污泥处理是城市污水处理厂环境功能的保障和深化。从原理上讲，城市污水处理是将污水中悬浮态、胶体态或溶解态的物质（污水中的有机物或营养物质经微生物处理转化为活性污泥等）转化为固体，并从水体中析出分离的过程。活性污泥中含有大量有机物质及营养物、病原菌、寄生虫卵、重金属和某些有毒有害难降解有机物质等。国内外污水处理厂常规配套的离心机、带式压滤机等设备脱水后污泥含水率一般为80%左右，这类污泥具有含水率高、易腐败、产生恶臭等特点。从某种意义上讲，城市污水处理厂只是对污水中的有毒有害物质的一种富集或转化，而不是完全的处理过程，任何污水处理过程都必然会产生污泥。

因此，污泥处理是水污染控制和水环境保护的重要部分，也是污水处理厂和城市卫生环境面临的重要问题，与此同时，污泥也是国内外固液分离领域公认的最难处理的物料之一。

根据《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》要求，到2020年底，地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%，其他城市达到75%、县城力争达到60%；重点镇提高5个百分点，初步实现建制镇污泥统筹集中处理处置。

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1、污泥的分类：

（1）根据污水来源分类：根据污水来源，污泥主要可分为：生活污泥、工业污泥和企业压榨污泥等，具体包括：

1）生活污泥是指在城镇污水处理厂处理生活污水过程中产生的污泥，有机物含量较高，颗粒较细，密度较小，且呈胶体结构。

2）工业污泥是指工业污水处理厂和以工业污水处理为主的综合污水处理厂产生的污泥，与生活污泥相比，工业污泥的来源更广，成分更复杂，其具体的成分和特性与其来源密切相关。

3）企业压榨泥是指工业企业污水预处理过程产生的物化、生化和深度氧化污泥等，常见的企业压榨泥包括印染污泥、造纸污泥、制革污泥、食品污泥等；

4）其他污泥还包括给水水源净化以及河道、湖泊、池塘等自然或人工水体疏浚等过程中产生的污泥。

（2）根据污水处理工艺和环节分类：根据污水处理工艺和环节，污泥可主要分为：初沉污泥、剩余活性污泥、消化污泥和化学污泥等。

初沉污泥也称初级污泥，是指污水在一级处理过程中产生的污泥，主要来自污水处理厂的初沉池。初沉污泥中含有许多大颗粒物质，其中无机砂砾较多、有机质较少，初沉污泥的污泥比阻通常为20~60×1012m/kg，该类污泥的处理难度相对较小。

剩余活性污泥是指活性污泥法或生物膜法处理过程产生的污泥，主要由好氧微生物和依附在微生物群体上的有机物质和无机物质组成，其中含有大量有机物质及营养物、病原菌、寄生虫卵、重金属和某些有毒有害难降解有机物等，同时具有含水率高、体积大、易腐败、产生恶臭、比重较小、颗粒较细等特点，剩余活性污泥的污泥比阻通常为100~300×1012m/kg，该类污泥的处理难度相对较大。

消化污泥是指剩余活性污泥经过厌氧消化或好氧消化处理后产生的污泥，污泥经过好氧消化处理后呈褐色至深褐色的絮状物，相比剩余活性污泥，好氧消化处理后的污泥更易脱水。厌氧消化处理后的污泥是带有难闻气味的深褐色或黑色粘稠液体，厌氧消化污泥的污泥比阻通常为40~80×1012m/kg。

化学污泥是指采用化学法处理污水后产生的污泥，针对污水中特定的污染物需要加入对应化学药剂将污染物去除，因而污水性质和化学药剂的差异会导致化学污泥的成分也不尽相同。化学污泥中通常含有大量胶状结构的亲水物质导致其难以脱水。

