污泥处理处置市场调查与技术分析报告-20190806

污泥处理处置市场调查与技术分析报告

----资料整理：吴鹏

目录

1.背景 (2)

1.1 污泥简介 (2)

1.2 污泥产量和市场规模 (2)

1.3 污泥处理政策 (4)

1.4 污泥处理处置现状 (5)

2. 污泥处理处置技术 (7)

2.1沼气能源回收为主的厌氧消化技术路线 (7)

2.2 土地利用为主的好氧堆肥技术路线 (8)

2.3 卫生填埋技术路线 (9)

2.4 污泥干化-焚烧技术路线 (10)

2.5 建材利用 (10)

3. 污泥干化技术 (12)

3.1 污泥热干化技术 (14)

3.2 太阳能干化技术 (15)

3.3 低温干化技术 (16)

3.4 炭化技术 (17)

3.5 无热干化技术 (20)

4. 能耗比较 (22)

4.1 污泥热干化技术 (22)

4.2 低温干化技术 (22)

4.3 无热干化技术 (23)

5. 污泥处理设备厂家 (23)

5.1 湖南华清泰 (23)

5.2 山东福航 (25)

5.3 环源科技 (26)

5.4 广东派沃 (27)

5.5 江苏泰美 (28)

6. 结论与展望 (29)

7. 污泥处理案例 (31)

1.背景

1.1 污泥简介

城镇生活污泥是污水处理厂污水处理后的必然产物。污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌和化学药剂的作用下形成聚集，逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下来，形成污泥。添加高分子絮凝剂，采用物理方法浓缩，可以脱去大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。在污水处理厂初步脱水处理后，其含水率仍高达80%～85%，称之为剩余污泥，简称污泥，再继续脱水是极其困难的。

污泥中含原水30-50%有机物、30-50%TN、95%TP；含重金属、病原菌和持久性有机物。由于剩余污泥的主要组分是微生物，因此剩余污泥的有机质含量很高，按干物质计算，剩余污泥中有机质的含量高达50%～60%。细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。生活污泥中病原菌的数量每克以亿计，未经恰当处理处置的污泥进入环境后，污泥中携带的病原微生物和寄生虫卵，加上很难处理的重金属和持久性有机物，将直接给水体和大气带来二次污染。显然，如果污泥处置不当，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，对生态环境和人类活动构成了严重威胁。但从资源化利用的角度看，污泥中有机质含量高，极具利用价值。

目前，这些污泥大部分是未经深度处理运往垃圾场进行填埋，处置方式简单，污泥含水率高且含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质以及重金属、难降解的有机物、盐类、致病菌、寄生虫等有害成分，是高度污染物，处理或处置不当，将会引发环境污染问题，严重影响人类健康和生态环境。

1.2 污泥产量和市场规模

随着我国污水处理能力的快速增长污泥产量也随之增长，2015年我国城镇污水处理厂约3900座，污水日处理能力为1.82亿立方米/天，相应的污泥日产量为11.3万吨/天（80%含水率），而其中得到处理的污泥量（无害化污泥量）为3.61万吨/天，约为污泥产量的三成。按日产量计算， 2015年污泥年产量为4000万吨，其中有70%没有得到有效处理，到目前这个比例没有改变，即仍然有70%

的污泥没有得到妥善处理。大量湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多城市被“毒泥围城”，由此带来的社会问题也日益突出。目前全国各地的污泥处理设施尚不健全，已建成设施的处理水平良莠不齐。

但我国的污泥处置率却很低下。2016年，全国污泥处理能力约为1300万吨/日，全国污泥处理率仅达到33%，有67%左右的污泥没有得到无害化处理处置，对生态环境造成严重威胁。根据国家发展改革委和住房城乡建设部印发的《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》显示，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。

表1 “十三五”污泥处理主要目标及建设任务（节选）

按照表1数据，到2020年，污泥无害化处理处置设施能力将达到17.62万吨/日，年处理规模将达到6449万吨。（根据文献相关数据，传统城镇污水厂产泥率（99%含水率）约为污水处理量的1.2%）。

图1 2015-2022年中国污泥产生量统计情况及预测

据前瞻产业研究院发布的《污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计数据显示，2015年中国生活污泥产量为3500万吨，同比增长16%。预计到2018年我国污泥产生量将达到5369万吨，未来五年(2018-2022)年均复合增长

率约为13.49%，2022年中国生活污泥产量将达到8909万吨，如图1所示（数据来源：前瞻产业研究院整理）。

根据住房和城乡建设部发布的数据显示，2017年全国城镇累计处置污泥量3257万吨，如果要达到规划目标指标，到2020年，污泥处置量将增加98%，也就是说三年内市场规模将翻倍。

为加速污泥治理速度，“十三五”期间，中央财政将投入2000亿元用于污水厂的污泥处理，在污泥处置技术的不断突破与政策的推动下，污泥处理处置行业即将迎来蓝海市场。随着政策引导，我国污泥处理产业市场需求得到释放。据预测，按照污水有效处理率来推算，2023年的污泥处理市场规模将达到867亿元左右，如图2所示（数据来源：前瞻产业研究院整理）。

