过温度高达1200℃的高温焚烧，污泥中有害的有机物质被完全分解，同时在焚烧中产生的细小水泥悬浮颗粒还可以吸附有毒物质，从而使污泥灰一并熔融入水泥产品之中，加入的干污泥量通常低于正常燃料的15%。
（3）在火力烧煤发电厂焚烧污泥
经过对发电厂焚烧污泥的研究证明，当污泥占耗煤总量的比例不超过10%时，对发电厂尾气净化以及发电站的正常运转没有不利影响。
（4）污泥单独焚烧
污泥单独焚烧设备有多段炉、回转炉、流动床炉、喷射式焚烧炉、热分解燃烧炉等。
焚烧处理的特点包括：大幅减少污泥体积和质量；杀死一切病原体；污泥处理速度快，不需要长期贮存；可以回收能量。但是有利必有弊，其较高的焚烧成本和烟气处理问题却是制约污泥焚烧工艺大规模应用的主要因素。
当用地紧张或污泥中有毒有害物质含量较高，无法采用其他处理方式时，可以考虑污泥干化焚烧。在污水污泥中重金属和有毒有害物质含量超标（如上海市桃浦污水处理厂和石洞口污水处理厂），污泥不适合土地利用，则焚烧处理是一种有效的处置技术。
1.4.1.6 土地利用
污泥的土地利用是将污泥作为肥料或土壤改良材料，用于园林、绿化、农业或者林业等领域的处置方式。
污泥中含有丰富的腐殖质、有机物及N、P、K、Ca、Cu、Mg、Fe、Zn、S等植物所需的各种营养元素，不仅能够为植物的生长提供营养物质，提高土壤肥度，还能改良土壤结构，改善土壤的导电率和物理化学性质。
污泥土地利用需要具备的一个重要条件是其所含有的有害成分不超过土壤环境的承受范围。因此，污泥土地利用的风险主要在于污泥中存在许多有毒有害物质，会在土壤中累积，对植物产生毒害作用。其中，重金属会随雨水或自行迁移到土壤深层，不仅污染土壤环境，还造成地下水污染。污泥中含有的大量营养元素若不能被植物及时吸收，随雨水径流进入地表水会导致水体富营养化，进入地下水会引起硝酸盐污染，过高的盐分还会破坏养分之间的平衡并抑制植物对养分的吸收。此外，污泥中含有的病原菌和寄生虫卵可通过各种途径传播，造成环境污染。污泥中有许多有毒害的有机物一般难以完全降解，亦会产生一定的危害。因此，在污泥土地利用的时候应当严格控制这些风险，避免污泥土地利用对周围环境的二次污染，并减缓对人体食物链造成的负面影响。
1.4.1.7 污泥填埋
污泥填埋是指运用一定工艺技术和工程措施将污泥埋于天然或人工坑地内的处置方式。城镇污泥的填埋主要分为三种，分别为传统填埋、卫生填埋及安全填埋。
传统填埋是将污泥集中堆置在坑、塘和池等低洼处，由于不加掩盖，故特别容易对水源和大气造成污染，并不可取。卫生填埋始于20世纪60年代，即通过填充、堆平、压实、覆盖、再压实和封场等工序使污泥得到最终处置，渗滤液必须收集并处理。此类填埋方式规定必须按一定的工程技术规范和卫生要求进行，防止对周边环境产生危害和污染。而安全填埋是一种改进的卫生填埋方法，主要用来进行危险废物的处理和处置。
总体而言，填埋方式具有投资少、处理量大、效果明显的污泥处理优势，并且由于其对污泥的卫生学指标和重金属指标要求比较低，因此操作简单。但也存在场地选址困难、填埋容量有限、大量占地、有害成分渗漏造成地下水污染、填埋场卫生防治、臭气污染大气、影响景观等一些问题。
根据我国国情和现有的经济条件，在相当长的一段时间内脱水污泥填埋仍将是一种不可或缺的过渡性处置途径。非卫生填埋方式会给环境带来严重危害，正逐渐被摒弃，目前我国的填埋形式一般采用污泥与城市生活垃圾混合的卫生填埋方式。北京高碑店污水处理厂将脱水污泥运到生活垃圾填埋场与垃圾混合填埋，但由于污泥的含水率较高，给填埋作业带来很多困难。污泥单独卫生填埋方式在国内应用不是很多，如1991年上海市桃浦地区建成了第一座污泥卫生试验填埋场，将曹杨污水处理厂污泥脱水后运至填埋场填埋处置，该场填埋占地3500m2；2004年上海白龙港污水处理厂建成了污泥专用填埋场，占地43k
。
1.4.1.8 污泥建材利用
污泥建材利用是指将污泥作为制作建筑材料的部分原料从而应用于沥青、制砖、水泥、陶粒、活性炭、混凝土、熔融轻质材料以及生化纤维板等生产的处置方式。
（1）污泥制沥青
目前，石灰石粉末一般多用作细骨料，从1997年日本就开始了用污泥灰作为细骨料的可行性研究。经试验分析，加入了污泥灰的沥青混合物，其各方面性能与传统的材料制成的混合物相同，甚至在黏度、耐久性和稳定性方面还可以得到加强。
（2）污泥制砖