2、污泥的成分

（1）污泥中的水分：污泥中的水分按其状态共分为四种：1）间隙水，是存在于污泥颗粒间隙中的游离水分，又称自由水；2）毛细水，是污泥颗粒之间或颗粒裂隙中由于毛细作用与污泥颗粒结合在一起的水分；3）吸附水，是由于表面张力的作用吸附在污泥颗粒表面的水分，由于污泥颗粒小，所以具有极强的表面吸附力；4）结合水，是存在于污泥颗粒内部或微生物细胞内的水分，只有改变污泥颗粒的内部结构才能将结合水分离。

四种水分的结合强度依次为间隙水<毛细水<吸附水<结合水。理论上，间隙水相对容易脱除，可通过重力沉淀（浓缩压密）而分离。毛细水可通过施加离心力、负压力等外力，破坏毛细管表面张力和凝聚力的作用力而分离。吸附水可采用混凝方法，通过胶体颗粒相互絮凝来去除附着在表面的水分。结合水则较难去除，特别是微生物细胞内的结合水，必须从细胞内渗出才能去除。一般的污泥重力浓缩法和机械方法仅能去除污泥中的间隙水和部分毛细水。污泥颗粒表面的吸附水和部分毛细水与污泥表面的结合力很强，无法简单用机械方法去除。污泥深度脱水的重点在于对毛细水、吸附水和结合水的去除，有效改变污泥的化学、生化学、物理特性是去除这三部分水的重要方法和有效途径。

（2）污泥中的胞外聚合物：污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物，这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水性。胞外聚合物是微生物细胞外高分子物质的总称，其质量占剩余活性污泥总重的80%、总有机物的50%-90%、污泥干重的15%，是剩余活性污泥中除微生物细胞和水分外的第三大组成物质，对污泥性质影响显著。胞外聚合物主要由多糖、蛋白质、核酸等高分子物质组成，这些聚合物可以形成类似凝胶的、高度水化的带电絮体基质，将微生物包埋在絮体里面，维持絮凝体结构和功能的完整性。由于蛋白质表面带有-NH4+、-COOH、-CONH2、-OH、-SH等亲水的极性基团，有利于絮体吸附水的存在；多糖表面带有SO42-、PO43-、-COO-等官能团，其容易在菌体周围形成水化膜。胞外聚合物的水合作用及复杂的表面极性极大地影响污泥絮体结构和脱水性能。

（3）污泥中的其他成分：污泥中的固相成分较为复杂，可分为有机相和无机相，有机相包括微生物形成的菌胶团及吸附的有机物、丝状菌、微生物残留固体、病原菌、寄生虫卵等生物体，也包括来源于污水中的有机物如蛋白质、糖类、脂肪、油脂等；无机相主要为泥沙、无机沉淀物等。固态成分会一定程度上决定污泥粒径、沉降性、稳定性等性质。

污泥中还含有众多有毒有害物质，其中以重金属污染和有机污染物为主。重金属污染是污泥污染中的重要部分，不同种类的污泥中重金属类别的分布有较大差异，工业污泥中的部分重金属如Cu、Cr、Ni等重金属含量通常高于市政污泥。污泥中的有机污染物种类繁多，不同来源的污泥由于产业结构、人民生活习惯方面的差异所含污染物的种类和含量也存在较大差异。

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3、影响污泥处理的因素

（1）污泥性质的影响：污泥中有机质含量、颗粒粒径、粘度、荷电性质等因素都会影响污泥的性质，进而影响其脱水性能，具体如下：

①有机质含量：由于有机质具有一定的保水作用，在过滤过程中形成的可压缩滤饼在受压情况下容易造成过滤通道阻塞，导致脱水效率较低。另外，因为胞外聚合物的含量是影响污泥脱水性能的重要因素，而胞外聚合物是菌胶团之间连接的媒介，当有机物含量较高时，微生物的生长繁殖迅速，胞外聚合物的含量增加，使得污泥菌胶团结构更加稳定。因此，污泥中有机质含量的增加会使得污泥脱水变得更加困难。

