根據有關調查發現全國20萬t/d規模及以上污水廠的污水處理能力總共達到2272.6萬t/d。以萬噸污水產脫水污泥7.5噸（含水80%）計，則每年產污泥613.6萬噸，占全國污泥總產量的55%。根據2007年底有關部門對全國處理能力20萬t/d（含）以上城市污水處理廠污泥處理情況的統計，83%是沒有經過妥善處置的，這些污泥的出路也沒有一定的保障，造成了污泥無控排放的現狀。清華大學環境科學與工程系王偉教授從1982年就開始攻克污泥處理技術難題，近日他率領的科研組終于完成了“基于水熱干化技術的污泥處理系統”示范工程的專家組鑒定工作。該技術有望成為未來解決我國污泥處理技術瓶頸的重要一環。

污泥處理的技術瓶頸

隨著我國經濟迅速發展和城市化金城的加快，城市污水處理的規模不斷擴大，污水處理程度逐年升高，污泥產量也急劇增加。我國早期建設的污水處理廠普遍存在重水輕泥的傾向，追求污水處理率，而忽略污泥的處理處置，未經處理的污泥直接外運、簡單填埋或堆放，對環境造成潛在的危害。

污泥中含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鎘、汞等重金屬，鹽類以及多氯聯苯、二噁英、放射性核素等難降解有毒有害物。同時，由于污泥中含有大量的蛋白質、脂肪和碳水化合物等高濃度有機物，導致污泥的粘度較大、含水率較高、固液分離性能差，進而影響到污泥堆肥、焚燒或填埋等后續處理處置。目前的一般污泥處理技術無論是脫水還是進行消化抑或直接處理都面臨效率低、能耗高的難題。因此，污泥的細胞質/膠體結構是導致污泥處理處置的技術瓶頸和資源化利用的關鍵障礙。

1、含水率對污泥處置的影響
   
　　污泥中含有大量的微生物細胞和有機物膠體，導致了污泥脫水困難，通常脫水泥餅含水率高達80%左右。目前，污泥處置的手段主要包括堆肥、填埋和焚燒。

　　污泥用于堆肥物料時，通常需要添加調理劑降低含水至50-60%，需要添加的調理劑總量約為污泥的60%，如污泥堆肥產品的銷路不好，污泥量不但沒有減少反而增加。為了實現堆肥化過程中的高效分解和產品的穩定性，通常堆肥物料的含水率也要求小于60%。

　　國內個別城市也采用垃圾衛生填埋場接納污泥，由于污泥含水率高，容易造成填埋作業困難、滲濾液水質惡化和填埋堆體不穩定，實際上國內大部分垃圾衛生填埋場拒絕污泥進場。2009年2月16日下午4時左右，深圳市清水河下坪固體廢棄物填埋場3號污泥坑發生管涌，大量的淤泥從地底噴涌而出，坡下的道路上被覆蓋上厚厚的黑色污泥，空氣中彌漫著沼氣的味道。據目擊者稱，管涌發生時，幾股黑色的噴泉沖天而起，像瀑布一樣，噴射了七八米高，泥漿和污水沿著坡面流下，掩埋了污水處理場的道路，坡下一個正在施工的工地也被掩埋了。有很多專家都反映，“崩塌”事件警示鐘敲響，我們應該引起高度重視。

　　焚燒是實現污泥減量化的有效手段，但由于污泥含水率高、熱值低，需要添加大量的輔助燃料，是造成運行成本高的重要原因。為了防止焚燒過程的二次污染通常要求焚燒物料的熱值大于1200kcal/kg，根據市政污泥的平均泥質水平，只有含水率小于50%時才能滿足這一要求。
為了規范污泥的處理處置，近年來我國制定了一系列相關標準和技術政策。其中，對污泥混合填埋的含水率規定小于60%，橫向剪切力大于25KN/m2。實際上，脫水泥餅直接填埋的處置方式已經受到現行法規的限制。
   
　　填埋、堆肥和焚燒都不宜直接處理含水率80%的脫水泥餅，為滿足處置標準和工藝需要，含水率至少要降低到60%以下。如何高效低耗地將污泥含水率由80%降低到60%，成為保障污泥有效處置的技術關鍵。

2、污泥脫水特性的熱力學解析

　　污泥脫水困難是由于污泥中的水受到多種作用力的束縛，清華大學王偉老師課題組在實驗室采用熱力學解析手段對污泥的脫水性能進行了定量分析，結果顯示，在脫水機可能提供的功率條件下，脫水污泥含水率由80%左右進一步降低是很難實現的。