污泥制砖形式一般有干化污泥制砖和焚烧灰渣制砖两种。当用干化污泥直接制砖时，应通过对污泥成分的适当调整使其与制砖黏土的化学成分相当。当污泥与黏土按1∶10的质量比例进行配料时，污泥砖可达到普通红砖的强度。当利用污泥焚烧灰渣制砖时，灰渣的化学成分与制砖黏土已经较为接近，因此可以通过两种途径实现烧结砖制造，一种是与黏土等掺合料混合烧砖，一种是不加掺合料完全利用单独污泥焚烧灰渣烧砖。
（3）污泥制陶粒
陶粒是由泥质岩石（板岩、页岩等）、黏土、工业废料（煤矸石、粉煤灰）等为主要原料，加工熔烧而成的具有内部多孔结构的粒状陶质物，具有强度高、密度小、防火、防冻、耐酸蚀和抗震等优点，经济效益和环保效益突出，在建筑业、农业和环保业有着广泛应用。目前，污泥制陶粒的工艺主要有两种：一种是直接以脱水污泥为原料制陶粒；另一种是利用生污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰制陶粒。
（4）污泥制生态水泥
利用城市污水处理厂产生的脱水污泥为原料制造的水泥，其大约60%的原材料为废料，实现了污泥的资源化利用，且水泥烧成温度为1000～1200℃，从而降低了燃料用量和二氧化碳的排放量，因此又被称为“环保水泥”。
（5）污泥制混凝土
污泥焚烧灰也可以作为混凝土的细填料，代替部分水泥和细砂等。研究表明，污泥灰替代混凝土细填料的比例甚至可高达30%，具有较高的商业价值，应对作为混凝土填料用的污泥焚烧灰进行筛分和粉磨预处理，并对焚烧灰的有机质残留量进行控制，以保证生产混凝土的原料污泥灰达到一定的粒径配比，并确保污泥混凝土成品的质量。
（6）污泥制吸附剂
污泥制吸附剂指利用污泥中的有机物对污泥进行热解制成的含炭吸附剂，目前该技术已经在污泥的热解炭化和所得材料的应用方面获得了几项专利，如美国的关于污泥热解炭化制备含炭吸附剂的专利等。污泥制备吸附剂的研究重点主要集中在制备的中间过程、方法的改进及化学活化剂的选择方面。影响吸附剂性质的主要因素有活化剂种类（ZnCl2、H2SO4、H3PO4、KOH等）、热解温度、浓度、活化温度、热解时间等，由于不同的污泥所制取的吸附剂亦具有不同的性质和用途，所以其也是影响吸附剂性质的因素之一。
1.4.1.9 污泥的能源利用
污泥的能源利用是指通过生物、物理或热化学的方法把污泥转变成为较高品质的能源产品，同时可杀灭细菌、去除臭气。污泥可以看作是污水处理过程中剩余的微生物残体，含有大量的有机物和一定的纤维木质素，具有一定的热值，可视为生物质能源存在的一种形式。目前，常见能源利用方法包括污泥制油技术、污泥制沼气技术、污泥制燃料技术、污泥焚烧发电等。
（1）污泥低温制油技术
污泥低温制油技术是在300～500℃、常压或高压缺氧条件下，借助污泥中所含的重金属和硅酸铝，尤其是铜的催化作用将污泥中的蛋白质和脂类转变成烃类化合物，最终产物为炭、油、非冷凝气体和反应水，从而回收能源的污泥热化处理技术。
（2）污泥制沼气技术
污泥通过厌氧消化产生以甲烷为主要成分的沼气。现代工艺是在电脑化控制的反应器内，根据处理物的各种不同条件随时对容器里的厌氧环境进行调节，使自然界普遍存在的微生物充分参与有机物逐级发酵降解（水解、酸化、气化），最终实现甲烷化。发酵产物（沼气）的主要成分是气态的甲烷和二氧化碳，将其收集后用作清洁燃料。由于同样为温室气体的甲烷其温室效应是CO2的22倍，所以利用含甲烷达50%左右的沼气而避免其排放的做法除了具有一定的经济效益外，对减轻温室效应还有重大意义。厌氧消化后排出的残渣中富含环状化合物的聚合物腐殖酸，故可作为城市绿化的基肥、土料。厌氧发酵制沼气生产环境好，臭气产生量少，故对大气造成的污染小，无酸性物质、二英、粉尘产生，但其最突出的优点是实现了较高的污泥资源化程度，不但可以产生高热值沼气，同时也产生了有机肥料。
（3）污泥燃料化利用
城市污泥中含有大量的有机物（约占70%～80%），因此脱水污泥的发热量很高。目前污泥燃料化包括污泥能量回收系统和污泥燃料。其中，污泥能量回收系统是将初沉池污泥和剩余活性污泥分别进行厌氧消化、混合消化，使污泥含水率降至80%，加入轻溶剂油，变成流动性浆液，送入四效蒸发器蒸发，脱除清油（含水率2.6%），含油污泥经机械脱水后，加入重油制成流动性浆液，最后将该浆液送至四效蒸发器进行蒸发、脱油，制成含水率为5%、含油率为10%以下的污泥燃料。而对于污泥燃料，其燃烧热值较高、性质比较稳定、控制方便，若用于发电、厂区水泥生产，不仅可以减少燃煤量，缩减燃料成本并节约煤炭资源，燃烧的污泥还可以作为生产水泥的原料。污泥燃料还可作为纸浆造纸厂的生产用能，有利于降低造纸厂的能耗。