图2 2018-2023年中国污泥处理处置市场规模预测（单位：亿元）

1.3 污泥处理政策

关于污泥处理处置，我国已经出台了一系列的政策法规，如2000-2002年期间《城市污水处理及污染防治技术政策》和《城镇污水处理厂污染物排放标准》；2009年住建部、环保部和科技部联合出台《污泥处理处置及污染防治技术政策

（试行）》；2010年环保部出台《污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》、《城镇污水厂污泥处理处置技术规范（征求意见稿）》，住建部出台《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》。2015年4月，国务院正式发布《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），提出推进污泥处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》指出，到2020年底，实现城镇污水处理设施全覆盖。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。

政策明晰，国家要求明晰，资金有保证，标准也完善，为什么污泥处理、处置市场却迟迟启动不了，国家污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上，而目前的污泥处理率却只有30%，为何有这么大的差距？问题出在技术上。

1.4 污泥处理处置现状

近年来，城镇污水处理不断提标改造，污水消毒、四类水、再生水等快速推进，而污泥问题却没有得到解决；污泥是污水处理中的“世界难题”，污泥处理处置现状与我国污水处理差距甚大，远远落后发达国家，与我国大国地位及生态文明建设不相符；新一轮环保督查中，污泥问题依然十分突出。污泥处理处置问题迫在眉睫。

污泥处理(sludge handling or sludge treatment)：污泥经单元工艺组合处理, 达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程。我国目前主要的污泥处理方式包括浓缩、调理、脱水、稳定、干化等。

污泥处置(sludge disposal)：处理后的污泥,弃置于自然环境中(地面、地下、水中)或再利用,能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。中国目前主要的污泥处置方法有卫生填埋、土地利用、焚烧后建材利用等。

当前，我国污泥处理处置存在如下问题：

1）污泥处理率极低

早期污水厂甚至忽略污泥处理单元，只进行污水处理，污泥却被随意倾倒在湖泊，沟壑、良田中。还有一些污水厂为节省费用，空置污泥处理设施，将污泥随意排放。我国污水处理厂所产生的污泥有70%没有得到妥善处理。

2）重水轻泥、污泥处理发展滞后

近几年环保领域的水处理发展迅速，但是污泥处理却比起十几年前依旧没有太大的进步。被无害化处理的污泥比例低，多数污泥排入环境还是有害的，甚至违法偷排事件屡见不鲜。这是由于“重水轻泥”的不成熟处理思路造成的。

3）监管有难度

由于长期以来对污泥处理的忽视以及污泥排放的间歇性，导致政府有关部门对污泥的监管困难。

4）付费机制不完善

在污水处理费用中征收污泥处理费用是大势所趋，但从当前情况来看，处置费用的征需存在较大阻力。我国现行收取的污水处理费用较低，尚无法保证污水厂的正常运行，而推行在污水处理费中加入污泥处理、处置费，又将在一定程度上加重被征收者的经济负担。因此，在未来较长一段时间内，补贴将是污泥处理处置资金的主要来源。

目前国内已经有部分城市对污泥处理处置给予补贴，由于处理方案不同等因素造成标准不一，污泥处理产业很难自己盈利，运转严重依靠政府补贴。同时，补贴覆盖范围明显不足。

“水十条”除了为水处理改造、运营带来巨大市场以外，在污泥处理处置方面给予更多的倾斜。技术层面上，改变过去以填埋为主的处置路线；经济层面上，要求针对污泥处理处置的补贴在全国范围推广，同时明确补贴标准。

虽然有众多条文规定污水处理费应包含污泥处理成本，但目前将污泥处理费纳入污水费用的地方仅为北京市、江苏省太湖地区、常州市、广州市，且占比较低。

5）误读行业文件

2010年环保部办公厅发文并指出，污水处理厂以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下。行业将该文件误读，导致全国各地全部建高干脱水设施，也要加石灰（有的甚至要加到10%）。这不是污泥减量，而是污泥增量。中国污泥处理界选择高干脱水工艺将阻碍污泥处理技术发展，导致市场上出现劣币驱逐良币的现象。

6）“资源化”不是最终目的，保护生态环境才是最终目的

误认为污泥就是资源,强调污泥处理处置的资源化和经济效益,并以资源化为首要目的。个别企业利用这一误区强调个别单元工艺可以实现能量回收和物质回用,割裂其他处理处置过程需要投入的能量和费用,误导了技术的选取和对污泥资源化的认识。

污泥处理处置应该以“减量化、稳定化、无害化”为目的,首先是减量化和无害化，资源化并不是最终的目的，应尽可能利用污泥处理处置过程中的能量和物质，以实现经济效益和节约能源的效果，实现其资源价值。

因此判断一项污泥处置技术的优劣，就是要看其减量化的程度如何。

2. 污泥处理处置技术

污泥处理以降低含水率为主要目标。我国当前污水处理厂普遍采用机械压滤脱水技术工艺，该工艺只能将污泥含水率从99%降至80%左右，然后外运集中处置。含水率80%的污泥由于含水率高、体积大、稳定性差，大大增加了后续的储运和处置过程的难度，提高了污泥处置费用。污泥处理处置必须解决污泥的四大痛症：除臭、深度脱水、杀菌和去除重金属。目前国内外主要的污泥处理处置技术有十几种之多，但是，能得到规模化应用的只有堆肥、制沼、焚烧发电、建材利用等。

