污泥是污水處理過程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)。初級污泥包括在初級澄清器中初級處理期間除去的可沉降固體。在二級澄清池中分離的二級污泥包括來自二級處理生物反應器處理過的污水污泥。

污泥處理的重點是減少污泥重量和體積，以降低處置成本，并降低處置方案中潛在的健康風險。脫水是重量和體積減少的主要手段，而病原體破壞通常通過嗜熱消化，堆肥或焚燒期間加熱來實現(xiàn)。

污泥處理方法的選擇取決于產(chǎn)生的污泥量，并比較可用處置方案所需的處理成本。風干和堆肥可能對農(nóng)村社區(qū)具有吸引力，而有限的土地供應可能使有氧消化和機械脫水成為城市的首選，規(guī)模經(jīng)濟可能會鼓勵大城市地區(qū)的能源回收替代方案。

在厭氧消化過程中或通過焚燒干燥的污泥，可以通過甲烷氣體生產(chǎn)從污泥中回收能量，但是能量產(chǎn)量通常不足以蒸發(fā)污泥水含量或為脫水所需的動力鼓風機，泵或離心機提供動力。

一、生物固體

“生物固體”是一個常用于污水工程出版物和當?shù)厮畡詹块T公共關系工作的術語，當污泥經(jīng)過適當?shù)奶幚磉^程后，他們希望將重點放在污水污泥的再利用上。事實上，生物固體被定義為有機廢水固體，可在穩(wěn)定過程（如厭氧消化和堆肥）后重復使用?！吧锕腆w”一詞是由水環(huán)境聯(lián)合會于1998年在美國引入的。然而，有些人認為該術語是一種“宣傳”（或至少是一種委婉用語），其目的是隱藏污水污泥也可能含有對環(huán)境有害的物質(zhì)這一事實，例如環(huán)境持久性制藥污染物。

二、處理過程

1. 濃縮

濃縮通常是污泥處理過程的第一步?？梢詳嚢鑱碜砸患壔蚨壋吻宄氐奈勰啵ㄍǔＴ谔砑映吻鍎┲螅┮孕纬筛?、更快速沉降的聚集體。初級污泥可以增稠至約8%或10%，而二級污泥可以增稠至約4%固體。增稠劑通常類似于添加攪拌機制的澄清劑。固體含量低于10%的稠化污泥可以接受額外的污泥處理，而液體增稠劑溢流則返回污水處理過程。


污水污泥濃縮劑

2. 脫水

通過離心、過濾或蒸發(fā)可以降低污泥的含水量，以降低處理的運輸成本，或改善堆肥的適用性。離心是減少污泥體積以用于隨后過濾或蒸發(fā)的預備步驟。過濾可以通過沙子干燥床中的滲透物或作為帶式壓濾機中的單獨機械過程進行，通常濾液和濃縮物返回污水處理過程。脫水后，污泥可以作為含有50%至75%水的固體處理。具有較高水分含量的脫水污泥通常作為液體處理。


帶式壓濾機示意圖，用于對污水污泥進行脫水

最初通過重力提取濾液，然后通過輥擠壓布料

3. 側(cè)流處理技術

用于污泥濃縮或脫水的污泥處理技術有兩種產(chǎn)品：增稠劑或脫水污泥機。液體部分稱為污泥處理液。這種液體需要進一步處理，因為氮和磷含量高，特別是如果污泥已被厭氧消化。處理可以在污水處理廠處理過程中進行（通過將液體循環(huán)到處理過程的開始）或作為單獨的過程進行。

4. 磷回收

處理污泥脫水液體的一種方法是磷回收，好處是減少阻塞性鳥糞石的形成。例如，加拿大公司Ostara Nutrient Recovery Technologies正在推廣一種基于磷在流化床反應器中受控化學沉淀的方法，該反應器從污泥脫水流中回收晶體顆粒形式的鳥糞石，得到的結(jié)晶產(chǎn)品以注冊商品名“Crystal Green”出售給農(nóng)業(yè)、草坪和觀賞植物部門作為肥料。

5. 消化

使用各種消化技術處理污泥，其目的是減少固體中存在的有機物質(zhì)的量和引起疾病的微生物數(shù)量。最常見的處理選擇包括厭氧消化、好氧消化和堆肥。通過將污泥量減少近50%，并將沼氣作為有價值的能源，污泥消化提供了顯著的成本優(yōu)勢。

5.1 厭氧消化

厭氧消化是在沒有氧氣的情況下進行的細菌過程。該過程可以是嗜熱消化，其中污泥在55℃的溫度下在罐中發(fā)酵，或者在約36℃的溫度下中溫發(fā)酵。盡管允許更短的保留時間（并因此允許更小的罐），但就加熱污泥的能量消耗而言，嗜熱消化更昂貴。嗜溫厭氧消化（MAD）也是處理污水處理廠產(chǎn)生的污泥的常用方法。將污泥送入大型罐中并保持至少12天，以進行消化污泥所需的四個階段，包括水解、產(chǎn)酸、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣與甲烷的比例高，生成甲烷是厭氧過程的關鍵優(yōu)勢，其主要缺點是該過程需要很長時間（最多30天）以及較高的成本。許多較大的場地利用沼氣來提供熱能和動力，使用發(fā)電機的冷卻水將消化設備的溫度維持在所需的35±3℃。

