1、污泥简介
（1）污泥
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，经污水厂配套的带式压滤机、离心机脱水后得到含水率80%左右的污泥。因此从某种意义上讲，城市污水处理厂只是对污水中有毒有害物质的一种富集或转化，而不是完全的处理过程，污水处理过程必然会产生污泥。
污泥所含固体物质主要来源于污水中截留的悬浮物、污水中有机物在生物处理工艺中转化而成的生物体以及污水处理过程中投加化学药剂形成的沉淀物等。污泥通常具有含水率高、易腐败、产生恶臭以及装卸贮存运输困难等特点。
污水处理厂产生的污泥，不同于以无机物为主的河湖淤泥和建筑泥浆等，污泥中含有30~60%的各类有机物与微生物活体，还通常含有大量有机物质及营养物质、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，处理难度较大。
（2）污泥中的主要成分
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污泥中的固相成分
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。固相成分会一定程度上决定污泥粒径、沉降性、稳定性等性质。
其中，胞外聚合物是污泥固相成分中的重要部分，是微生物细胞外高分子物质的总称，其水合作用及复杂的表面极性会影响污泥絮体结构和脱水性能。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、Ni、Cr、Pb等重金属含量通常高于生活污泥。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、人民生活习惯等方面的差异所含污染物的种类和含量也存在较大差异。
2、污泥的分类
根据污水来源，污泥主要可分为：
（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）企业预处理污泥，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，常见的企业预处理污泥包括印染污泥、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。
3、污泥处理
污泥妥善处理处置是污水处理必要的末端环节，因此，污泥处理是城市污水处理厂环境功能的保障和深化。一方面，污泥能否及时得到处理将直接影响污水处理厂的稳定运行，进而影响城市的生态形象和人民的生活幸福感；另一方面，污泥中含有包括重金属、有机污染物、寄生虫卵、病原微生物等在内的有毒有害物质，若无法得到妥善处理处置，将会产生二次污染，影响环境安全。
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建设与发展面临的重要问题。同时，污泥处理与人民生活亦息息相关，根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》规定：污水处理费征收标准和补偿范围应当覆盖污泥处理成本和污水处理设施正常运营成本，污泥处理成本将直接影响居民和企业缴纳的污水处理费。当前，如何通过经济、环保的方式将污泥脱水减量并使之满足后续资源化处置利用要求，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。
与污泥处理密切相关的另一概念为污泥处置。污泥处置是对污泥处理产生的脱水干泥的最终消纳过程，通常污泥需先进行减量化、稳定化、无害化处理，才可进行资源化处置。从整体来看，污泥处理是过程，污泥处置才是目的。
4、污泥的处理处置目标
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
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。
随着含水率的下降，污泥的重量不断减小。同时，污泥脱水过程呈现“边际效益递减”的特点，即随着含水率的下降，含水率每下降10%，从污泥中脱除水分量的增速不断减缓。同时，随着含水率的下降，进一步脱水减量的难度也不断增大。
因此，在实际生产经营过程中，为提高污泥处理处置全过程的经济性，通常认为将污泥脱水减量至满足后续处置要求的含水率即可。
通常而言，湿污泥处理处置过程是能量净损耗的过程，高耗能导致的高成本是污泥处理处置项目运营过程中面临的一大难题，特别是当含水率为55%-65%时，污泥处于粘滞区，一方面，此时的污泥难以仅通过机械压榨进一步脱水减量，污泥含水率仍然较高，体积和重量仍较大，后续处置过程所需能耗较大；另一方面，污泥粘性大，输送和处置过程所需的能耗较高。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和成本。
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。
（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。污泥资源化利用主要包括物质回收或转换与能量转换，主要有以下形式：能源利用、土地利用和建材利用。
能源利用主要包括污泥燃料化利用和污泥沼气利用。土地利用主要包括污泥农用、林业利用和园林利用。建材利用主要包括污泥制砖、污泥制陶粒和污泥制水泥。
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，而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。
《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》明确指出要积极推进污泥资源化利用，鼓励污泥能量资源回收利用。在“双碳”目标下，探索污泥资源化利用技术是污泥处理处置行业创新突破和“产能减碳”的发展方向。