②颗粒粒径：污泥颗粒粒径分布也是影响污泥脱水性能的重要因素。在机械压滤脱水过程中，小尺寸的颗粒污泥可以透过孔隙，大颗粒污泥则会被滤网截留在泥饼层，而颗粒尺寸和孔径相近的污泥颗粒往往会阻塞滤布孔隙，降低污泥脱水效果。另外，较大的颗粒粒径也有利于污泥脱水过程中形成“导流渠道”，使水分易被导出。对于相同性质的污泥来讲，通常颗粒粒径越小，污泥越难以脱水。

③粘度：污水处理厂在污泥浓缩过程中通常会投加有机高分子絮凝剂，这些有机高分子絮凝剂粘性较大，如果添加过量会导致污泥粘度增加，在压滤过程中堵塞滤布，影响脱水效果。另外，污泥中本身含有的物质（如浮油、乳化油及溶解油等）也可能导致其粘度增大，造成脱水困难。

④荷电性质：污泥中羧基、氨基和磷酸基等基团水解电离产生带负电荷的离子基团，致使污泥表面产生静电斥力，不利于污泥脱稳。通常采用Zeta电位表征污泥胶体所带电荷性的大小，Zeta电位值越小，污泥所带的负电性越强，污泥絮体间的斥力越大，污泥絮体越难沉降，污泥状态稳定，脱水性能差。

（2）处置要求：污泥处理与处置是两个相互影响的环节，不同的污泥处置路径对污泥的性质有不同的要求，也即对污泥处理技术有不同的要求。以卫生填埋、土地利用、焚烧和水泥窑综合利用为例：

卫生填埋对污泥的横向剪切强度有较高的要求，因而要求在污泥处理过程中加入更多能够使得污泥固结的药剂。土地利用对污泥的含水率、养分指标、种子发芽指数以及污染物指标等有较高的要求，并且有相关法律、法规与标准限制，因而要求在污泥处理过程中加强稳定化、降低污泥含水率。

干泥性能需满足后续协同焚烧、单独焚烧处置的要求主要有以下方面：①避免对焚烧系统设备造成腐蚀与影响烟气处理，主要是要严格控制污泥中的Cl-、S等含量。②适合不同焚烧温度要求，如流化床900℃与粉煤炉1400℃协同焚烧、水泥窑1500℃协同处理等不同焚烧温度对干泥的泥质要求不同，，主要是防止污泥中的无机盐成分高温分解后对焚烧烟气产生影响及焚烧粉尘对后续设备、烟道等产生磨损与堵塞情况。③须确保焚烧灰渣后续可资源化利用。

（3）其他影响因素：温度是影响微生物生长繁殖的重要因素，具体而言，会影响酶活性、细胞膜的流动性、物质的溶解度，因而同一污水处理厂不同季度污泥脱水效果也存在差异。春季污泥中的微生物生长繁殖速度较快，胞外聚合物含量提高，污泥脱水性能下降。冬季低温条件下丝状菌的大量出现会导致污泥絮体疏松、密度减小，进一步导致污泥比阻和沉降指数增大。与常温条件相比，低温条件下污泥有更高的亲水性，污泥的胞外分泌物粘性更强，使得污泥的压缩性降低、处理难度上升。

此外，不同污泥来源、污水处理工艺及不同含水率的污泥性质、成分各有不同，处理所需的适用药剂或工艺也有所差异。因此，污泥混合后，污泥成分、颗粒粒径、污泥比阻等污泥特性均将发生一定变化，对应的处理难度也有所不同。

4、污泥的处理处置目标：

污泥含有一定量的资源性成分，若能得到妥善处理可成为一种良好的资源，否则将会对环境造成污染：一方面，污泥中通常含有病原微生物、寄生虫卵、重金属和难降解有机污染物质，如果不能得到妥善的处置，容易造成水体、土壤和大气的二次污染，对生态环境构成威胁；另一方面，生活污泥中含有种类复杂的有机物以及氮、磷等营养物质，经过适当的资源化处理后可以用作土壤改良剂，

