污水污泥和污泥处理的介绍

什么是淤泥？

来自市政当局的污泥（通常称为污水污泥）是废水处理的副产品。它通常是来自人类排泄物的有机物、食物垃圾颗粒、微生物、微量化学品和来自我们使用的产品和药品的无机固体的混合物，以及与这些材料结合的水。在美国，污水淤泥也被称为废水固体。

经过任何形式的处理，污泥通常被称为 "生物固体"。根据这一点，我们可以说，污泥处理将污泥变成了生物固体。"生物固体 "通常被应用于土地、焚烧或填埋。

污泥也可以来自工业设施（食品制造商、纸浆和造纸厂、化学和燃料工厂等）。工业污泥是特定工厂工艺的副产品，在每个行业中的含量差别很大。某些类型的工业污泥被允许进入城市污水管网，与城市污泥一起处理，或被送到污泥处理厂与污水污泥混合处理。

什么是污水污泥处理？

污泥处理是城市污水处理的一个重要组成部分。污泥处理的主要目标是

• 减少污泥中的有害微生物（如病原体），减少与该材料接触的人和环境的健康风险 。
• 以稳定污泥中的一些有机物，否则这些有机物会自然变成大气中的有害气体。
• 减少其最终体积，通常减少相关的处理成本；以及
• 收集处理过程中的产品和副产品，可用于或出售以抵消污泥处理成本。  

污水处理厂的减量和抵消污泥处理成本的活动非常重要。尽管污泥通常只占处理厂收到的废水流量的0.2-0.4%，但其处理往往占到设施运营支出的50%。

为什么要处理淤泥？

污水不能被处理，清洁的水也不能被回收，除非污水中的固体（污泥）被分离。一旦污泥从污水中分离出来，就不应该以原始的形式进行处理，因为其内容可能会污染自然环境、食品系统或直接影响社区的健康。

从19世纪末或20世纪初开始，原污水污泥中的致病和恶臭成分鼓励发达国家在处理这些材料之前进行处理。然而，今天，污泥越来越被视为一种资源。这是因为通过一个叫做 "厌氧消化 "的过程来处理污泥，使水务公司能够从材料中回收沼气，并使生物固体成为富含营养的土壤产品。有些公司则更进一步，从污泥中回收磷等矿物质，这是一种不可再生的资源。因此，在许多地方，污泥处理的价值已经超越了危险管理，而集中在资源回收方面。

谁来处理淤泥？

污水处理，以及市政当局的污泥处理或处理，通常由水务公司管理。水务公司可以是由政府或公共实体签约的私营企业。他们通常负责特定地理区域的清洁水供应，并收集和处理产生的废水。水务公司通常在污水处理厂接收来自城市或城镇污水管网的废水。 

一些城市有能力建立集中的废水处理厂，与广泛的下水道网络相连。这些工厂往往有专门的污泥处理设施。城镇和农村地区的污水处理厂规模较小，可将其污泥集中到污泥中心进行适当的、具有成本效益的污泥处理。

在大多数发展中国家和新兴国家，不幸的是，废水未经处理就被排放到自然环境中，因为供水公司没有足够的污水处理基础设施来收集废水，也没有合适的处理能力来分离和处理废水中的污泥。

自来水公司也可以从化粪池中收集污泥，即为没有连接到下水道的房屋或机构提供粪便污泥的容器，也称为分散式系统。然后，污泥最好被运送到附近的污水处理厂或污泥中心进行处理。

污泥是如何处理的？

处理城市污泥的方法有很多。水务公司更倾向于采用具有成本效益的工艺，使他们能够在遵守当地或国家法规的情况下处理污泥。

许多大中型污水处理厂选择的最经济的方案之一是消化。其他选择，如石灰化和大规模堆肥，也能稳定污泥中的有机物，但我们在本文中重点讨论消化。

在第一个废水处理步骤中，原污水污泥通过一个或几个过程从废水中分离出来。由此产生的污泥被转移到一个专门的水流中进行处理。采用消化法的传统污泥处理通常按照以下步骤进行：浓缩、厌氧消化和脱水，然后进行沼气货币化和生物固体再利用或处置。

污泥浓缩

即使大多数水在污水处理初期就被分离出来，但原始污泥在物理上仍然是非常液体的。污泥浓缩是一个低能耗的步骤，在厌氧消化之前将更多的水与固体成分分离。它减少了整个污泥的体积，增加了污泥中的固体比例。浓缩前的污泥通常含有约2-4%的固体重量，而浓缩可以使这一含量达到16-18%的固体重量（也称为%DS或干固体）。

有许多方法或设备来完成浓缩。最简单的是重力浓缩，它利用重力来沉淀污泥中较为坚实的部分。它通常有一个缓慢的搅拌机制，帮助 "浓缩 "的污泥在重力浓缩器的底部沉淀。其他浓缩方法包括溶气浮选、离心式浓缩、重力带式浓缩和旋转鼓式浓缩。这些技术中的每一种都有其优点和缺点。