總體而言，我國污泥處理處置存在處理技術單一、裝備水平落后、處置保障率低、二次污染風險大的問題。另外，污泥處理的費用問題也亟待解決。

水熱干化技術與國內外同類技術的比較

目前，污泥改性技術受到了越來越多的關注，污泥改性技術可以分為改善污泥厭氧消化性能和改善污泥脫水性能兩方面。以實現污泥細胞破碎，釋放胞內大分子有機物從而克服污泥厭氧消化固體有機物水解限速步驟的方式有機械破碎、超聲波、凍融、臭氧、化學處理以及臭氧等。以溶解污泥中懸浮固體和揮發性懸浮固體降低污泥粘度從而提高脫水性能的方式有熱化學處理和水熱技術處理。其中，以超聲波為代表的改善污泥厭氧消化的污泥改性技術在國內外得到了廣泛的研究。但是，厭氧消化污泥的脫水性能沒有明顯改進，滿足不了大量污泥的最終處置。

　　水熱干化技術通過將污泥加熱，在一定溫度和壓力下使污泥中的粘性有機物水解，破壞污泥的膠體結構，可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能。隨水熱反應溫度和壓力的增加，顆粒碰撞增大，顆粒間的碰撞導致了膠體結構的破壞，使束縛水和固體顆粒分離。另外，加熱使污泥中的蛋白質分解，細胞發生破裂，胞內的水分被釋放。經過水熱處理的污泥在不添加絮凝劑的情況下機械脫水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏觀上表現為揮發性懸浮固體濃度的減少和COD、BOD以及氨氮等濃度的增加。

　　污泥水熱干化技術相比其它改性技術來看，可以同時實現污泥脫水性能和厭氧消化性能改善，其處理成本比臭氧、超聲波方式低，且不像普通化學方法需要消耗大量的化學藥劑，引入新的二次污染，處理后的污泥可以根據不同地區的實際特點，直接用于堆肥、焚燒、填埋等處理處置方式，具有較好的推廣應用前景。

污泥水熱干化技術的特點

1、水熱干化過程改變了污泥中水的形態

　　污泥經過水熱處理，微生物細胞破碎、膠體結構和毛細結構破壞、固體顆粒的表面性質改變，使污泥中水與固體顆粒的結合形態發生改變。胞內水、毛細水、結合水和表面吸附水被大量釋放，從而改善了污泥的脫水性能。

　　2、水熱干化過程改變了污泥中有機物的形態
   
　　污泥在熱水解過程中有機物發生變化，首先是污泥的固體有機物不斷溶解、液化；其次，部分溶解性的大分子有機物還進行水解變成小分子物質，有效解決了后續厭氧消化過程中固體有機物水解限速的問題，有利于提高污泥厭氧消化效率。

　　3、水熱反應過程污泥中的水不發生相變
   
　　污泥的水熱反應是在密閉容器內進行的，盡管水熱處理的反應溫度高于蒸發干燥的溫度，但由于反應過程中污泥中的水不發生相變，系統總體能耗遠遠低于蒸發干燥工藝，這一點是水熱干化技術實現系統節能的核心。

水熱干化技術處理污泥的示范工程取得成功

清華大學環境科學與工程系的王偉教授致力于污泥水熱干化技術研究27年，本著將該技術應用到污泥處理領域以解決我國長期以來污泥肆意堆放、污染環境的初衷，對該技術的反應機理、工藝條件等進行了全面而深入的研究。目前，該工藝系統已經較為成熟，同時通過開發二次閃蒸換熱技術，系統能耗也顯著降低，已經使實現工業化應用成為了可能。

　　2008年7月，清華大學、北京健坤偉華新能源科技有限公司受東莞市城市管理局、東莞市市區污水處理廠委托，以東莞市污水處理廠的市政污泥為處理對象，根據國內外市政污泥處理處置的技術發展和經濟可行性，并參照東莞市的具體條件，建設了污泥水熱干化技術示范工程。

　　2009年3月初，業內污泥處理的專家組參觀了示范工程，并且給予了積極的好評。專家組認為，成果完成單位開發了具有自主知識產權的污泥水熱干化技術，在此基礎上開發了高效節能的污泥脫水處理系統，對于解決污泥含水率高、處置困難的問題提供了重要的技術選擇。通過實驗室研究和現場中試研究，完成了工藝包開發、關鍵設備研制及系統集成等，建成了日處理30噸污泥（含水率90％）的示范工程，并實現了生產性規模的連續穩定運行。該技術具有系統能耗低、污泥固液分離性能和生物降解性能同步改善的特點。該技術在工藝設備上實現了以下突破：①開發的漿化反應器，通過閃蒸乏汽返混預熱漿化、蒸汽與機械協同攪拌，提高了系統的處理效率。②在水熱反應器中，采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，強化了傳質傳熱過程，可以避免局部過熱結焦炭化。③在連續閃蒸反應器中，實現了系統能量的有效回收。

　　專家們稱，示范工程工藝先進、設備可靠、系統完整，節能效果和減量化效果突出，在國內同類技術中處于領先水平。專家組一致認為，建議推廣應用。

編輯：張倩