2.1沼气能源回收为主的厌氧消化技术路线

污泥的厌氧消化技术由来已久，应用广泛，即利用厌氧菌和兼性菌使污泥发

生厌氧生物化学反应，污泥中的有机物最终成为CO

2、CH

4

和水等无害的物质，过

程中产生的CH

4

可参与厌氧消化反应的加热过程。厌氧消化处理能耗相对低，减量明显，生物稳定性高是性价比最优的污泥处理工艺。在发酵罐中将污泥中的有机物转变成沼气，成为清洁能源，理论上来讲这是变废为宝的有益技术。但这个过程需要保持一定的温度，至少达到35℃，因此发酵罐的保温要耗费大量能源，特别是在北方地区。制得的沼气不能满足自身的需要，效益好的案例自给率为60%-80%，很难有净输出。还有一个不得不面对的问题，制沼气后仍有大量的消化污泥需要处理。其投资也是所有处理技术中最高的。

厌氧消化具有以下优点：

1)提高后续处理的效率并减少后续处理能耗。通常认为厌氧反应可以实现污泥减量化、稳定化。通过厌氧反应，污泥中有机物去除40%-60%，有害病菌减少。此外，厌氧消化提高污泥脱水稳定性，让焚烧等后续处理减少35%以上的能耗。

2)厌氧消化成本较低。根据《中国环境报》统计，单纯厌氧消化投资成本约为20-40万元/吨，由于不用鼓风曝气等，节约了成本，单纯厌氧消化运行费用约为60-120元/吨(含水率80%，不包括浓缩和脱水)。

但污泥厌氧消化在我国应用的并不顺畅。我国建设的约50座污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的只有20余座。主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差，消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准。此外，我国缺乏沼气利用的激励机制，设备的投资费用高，系统运行较为复杂不易掌握。

不过采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理，可以提高污泥水解速率，改善污泥厌氧消化性能。并通过项目经验的积累，企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。

厌氧工艺发展存在以下技术瓶颈：微生物共同体破壁非常困难；由于泥沙问题导致效率低；厌氧系统能量净输出低导致大家没有热情。

2.2 土地利用为主的好氧堆肥技术路线

好氧堆肥是在通气条件好，氧气充足的条件下，好氧菌对污泥进行吸收、氧化以及分解的过程。在好氧堆肥的过程中，有机废物中的可溶性小分子有机物质透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物所吸收和利用。其中的不溶性大分子有机物则先附着在微生物的体外，由微生物所分泌的胞外酶分解成可溶性小分子物质，再输入其细胞内为微生物所利用。通过微生物的生命活动（合成及分解过程），把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并提供活动中所需要的能量，而把另一部分有机物转化成新的细胞物质，供微生物增殖所需。通常，好氧堆肥的堆温较高，一般宜在55-60℃时较好，所以好氧堆肥也称高温堆肥。高温堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时，对有机质的降解速度快，堆肥所需天数短，臭气发生量少，是堆肥化的首选。堆肥，可以将污泥中的有机物转变成腐殖质，成为有机肥，有机肥料用于农田、园林、土地等利用。

好氧堆肥的优点包括有发酵效率高，稳定化时间相对短；臭味少，实现灭菌；含水率可降到40%；污泥成品主要用于修复盐碱地、城市绿化、垃圾场覆盖以及建筑等方面用土；衍生出蚯蚓生物堆肥等来强化堆肥效果等。

堆肥的难点主要包括有能量净支出，通风能耗费用占比80%；需对好氧堆肥运行的不同阶段的合理通风量加强研究；缺少C/N 等控制因素的理论研究，致使存在调理添加剂使用过多的情况；存在占地面积大、发酵产品存在重金属污染等。

土地利用由于其最终产品的市场需求量不稳定，比如农田施肥带有明显的季节性，且园林绿化和农田施肥对重金属、致病菌等有害物质含量有严格的规定，我国大部分地区的污泥处理效果达不到以上要求，限制了土地利用处置方式的推广应用。且我国相关法规也明确禁止处理处置不达标的污泥进入耕地污泥土地利用。如果没有完善的配套检测监管措施、可靠的土地利用消纳途径以及明确的支持政策，土地利用的二次污染风险较大。

2.3 卫生填埋技术路线

卫生填埋指污泥被放在相对密闭空间中，使被处理的污泥对周围环境污染降低到最小的程度。污泥填埋分为单独填埋（专门填埋污泥的填埋场）和混合填埋（与城市生活垃圾填埋场共用）。该技术在传统简单填埋利用自然环境消纳的同时，通过工程手段和环保措施，使得污泥得到安全的消纳并逐步达到充分稳定无害。

卫生填埋对前期的污泥处理技术要求较低，一般进行简单的灭菌处理或消化减容即可。污泥填埋技术的优点是投资少、处理容量大、见效快，因此得到了较广泛的应用，该技术也是我国目前的主要处置方式。但是污泥填埋处置需要大量的运输费用和大面积的场地，大面积的场地是大型城市采用填埋面临的最大问题之一。因此，近年来污泥填埋处置所占比例逐渐缩小。