促进植物生长。此外，脱水干泥还含有一定的热值，可作为燃料或建材原料。为提高污泥处理处置水平、保护和改善生态环境、促进经济社会和环境可持续发展，根据《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》，污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化，鼓励回收和利用污泥中的能源和资源，坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的。

（1）污泥的减量化：污水处理厂常规配套的离心机、带机等机械脱水方法得到的污泥含水率一般为80%左右，通常而言，该污泥含水率高、有恶臭，易腐败变质，装卸、运输和后续处置较为困难。如何通过经济、环保措施将含水率80%污泥脱水减量至含水率50%以下，跨越污泥粘滞区，为后续焚烧等处置利用创造条件，是污泥处理的核心难题之一，也是环保行业一个公认的技术难题。

减量化处理的目的是大幅缩减污泥的质量和体积。污泥中水分的减少，污泥的形态会逐步从半流动状变化到粘滞状、塑性性状、半干固体状直到纯固体状，含水率较低的污泥有利于运输、贮存和后续处置。

通常而言，湿污泥的处理处置过程是能量净损耗的过程，如热干化工艺过程蒸发污泥中的水分需消耗大量能量，高耗能导致的高处理成本成为污泥处理的一大难题，特别是含水率55%-65%处于污泥的粘滞区时，污泥粘性大，输送和焚烧处置过程所需的能耗很高，因此在处置之前将污泥的含水率降至粘滞区以下，有利于减少处置过程的能耗。

此外，若无法在污泥处理环节大幅减小污泥的质量和体积，将会面临污泥难以存放、运输困难以及易造成二次污染的问题，且不论后续采取何种处置方式，都会增加污泥处置过程所需的人工、设备、投资和运行成本。因此，污泥的减量化是污泥处理处置过程中必要的步骤。

（2）污泥的稳定化和无害化：污水处理的目的主要是实现污水中污染物降解和去除，污水处理过程30%~50%的有机污染物成分转化至活性，其他重金属物质、难降解有机物等最终富集成为污泥，因此污水处理污泥具有较高的二次污染风险。

污泥的稳定化和无害化是指降解污泥中的易腐有机物质，减少或固化、钝化重金属成分，消除恶臭异味，杀灭污泥中的细菌、寄生虫卵、病毒及病原体等，减轻或消除污泥对环境可能造成的二次污染，通过处理，使其不对环境造成二次污染，不对人体健康产生危害。

（3）污泥的资源化：资源化是指将污泥经合适工艺处理后，使其转化为可以利用的资源。污泥既是能源物质又是营养物质，污泥含有的有机物质具有一定热值；对于城市生活污泥，因其含有丰富的氮、磷、钾和各种微量元素等营养物质以及有机质，能促进植物生长、增加植物产量、提高土壤养分和微生物活性，改善土壤耕性，增加土壤的透水性，降低土壤密度等，是园林植物较为理想的肥料，可作为再生资源使用。然而，污泥具有污染物和资源的双重属性，如果因处置不当而导致大量污泥的无序弃置，不仅会导致能源物质和营养物质无法得到有效利用，还会对环境造成二次污染，不符合可持续发展的要求。

污泥“四化”之中，无害化处理是基本要求，减量化处理是基础，稳定化处理是核心，资源化利用是终极目标，是实现循环经济和生态文明建设的重要举措，是污泥处理处置技术发展的重要目标和未来继续前进的动力与方向。

鉴于能源、资源短缺、全球气候变化、粮食安全、土壤矿化、全球磷资源短缺等现实问题，污泥资源化与能源化越来越受到重视，且符合目前科技发展水平，是未来污泥处置的重点发展方向。污泥的资源化与能源化可以有效利用污泥的热值经焚烧副产蒸汽发电，也可通过土地利用实现污泥中有机质、营养元素以及微量元素的有效利用。

因此，探索污泥资源化利用技术是污泥处理处置行业创新突破的必经之路，污泥资源化作为污水处理的“最后一公里”，只有为污泥寻到一条科学合理的资源化出路才能有效解决污水污染问题。