我们如何对淤泥进行量化？

污泥消化

城市污泥处理厂有两种主要的消化方式：厌氧（无氧）和好氧（有氧）。在这两种类型中，厌氧消化通常更具成本效益，并具有生产沼气和降低生物固体量的经济和环境优势。

厌氧消化（AD）利用升高的温度和污泥中天然存在的微生物来分解，然后发酵污泥，减少材料中的病原体。温度可以是中温的，最好在30-38℃之间进行，也可以是嗜热的，最好在49-57℃。中温厌氧消化（MAD）更常见，因为它使用的能源更少，而且更稳定，但它需要在消化池中保留更长的时间。

厌氧消化是一个缓慢的过程，在大型密闭罐中进行，大约15至30天。因为这些罐子内需要很长的时间，所以它们的占地面积很大，以容纳所有需要被消化的污泥。

反倾销过程有四个生物步骤：水解、酸化、乙酰化和甲烷化。这些步骤将污泥中的糖和复杂的蛋白质转化为二氧化碳、水和甲烷，但仍然留下了相当数量的主要是有机固体。随着厌氧消化产生沼气，一种主要是甲烷和二氧化碳的混合物，剩余的污泥重量和体积都会减少。沼气被收集并作为燃料用于生产热能、电力或升级为生物甲烷，可被引入天然气网或作为运输燃料使用。即使在燃烧时，燃烧沼气对避免大气中的大量甲烷排放也很重要，可以缓解气候变化。

拥有污水处理设施但没有消化过程的城市往往使用其他方法来稳定污泥中的有机物。这些方法也可以与消化法结合使用。

• 堆肥和添加石灰，也称为碱性稳定化，是广泛的处理过程，可以使生物固体作为土壤产品被回收或再利用，就像消化一样。
• 热化学处理程序，如焚烧。
• 热干燥，它比浓缩或脱水更能增加污泥的干固体（DS）含量，但它也是非常耗能的。

生物固体脱水

厌氧消化的污泥被称为生物固体，主要含有水，干固体含量通常为6-12%。脱水减少了水的含量，与浓缩不同的是，它需要更多的能量并产生更干燥的产品。

带式压滤机（BFP）和离心机是常见的脱水技术。带式压滤机使用一系列移动的皮带，旨在将生物固体中的水挤压到干固体（DS）含量约为15-30%或更多，这取决于所使用的原始污泥类型和消化配置。离心机将固体含量较高的污泥 "推 "到一个旋转的容器壁上，并收集分离出来的水。

其他脱水方法和设备包括泻湖、太阳能干燥床和不同的压榨机，如螺旋压榨机、过滤机和旋转压榨机。当然，原始污泥也可以直接脱水，特别是在焚烧或填埋之前。脱水污泥的干固体含量因污泥的性质和使用的方法不同而有很大差异。

在浓缩和脱水过程中回收的分离水，在一些国家被称为液体或废水，通常被送回废水处理设施的起点或入口处。在某些情况下，它必须首先经过特殊处理，即所谓的液体处理。

浓缩和脱水有什么不同？

污泥处理方面的发展

新的技术和设备优化或扩大了上述的污泥处理过程，在过去的一个世纪里，这个过程大多没有变化。有些是对消化过程的修改，有些是专门针对消化后得到的沼气的处理，而有些则是侧重于回收营养物质，如磷。

行业发展的好例子是使用高级厌氧消化和生产高质量生物固体的工厂。先进的厌氧消化基本上是指对传统的厌氧消化过程的修改，或补充技术或方法，通过提高污泥的生物降解性来改善消化。它使市政当局能够处理更多的污泥，生产更小（质量更好）的生物固体量，同时产生更多的可再生能源。

先进的消化方案的例子包括如下。

• 热水解
• 巴氏消毒法
• 嗜热型厌氧消化（TAD）
• 酶促水解

热水解 过程正在成为中温厌氧消化的一个著名的预处理选择，具有多种成本和环境优势。该工艺目前在英国超过40%的污泥上使用，并在欧盟、美国和许多其他国家不断扩展。

污泥被处理后会发生什么？

一旦污泥被处理并被视为生物固体，水务公司需要将生物固体产品送离污水处理厂进行处理或再利用。生物固体的处理通常属于以下几类之一。

• 作为土壤肥料、土壤改良剂或作为土壤产品的一部分的农业用途或土地应用。
• 储存或表面处理，即卫生填埋、单体填埋，以及放置在通常远离居民的地方。
• 焚烧并随后填埋或重新使用产生的灰烬。
• 到目前为止，许多国家广泛禁止海洋倾倒或露天场地倾倒，但仍可能发生。

在这些选择中，农业或非农业用地的土地应用被认为是一种有益的再利用模式，而其他的通常被称为处置方法。土地应用目前被吹捧为最环保的选择。但是，即使对许多发达国家来说，这也是一个挑战，因为附近的土地有限，或者生物固体的成分可能不会在土地上传播太多，如重金属或微塑料。