我国普遍采用机械压滤的方式对浓缩污泥进行脱水，只能将污泥的含水率降到80%。由于脱水后污泥体积较大，将占用填埋场大量空间，且污泥硬度不够，直接填埋将使填埋场变成沼泽。因此，填埋场填埋前只能向污泥加入大量石灰使含水率降到50%以下，增强其稳固性，避免填埋场塌陷。但也进一步增加了污泥

体积和处置成本，占用了填埋场更多宝贵的空间，缩短填埋场使用年限。

2.4 污泥干化-焚烧技术路线

焚烧是最彻底的污泥处理方法，污泥焚烧是指高温下，污泥中的可燃物与空气中的氧气发生燃烧反应，使有机成分全部氧化分解为稳定的无机物，并回收燃烧产生的能量的过程。污泥焚烧的灰渣可以用作建筑材料、路基的骨料，进一步实现污泥的资源化利用。

焚烧最大优点是可以迅速和较大程度地使污泥的减量化和无害化（通过焚烧，污泥的减容可达到95%左右；焚烧产生的高温可使有机物全部炭化，杀死病原体），而且在恶劣的天气条件下不需存储设备，能够满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。此外，污泥焚烧还能将污泥中的热值利用，从而降低污泥处理的能耗，相应降低污泥处理成本。

由于污泥中含有大量水分，如果不进行预处理脱水，焚烧时干燥阶段耗用大量能源，需要添加大量燃料，且对焚烧炉的运行状况也很不利。污泥焚烧的基建投资和运行费用较高，且需要配套热干化污泥处理工艺。为了能够节省投资和运行费用，国际上通常采用污泥与煤炭、垃圾、石灰联合焚烧的方式，这就要求附近有火电厂、垃圾焚烧厂、水泥厂等提供干化、焚烧所需热源。因此，污泥焚烧处置方式受到周边热源条件的较大限制，然而我国大城市周边一般都建有火电厂、垃圾焚烧厂、水泥厂等热源，因此，污泥焚烧很适合作为我国大城市的污泥处理处置技术路线。

现阶段，在我国污泥厌氧消化和好氧发酵技术还未成熟的情况下，污泥干化焚烧在一定时期内定会出现增长的态势，尤其是工业窑炉协同焚烧的方式。污泥焚烧处置虽然一次性投资稍高，但由于它具有一些其它工艺不可替代的优点，特别是在污泥的减量化、无害化、节约土地资源和节能等方面，因此成为污泥最终出路的解决方法。

2.5 建材利用

污泥中含有大量 Si、Al、Ca 等无机成分，其组成与很多建筑材料非常相似，因此合理利用添加剂与适当的工艺，可以生产很多有价值的产品，如砖、水泥

等。目前有学者利用黏土和污泥制得“生态砖”，性能指标能达到国家标准，而且重量和能耗更小。在美国，有研究者将污泥灰或于污泥加入到水泥的生产过程中，并且在较高工艺温度下，重金属会被固化在水泥中。

利用污泥生产建材料，不仅可以减少污泥填埋所占用的土地，减少自然资源消耗，而且可以使资源得到循环利用。既解决了污泥的出路，又解决建材面临的需求，有利于国家的可持续发展。

污泥建材利用可用于制砖、制纤维板材、制熔融材料、制陶粒等。

（1）污泥制砖的方法有两种。一种是用干化污泥直接制砖，另一种是用污泥灰渣制砖。

（2）污泥制生化纤维板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有机物）与球蛋白（酶）能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液这一性质，在碱性条件下加热、干燥、加压后，发生蛋白质的变性作用，从而制成活性污泥树脂（又称蛋白胶），使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材，其品质优于国家三级硬质纤维板的标准。

（3）污泥熔融制得的熔融材料可以做路基、路面、混凝土骨料及地下管道的衬垫材料。利用有害的城市垃圾焚灰和污泥制成有用的建筑材料——生态水泥，不仅有效地利用了再生资源，而且对环境保护来说无疑是一大贡献。

（4）污泥制陶粒是具有发展前景的新型建材，我国经过多年引进、消化和自主研发，已具备了成熟的陶粒生产技术和设备制造能力。污泥制成的陶粒具有轻质、高强、隔热、保温、耐久等特性，节能效果显著，用途广泛。

污泥最终的处理路径主要有两个，一是回到土地，二是作为建材等固体回收。要因地制宜，根据不同地区的土地情况和经济发展条件来决定如何处理处置。在长三角、珠三角和一些大城市，土地资源短缺，污泥焚烧是主要的技术方向。而焚烧并不代表资源化利用率低了，因为在这个过程中仍有多种资源可以回收。且焚烧后的灰用来做建材比原污泥更加有利，也比没有焚烧完利用更加经济，作为建材的回收利用是更好的。在地级市及以下地区或土地资源丰富的地区，污泥大部分进入林业直接利用，只有在非常安全可靠的情况下，才能进入农业直接利用。