5.2 好氧消化

好氧消化是在氧氣存在下發(fā)生的細菌過程，類似于活性污泥過程的延續(xù)。在有氧條件下，細菌迅速消耗有機物并將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳。一旦缺乏有機物質(zhì)，細菌就會死亡并被其他細菌用作食物，該過程的這個階段稱為內(nèi)源性呼吸。這個階段中發(fā)生固體減少。因為好氧消化比厭氧消化快得多，所以有氧消化的成本較低。然而，由于鼓風機、泵和馬達所使用的能量，有氧消化的運行成本大得多。然而，也出現(xiàn)了使用自然氣流進行曝氣的新技術。通過使用擴散系統(tǒng)或噴射曝氣器來氧化污泥也可以實現(xiàn)好氧消化。細泡擴散器通常是更具成本效益的擴散方法，然而，由于沉積物沉積到較小的氣孔中，容易造成堵塞。粗泡擴散器更常用于活性污泥池或絮凝階段。選擇擴散器類型的關鍵是確保它能產(chǎn)生所需的氧氣轉(zhuǎn)移率。

6. 堆肥

堆肥是混合污泥與碳的農(nóng)副產(chǎn)品來源，如鋸屑、稻草或需氧處理木屑。在存在氧氣的情況下，消化污水污泥和植物材料的細菌產(chǎn)生熱量以殺死引起疾病的微生物和寄生蟲。通過將預先堆肥的污泥的絕緣毯放在充氣堆肥堆上可以輔助均勻分布病原體殺滅溫度。堆肥混合物的初始含水量約為50%; 但溫度可能不足以減少病原體，濕污泥或降水會使堆肥水分含量超過60%。堆肥混合物可堆放在具有內(nèi)置空氣管道的混凝土墊上，由一層未混合的填充劑覆蓋。通過使用曝氣鼓風機對堆肥管道抽吸真空，通過下面的管道，并在水分含量達到70%時排出先前堆肥的污泥過濾堆，可以最大限度地減少氣味。在暗渠管道中積聚的液體可以返回污水處理廠。在足以減少病原體的堆肥間隔后，可以篩選堆肥堆以回收未消化的填充劑以便再利用; 通過篩網(wǎng)的堆肥固體可用作土壤改良材料，具有與泥炭相似的益處。堆肥混合物的最佳初始碳氮比為26～30：1，但是農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的堆肥比例可以通過將污泥中有毒化學物質(zhì)的濃度稀釋到預期的可接受水平所需的量來確定。

7. 焚燒

由于空氣排放問題以及燃燒低熱值污泥和蒸發(fā)殘余水所需的補充燃料（通常是天然氣或燃料油），污泥的焚燒不太常見。在干固體基礎上，污泥的燃料值從每磅（980卡/克）未消化的污水污泥約9500英熱單位到每磅（260卡/克）消化的初級污泥2500英熱單位。具有高停留時間的階梯式多爐焚燒爐和流化床焚燒爐是用于燃燒廢水污泥的最常用系統(tǒng)。在城市垃圾發(fā)電中共同燃燒偶爾會進入工廠，假設固體廢物已經(jīng)存在并且不需要輔助燃料，這種選擇便宜。焚燒會使剩余固體中的重金屬濃度最大化，需要進一步處理。


污泥焚燒過程示意圖（注意強調(diào)空氣質(zhì)量控制）

8. 干燥床

簡單的污泥干燥床在許多國家使用，特別是在發(fā)展中國家，因為它們是一種廉價且簡單的干燥污水污泥的方法。干燥床通常有覆蓋，但有時未覆蓋。在干燥過程的初始階段翻轉(zhuǎn)污泥的機械裝置也可在市場上獲得。干燥床通常分為四層，由礫石和沙子組成。第一層是15至20厘米厚的粗砂礫，其次是10厘米厚的細砂礫，第三層是沙子，可以在10到15厘米之間，用作污泥和礫石之間的過濾器。


在污泥干燥床中干燥后的污泥

9. 新興技術

污水污泥或污泥脫水中的磷回收受到越來越多的關注，特別是在瑞典、德國和加拿大，因為磷是一種有限的資源（這一概念也被稱為“高峰磷”），需要作為肥料來養(yǎng)活不斷增長的世界人口。

廢水或污泥中的磷回收方法可以根據(jù)所用物質(zhì)的來源（廢水、污泥液、消化或未消化的污泥、灰分）或回收過程的類型進行分類。自2003年左右以來，已經(jīng)在瑞典和德國開展了污水污泥磷回收方法的研究，但鑒于目前磷在世界市場上的價格，目前正在開發(fā)的技術還不具備成本效益。

熱解聚的產(chǎn)生來自加熱至250℃的污泥的輕質(zhì)烴并壓縮至40 MPa。熱水解有兩個階段，結(jié)合污泥的高壓沸騰，然后快速減壓。這種聯(lián)合作用使污泥消毒，使其更易生物降解，從而提高消化性能。滅菌會破壞污泥中的病原體，導致其達到土地使用（農(nóng)業(yè)）的嚴格要求。


華盛頓特區(qū)Blue Plains處理廠的

熱水解系統(tǒng)是2016年世界上最大的熱水解系統(tǒng)

10. 處置或用作肥料

當產(chǎn)生液體污泥時，可能需要進一步處理以使其適合于最終處置。通常將污泥濃縮或脫水以減少在場外運輸進行處置的體積。減少含水量的方法包括干燥床、壓濾機、離心機，可以通過液體注入土地或通過垃圾填埋處理來處置污泥。來自商業(yè)或工業(yè)區(qū)域的大量污泥被從工業(yè)過程釋放到下水道中的有毒物質(zhì)污染。此類物質(zhì)的濃度升高會使污泥不適合農(nóng)業(yè)使用，因此需要將其焚燒或丟棄至垃圾填埋場。