洛阳污泥减量化与资源化处理技术综述

随着我国城镇污水处理规模的持续扩大，污泥产量逐年攀升，年产生量已超过6000万吨（含水率80%）。污泥富含有机物、氮、磷及重金属等成分，若处置不当，极易造成二次污染。传统的填埋与简易堆放方式不仅占用土地资源，还存在渗滤液污染地下水和温室气体排放等环境风险。在此背景下，推动污泥减量化与资源化已成为实现污水处理系统可持续发展的关键环节。本文系统综述了污泥减量化的技术路径与资源化利用模式，分析了各类技术的原理、应用现状、优缺点及发展趋势，旨在为污泥处理处置的科学决策与工程实践提供参考。

1. 引言

污泥是污水处理过程中产生的固态或半固态残余物，主要来源于初沉池和生物处理系统的剩余污泥。其成分复杂，通常含有50%~70%的有机质、10%~30%的无机物、以及病原微生物、重金属和微量有机污染物。根据《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》，我国明确提出“推进污泥稳定化、无害化、资源化处理处置”的目标。实现污泥减量化可降低运输与处理成本，而资源化则有助于实现“变废为宝”，推动循环经济和“双碳”目标的实现。

2. 污泥减量化技术

污泥减量化旨在从源头减少污泥产量或降低其含水率与体积，主要技术路径包括：

2.1 源头减量技术

解偶联代谢技术

通过添加化学解偶联剂（如DNP、3,3',4',5-四氯水杨酰苯胺）抑制微生物合成代谢，促进能量以热能形式耗散，从而减少细胞增殖和污泥产率。该技术可使污泥产率降低20%~50%，但需关注药剂残留与生态风险。

解体-隐性生长技术（Lysis-Pretreatment and Regrowth）

利用物理（超声、微波）、化学（臭氧、碱处理）或生物（酶解、热解）方法破坏部分污泥细胞结构，释放有机物回流至生化系统被重新利用，实现“隐性生长”，减少净污泥排放。臭氧预处理结合A/O工艺可减量30%以上。

低污泥产率工艺

采用生物膜法（如MBR、BAF）、厌氧氨氧化（Anammox）等新型生物处理工艺，其污泥产率显著低于传统活性污泥法。例如，Anammox工艺污泥产率仅为0.02~0.08 g SS/g TN，远低于传统硝化反硝化的0.3~0.6 g/g。

2.2 过程减量技术

优化运行参数

调整污泥龄（SRT）、溶解氧（DO）、F/M比等参数，抑制过度微生物增殖。适当延长SRT可促进内源呼吸，减少剩余污泥产量。

生物捕食调控

引入原生动物、轮虫等微型动物捕食细菌，调节微生物群落结构，实现生态平衡减量。

2.3 后端减量技术

高效脱水技术

高压板框压滤：可将含水率降至60%以下，显著缩小体积；

电渗透脱水：利用电场驱除水分，适用于难脱水污泥；

热水解+机械脱水：结合热预处理破坏细胞结构，提升脱水性能。

3. 污泥资源化利用技术

在减量基础上，污泥资源化旨在将其转化为能源、肥料或建材等可利用产品，主要模式包括：

3.1 能源化利用

厌氧消化（Anaerobic Digestion, AD）

是目前最成熟的污泥能源化技术。在无氧条件下，微生物将有机物分解为沼气（主要成分为CH₄和CO₂），热值可达20–25 MJ/m³。经预处理（如热水解、超声）可提升产气率30%~50%。沼气可用于发电、供热或提纯为生物天然气（Bio-CNG）。

应用案例：北京高安屯污泥处理中心采用“热水解+厌氧消化+板框脱水”工艺，日处理污泥800吨，年发电量超1亿kWh。

焚烧与热能回收

高温焚烧（850–1000℃）可彻底实现污泥减容（减量达90%以上），并回收热能用于发电或区域供热。采用流化床焚烧炉可提高燃烧效率，烟气经脱硫脱硝处理后达标排放。灰渣可用于制砖或水泥掺合料。

代表项目：上海石洞口污泥焚烧厂，设计处理能力213吨/天，实现能源自给与灰渣资源化。

热解与气化

在缺氧或限氧条件下将污泥转化为生物油、可燃气和生物炭。热解油可作为燃料油使用，生物炭可用于土壤改良或碳封存。该技术仍处于中试与示范阶段，但前景广阔。

3.2 土地利用与肥料化

好氧堆肥

将脱水污泥与秸秆、木屑等调理剂混合，在通风条件下进行高温发酵（55–65℃），杀灭病原菌，稳定有机质，生产营养丰富的有机肥或土壤调理剂。

要求：重金属含量符合《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》（GB/T 25169-2010）标准，避免长期施用导致土壤累积。

应用：江苏、浙江等地已建立多个污泥堆肥厂，产品用于园林绿化与生态修复。

制备缓释肥料

将污泥与磷酸盐、钾盐等结合，通过造粒工艺制成缓释复合肥，提高养分利用率。

3.3 建材化利用

制砖与水泥掺烧

污泥经干化后作为原料掺入制砖（替代部分黏土）或水泥窑协同处置（替代燃料与原料），实现高温无害化与资源替代。

优势：水泥窑高温（>1400℃）可彻底分解有机物，重金属固化于熟料中，安全性高。

案例：海螺水泥、华新水泥等企业已开展污泥协同处置，年处理能力超百万吨。

制备陶粒、轻质骨料

污泥与页岩、粉煤灰混合烧结，制成轻质建筑材料，用于非承重墙体或道路基层。

4. 技术选择与系统集成

不同技术路径应根据污泥性质、处理规模、当地政策与市场需求进行综合选择：

技术路径 适用场景 优点 局限性

厌氧消化 大型污水处理厂，能源需求高 产能高，运行稳定 启动慢，对毒性物质敏感

焚烧 土地紧张、环保要求高地区 减量彻底，能源回收 投资高，烟气处理要求严格

好氧堆肥 周边有农业或绿化需求 成本低，产品用途广 占地大，存在臭气与重金属风险

水泥窑协同处置 临近水泥厂 无害化彻底，资源替代 运输成本高，依赖外部设施

热解/气化 技术示范与科研项目 产物多样，碳封存潜力大 技术成熟度低，经济性待验证

系统集成趋势：

“热水解+厌氧消化+深度脱水+土地利用”或“干化+焚烧+灰渣建材化”等多技术耦合模式正成为主流，实现减量、稳定、无害与资源化的协同目标。

5. 面临挑战与发展方向

主要挑战：

污泥成分复杂，重金属与持久性有机污染物限制资源化路径；

缺乏统一标准体系，公众对“污泥肥料”接受度低；

投资与运行成本高，经济激励机制不足；

区域发展不均衡，中小城镇处理能力薄弱。

未来发展方向：

绿色低碳技术：推广低能耗脱水、高效厌氧消化、碳捕集利用（CCUS）等低碳工艺；

智慧化管理：构建污泥全生命周期监控平台，实现溯源与智能调度；

政策支持：完善污泥处置收费机制，鼓励PPP模式与跨区域协同处置；

公众参与：加强科普宣传，提升社会对污泥资源化的认知与接受度。

6. 结论

污泥处理已从“末端处置”迈向“资源循环”新阶段。减量化是基础，资源化是方向。通过源头减量、过程优化与多元资源化路径的协同，可有效缓解污泥环境压力，实现能源回收、养分循环与材料再生。未来应推动技术创新、政策完善与产业协同，构建安全、高效、可持续的污泥处理处置体系，助力生态文明建设与“无废城市”目标的实现。