上述处理处置技术中，堆肥没有解决污泥的最终出路问题，制沼气也不能完全解决污泥的最终出路问题，污泥建材利用使用需经过焚烧后的焚烧灰建材性能

更佳。因此只有焚烧能彻底解决污泥的最终出路问题。

3. 污泥干化技术

焚烧技术因其显著的减量化、无害化、热能循环利用的资源化等特点，完全符合国家技术政策指导方向，适应污泥产量大，需规模化、集约化处理处置等特点，对于化解污泥大量产生与妥善处理处置这对尖锐矛盾而言是非常有力的。《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》认为：污泥干化焚烧是今后我国提倡的方向。

污泥焚烧被分为直接焚烧和干燥后焚烧两种。

（1）直接焚烧

污泥的直接焚烧是将高温（含水率80%以上）污泥在辅助燃料的作为热源的情况下直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥含水量大、热值低，需要消耗大量的辅助燃料。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，后续尾气处理需要庞大的设备，操作控制难度大。

2）干燥后焚烧

污泥因含水率高，不能简单作为燃料应用。污泥要作为燃料，必须开发出独特的干燥技术和燃烧技术，使低热值的污泥转变成高热值的可用燃料，然后通过焚烧炉对污泥燃料进行燃烧。

干燥后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减少了储存空间。以含水率80%的湿污泥为例，干燥至含水率40%时，体积可减少至原来的1/3，污泥的形状成为颗粒，有利于进一步的焚烧处理。在焚烧工艺前采用污泥干燥工艺的目的是实现污泥的减量化、提高污泥热值、节省后续焚烧处理的费用，以及达到更优的焚烧效果。干燥后的污泥经高温焚烧后产生的灰体积将缩小90%以上，有毒有机物热分解彻底，焚烧产生能源可回收利用，灰、渣可作为建材材料使用。无论从运行成本和设备投资等方面，污泥的直接焚烧正逐渐被干燥后焚烧所代替。

目前，污泥焚烧的瓶颈在于干化降低含水率。如果污泥含水过多，焚烧时所能提供的热值就很少，且含水率过大可能会导致磨煤系统堵塞，降低焚烧炉内的温度和焚烧灰的软化点，增加飞灰产生量，降低系统热效率，严重时导致锅炉熄火。如果干化程度过高，干化系统中容易产生粉尘，存在自燃的风险，且不具有

经济性。因此干化污泥的最佳含水率是一个需要慎重考究的问题。

表2为污泥含水率与热值对应关系。结合表中数据，一方面，理论上污泥自持燃烧要求含水率低于65％即可，但实际含水率要≤50％（对应热值约为1000Kcal/Kg）时才适合焚烧处置；另一方面，污泥干化到含水率30％时为热能利用极限（即一定量污泥干化达到含水率30％以前蒸发水份所投入的热量要小于干化后这部污泥燃烧提供的热量），超过此比例所获得的干化度，所消耗的能量要高于干污泥能够利用的热能。

表2 污泥含水率与热值关系表

此外，污泥在干化过程中会经过黏滞区，在这个区域内污泥的含水率为45%~60%，具有黏性，不能自由流动，不利于输送；干化至含水率35%~45%，此时污泥呈粒状且容易与其他物质混合。当污泥干化至含水率≤30%，此时污泥接近粉尘状，焚烧易爆燃，安全隐患极大。鉴于含水率40%的污泥热值为6500 kJ/kg 左右，与生活垃圾热值接近，既不影响焚烧系统运行工况效果，也不影响物料输送混合。从热值角度考虑，污泥干化到含水率40％左右去焚烧是经济合理的。

因此，在处置出路为焚烧时，污泥需深度脱水至含水率40%左右。目前满足该要求的工艺污泥热干化工艺、污泥低温干化、太阳能干化等。

3.1 污泥热干化技术

污泥热干化脱水技术。污泥热干化脱水一般采用烟气、水蒸气或工业余热作为热源，利用高温使污泥中的水分气化蒸发，并能根据相应的处置技术来控制产品的含水率，并且适用于各种污泥。然而独立热源导致运行成本高是限制该项技术在我国推广应用的主要问题。

因此热干化工艺适合与焚烧厂、热电厂协同处置污泥。电厂协同处置污泥是指利用电厂蒸汽或烟气，通过传热干化技术将湿污泥干化，污泥干化后再按一定比例与电厂燃料混合后送入锅炉焚烧处置。实现污泥减量化、资源化、无害化。

协同处置污泥的热电厂需要新建污泥干化设备，污泥干化的目的是为了除去污泥中的水分，以实现减量和燃烧。利用垃圾焚烧发电厂的蒸汽干化污泥，将干化后的污泥进入垃圾焚烧发电厂协同焚烧，该技术已成熟并在国内有多处工程案例，此类项目整合了各固体废弃物处理过程中二次能源资源协同利用和二次污染物的协同处理环节，发挥产业协同、以废治废、上下游资源循环利用作用，是解决城市“垃圾围城”和“污泥围城”双重困境的有利之举。

污泥干化根据热媒是否与污泥直接接触分为两类：一类是用热风或燃烧烟气直接进行干化，如带式干化工艺、流化床干化工艺、转鼓干化工艺；另一类是用蒸汽、热风、导热油等热介质进行间接干化，如圆盘式干化工艺、桨叶式干化工艺、薄层干化工艺。由于热气流直接接触污泥会造成热源的二次污染，因此推荐采用间接干化。中国已运行的污泥掺烧电厂多采用空心浆叶干化和圆盘式干化工艺。拟建的掺烧电厂多选择圆盘式干化工艺，采用电厂蒸汽作为干化热源。

对于污泥热干化焚烧工艺，国人有一系列的误读，主要体现在如下三个方面：一是认为污泥干化焚烧是一种高能耗工艺，二是认为污泥焚烧是一种高碳排放工艺，三是认为污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。然而在国际上，无论是欧洲、美国、日本，污泥干化-焚烧都是主导性工艺或主导工艺之一。我国政策法规也鼓励污泥焚烧，但是由于技术界的误解，导致公众对污泥干化焚烧有很大误解。最近，欧洲由于要从焚烧灰中回收磷，把协同焚烧基本取缔了，走单一焚烧的技术路线。相信几年后等我们想回收磷的时候，一定也会回到国际技术路线

上来，走单独焚烧的技术路线。因为要回收磷，焚烧可能是最经济的方式。

3.2 太阳能干化技术

太阳能干燥是利用太阳能去除物料水分。太阳能具有源源不断、清洁环保等优点，因此优势明显。在国外，太阳能污泥干燥商业化利用可追溯到1994年德国南部的污水处理厂。此后，随着污泥产量的不断增加，以及相关法规的出台制约了传统的污泥处置方式，太阳能污泥干燥技术在国外，尤其是德国和法国得到了广泛应用和推广。国内关于污泥太阳能干化的研究起步较晚，但近年来也越来越受到重视。如王传奇等对一种温室太阳能污泥干燥工艺进行了计算分析，发现该温室全年太阳能利用率可达46%，对于北京的条件，每年除水量可达0.82t/m2，并指出在设计温室时，排气温度、相对湿度和气流组织对干燥效果有很大影响。同样地，同济大学刘敏等研究发现采用太阳能干燥装置将含水率88%的污泥干化到含水率 40%，虽然初期投资成本比传统转鼓式干燥器高，但每吨污泥的综合干燥成本仅为转鼓式干燥器的50%左右。

虽然太阳能具有节能环保等优点，但其为间断多变的能源，具有不连续性，热流密度低造成干燥效率低。赵磊等研究认为，单纯利用太阳能干燥污泥时，速率不超过0.63kg/(m2·h)。此外采用太阳能干化污泥占地面积大，投资成本高，因此在我国并没有得到广泛推广。为了解决太阳能供热波动性问题，国内外研究者采用太阳能与其他供热方式相结合进行对物料干燥，如太阳能与热泵联合干燥。

热泵能将低品位热能转化为高品位热能，是一种节能干燥设备。利用太阳能热泵进行污泥干燥，结果表明太阳能热泵系统具有节能、环保、经济等优点，配备太阳能系统平均可节省电量10%左右。在实际运用中，山东福航新能源环保科技有限公司结合德国太阳能污泥干化工艺进行研究和试验，已研制成功了太阳能与热泵结合污泥干化系统，现已取得6项国家专利，实现了无污染、低能耗、高效率的污泥干化。该设备主要以太阳能和中水热能作为主要热源对污泥进行干化处理;采用企业自主研发的长齿条式摊铺机对污泥进行布料、翻拌、收料;利用先进的自动控制技术与数控采集和调整理论相结合;与先进的实验监测设备及仪器所监测的结果相对比，确定科学的污泥泵送、自动布料、自动翻拌、自动收料等工序，最终达到太阳能和地热能最佳配比利用，实现污泥干化处理的高效稳定。

太阳能与热泵联合干化技术将清洁能源与热泵稳定连续运行相结合。该结合方式在一定程度上克服了单独利用太阳能作为热源的稀薄性和间歇性。但是热泵的运行仍然需要较多的能源，造成运行费用仍较高。于是有学者提出将蓄热装置运用于太阳能热泵联合干燥技术，将多余的太阳能存储起来，在没有太阳能时释放。王刚等提出一种采用相变蓄热装置的太阳能、污水源热泵组合干化污泥的新工艺，分析表明，该工艺有效解决了太阳能不稳定、不连续的缺陷，提高了太阳能利用率，能够节约46%的能源费用，但蓄热装置的添加也增加了太阳能干化技术的设备投资。

3.3 低温干化技术

低温污泥干化技术是一种通过低温干化系统产生的干热空气在系统内循环流动对污泥进行干化的处理技术。可把经板框压滤机、带式压滤机和离心脱水机的含固量20%的污泥干燥为含固率90%的干化泥块。该技术能够将污泥体积缩减

1/4，只需要消耗电能，不需要其他辅助能源，而且能耗是常规干化设备的1/3。进料时也无需特别对污泥进行均匀分布的装置，对湿度也没有任何要求，只要外界的温度在10-35摄氏度之间，整个系统就能保持高效率的运动。这种技术所集成的全智能自动控制系统，在提高运行效率的同时也具有良好的运行环境，用于处置特别是中小型污水厂产生的各类污泥。

除湿热泵是利用制冷系统使湿热空气降温脱湿同时通过热泵原理回收空气水份凝结潜热加热空一种装置。除湿热泵=除湿(去湿干燥)+热泵(能量回收)结合。污泥除湿干化机是利用除湿热泵对污泥采用热风循环冷凝除湿烘干；传统污泥热干化系统供热量90%转化成排风热损失(水蒸汽潜热及热空气显热)；除湿干化是回收排风中水蒸汽潜热和空气显热，除湿干化过程没有任何废热排放；因为采用低温干化可充分避免污泥中不同类型的有机物挥发，避免恶臭气体的挥发(链状烷烃类和芳香烃类挥发的温度在100℃～300℃;环烷烃类挥发的温度主要在250℃～300℃;含氮化合物类、胺类、肟类挥发的温度主要在200℃～300℃;醇类、醚类、脂肪酮类、酰胺类、腈类等的挥发温度均在300℃以上。另外，醛类和苯胺类的挥发温度主要在150℃ ，脂类的挥发温度在150℃～250℃)。整个干化过程都在密闭环境条件下进行，不会有气体排到外界环境中，不会造成二次环

境污染。

污泥低温干化已经成为一种新兴热干化技术，其主要具有以下优点:

1)节能。污泥低温干化技术消耗少量电能，或者利用太阳能、低品位废弃能作为干燥能源，与燃煤或燃气等相比，节能显著。

2)低温可以有效避免有机物大量挥发，减少恶臭气体(如H2S、NH3)的释放，保存污泥热值，简化尾气处理系统。

3)干燥过程安全，无爆炸风险。传统污泥热干化技术温度高，干燥工况复杂，污泥在干化过程中势必产生大量粉尘，而污泥中挥发性有机物的挥发易形成可燃性气体，在满足一定的氧气量以及点火能量条件下，极易产生粉尘爆炸和自燃。因此，采用低温干化技术大大降低了污泥干化过程中的点火能量，避免了爆炸风险。此外，低温干化省去了高温干化工艺中用以降低含氧量的氮气(价格昂贵)以及防爆监控设备，进一步降低了成本。

热泵虽然具有显著的节能效益，但热泵在实际的运行中其冷凝温度与蒸发温度通常为同步升高或降低，导致干燥效率低。此外，要使得热泵达到最佳工作状态，必须对其进行定期维护保养，这在一定程度上增加了干燥成本。

3.4 炭化技术

由于市政污水处理厂多数采用活性污泥法处理污水，剩余污泥脱水后，内部含有大量的生物细胞，机械方法很难将其中与细胞有联系的水分脱出。污泥炭化就是在一定的温度和压强下，通过裂解方式将市政生化污泥中细胞的水分强制脱出，使污泥中碳含量比例大幅度提高的过程。污泥中的有机物干馏出来后可进行焚烧处理，减少了空气污染；焚烧产生的高温烟气用于污泥的炭化与干化，还能减少辅助燃料的用量。污泥中的固定炭和灰分生成类似于活性炭的生物炭，可广泛用于吸附除臭、土壤改良和燃料等，真正实现了污泥的资源化处置。

污泥炭化技术的原理有如下两点：破坏污泥细胞,释放细胞内水分——基于对污泥细胞结构和水分布的原理；热作用下有机物水解,破坏胶体结构——基于对污泥胶体结构和物理化学降粘度的原理。污泥炭化的方法采用在无氧环境下升温，通过干馏和热解的作用，其中的有机质转化为水蒸气、不凝性气体和碳。主要分为高温炭化、中温炭化和低温炭化三种。

（1）高温炭化。温度范围在649~982℃，不需要加压。先将污泥干化，含水率约为30%后进行高温炭化造粒。

（2）中温炭化。温度范围为426~537℃，不需要加压。先对污泥干化使其含水率约90%，再进入炭化炉分解产生油、反应水（蒸汽冷凝水）、沼气（未冷凝的空气）和固体炭化物。

（3）低温炭化。炭化温度约为315℃，需要加压约6~8Mpa，炭化前无需干化。污泥经过炭化含水率50%以下，呈液态，经干化造粒后，其热值约为3600~4900大卡／公斤（在美国），经干化造粒后可作为低级燃料使用。可与该技术通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解，实现了污泥的稳定化。污泥炭化过程中保留了绝大部分污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件。

市政污泥低温炭化处理系统是常用的处理工艺，采用的是将污泥低温炭化加资源化利用的技术路线。污水处理厂产出的含水98%的污泥采用钢带压滤机进行机械脱水处理，变成含水量60%左右的湿污泥，滤出的废水送回污水厂处理，湿污泥用皮带机送入叶片干燥机。湿污泥进入叶片干燥机在密闭工况下进行间接干燥，叶片轴和壳体夹层中通入导热油，叶片外壁和壳体内壁与湿污泥接触干燥出污泥中的水分，水蒸气经管道进入冷却系统形成冷凝水，冷凝水送污水处理厂处理，干燥后的污泥含水量不大于5%，干污泥用链斗输送机送入污泥低温炭化炉。污泥低温炭化炉采用间接加热方式对污泥进行密闭工况的炭化，燃气热风炉燃烧生成750~800℃的热烟气经热风管和进风口进入炭化炉的热风夹套，加热炭化炉的炉体到600~650℃，引风机将热烟气从热风夹套的出风口引出再送入热风炉循环使用；多于的热烟气经换热器预热热风炉燃烧需要的新鲜空气，达到余热回收的节能目的，换热后的烟气净化处理达标后经烟囱排空，整个热风系统的热能利用率可达到85%。炭化炉旋转使干污泥与炭化炉炉体内壁充分均匀接触，把干污泥加热到500~550℃进行低温炭化，干污泥在炭化炉内停留90~120min完成干馏炭化过程生成炭化料、焦油和可燃性气体。炭化料经炭化炉出料口流出，经料管进入冷却螺旋，炭化料冷却到80℃以下由斗提机送入料仓。焦油以汽态形式和可燃性气体一起经管道进入尾气处理系统，经旋喷塔、冷却器的洗涤、冷却处理，分离出焦油和可燃气，用泵将焦油打入焦油罐，焦油作化工原料外卖，可燃气用风机抽入储气罐供热风炉使用。经试验测试干污泥经500~550℃低温干馏炭化生

成的炭化料，其中含有的重金属已经被钝化，失去金属活性，不会造成度环境的二次污染。炭化料可供给水泥厂作为生产水泥的原料，实现资源利用；炭化料可作为改良土壤的肥料使用，实现资源利用；大颗粒的炭化料因具有活性炭的性质，也可作吸附材料用来净化水和空气，实现资源利用。市政污泥低温炭化处理系统的设计使市政污泥处理不仅环保节能，而且把污泥变废物为原料，实现污泥的无害化处理和资源化利用，既有社会效益又有经济效益。市政污泥低温炭化处理系统工艺流程图如图3所

图3 污泥低温炭化处理系统工艺流程图

一套50t/d的市政污泥（60%含水率）低温炭化系统，建设周期约10个月，投资估算约1600万元，污泥处理运行成本约240元/t。

每t含水60%的污泥干馏炭化生成约221kg的炭化料、112kg焦油和48m3（标）的可燃气。可燃气用于供给系统热能燃烧，炭化料外卖150元/t，焦油外卖2000元/t。每t含水60% 的污泥干馏炭化后产品外卖可收益约257元，每t污泥处理政府补贴150元，企业处理每t污泥合计收益407元。收益减去污泥处理运行成本，每t污泥处理的企业利润为167元，每年按生产300d计算，年利润为249万元。

污泥炭化作为一种新型的污泥处理技术在这样的背景下应运而生，在实现污泥的减量化、无害化和资源化的同时，还可以产生碳基产物，以解决污泥生物可利用性差的问题，但大量污泥的安全处置理论研究和技术系统建设问题亟待探索和解决，已成为目前国内外污泥处理技术研究的热点。

3.5 无热干化技术

污泥无热干化技术是燕山大学张晓春科研团队研发的一项新型污泥干化技术，2019年4月2日，在上海举行的“2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十届)”会上发布，该项技术一经发布引起轰动，“无热干化”是张晓春教授在世界范围内首次提出的概念，成为会议热议的焦点。

张晓春科研团队经过八年的试验研究和产业化转化，发明了污泥深度脱水和无热干化技术及成套装备，采用物理、化学方法，不加热，因此我们将其命名为：污泥无热干化技术。

污泥无热干化技术处理工艺包括三个阶段：调理工艺段、脱水改性工艺段、无热干化工艺段。

在调理工艺段，采用自主研制的剩余污泥脱水剂，对污泥中的微生物细胞进行破壁处理，并分解胞外聚合物，降低水分粘度，可以有效改善剩余污泥的脱水性能，使剩余污泥中的水分和固体颗粒易于分离。

在脱水改性工艺段，基于“层间通道模式”理论研制的新型脱水设备，水分排出阻力小，压力大，效率高。一个批次的脱水改性处理在15分钟内即可完成，可达到60%~65%的脱水率。因而处理效率极高，这是已有任何剩余污泥脱水技术无法比拟的。这个处理过程也是减量化的过程，污泥的含水率可降至60%，污泥的质量可减少50%。污泥从半固态转变为固态，泥饼呈现多孔形态。

脱水改性后得到的泥饼可送至无热干化工艺段进一步降低含水率。干化不加热，应用相变原理和湿交换原理，在等焓条件下，利用空气中水蒸气分压和泥饼中水分边界层的饱和水蒸气分压之差，对泥饼中的水分进行脱除，含水率可降至40%以下，污泥的质量可减少70%。

污泥无热干化技术在四个方面取得突破性的创新成果：

1）彻底解决了污泥脱水困难的问题。新研制的化学脱水药剂可对污泥中微生物进行完全彻底的破壁处理，将细胞内的水分释放出来，并降低了污泥中水分的粘度，极大地改善了污泥的脱水性能。

2）研制了高效的脱水改性设备。发现了污泥加压脱水的“层间通道效应”，根据这一概念所设计的加压脱水设备的脱水效率属于国际领先水平。脱水后的泥