根據(jù)住建部統(tǒng)計年鑒，2021 年我國城市污水處 理廠干污泥產(chǎn)生量 1422.9×104 t，縣城污水處理廠干污泥產(chǎn)量 198.9×104 t，城鎮(zhèn)污水處理廠干污泥產(chǎn)量合計 1621.8×104 t，對應(yīng)濕污泥產(chǎn)量（含水率 80%）約 8109×104 t。若不能得到妥善處置，堆積的污泥不僅占用大量土地，造成環(huán)境污染，還會對污水處理廠形成嚴重負擔。加快完善污水處理廠的污泥處理設(shè)施，實現(xiàn)污泥的合理處置，已成為我國亟待解決的問題。國內(nèi)城市污泥處置主要包括土地利用、填埋、建材利用、焚燒等方式, 其中焚燒法能夠及時有效地處理城市污泥，是污泥無害化、減量化和資源化處置的重要方法 ，也已成為目前國際上污泥處置的主流方向。 經(jīng)過常規(guī)機械脫水后的污泥含水率一般在80%左右，發(fā)熱量約為 400～500 kcal/kg，熱值很低，且在焚燒過程中存在處理量小、運行成本高、設(shè)備易腐蝕等缺點。為降低污泥焚燒設(shè)備及處理費用，在焚燒處置前通常會利用熱干化設(shè)備將污泥含水率降至設(shè)定值左右。 在熱干化過程中, 污泥中的水分受熱蒸發(fā)，冷凝后的廢水及不凝尾氣是熱干化過程產(chǎn)生的主要污染物，對生產(chǎn)環(huán)境形成較大影響。在南陽，如果想要上一個污泥干化廠，需要注意哪些環(huán)保問題呢？

 1 污泥特性及熱干化處理原理 1.1 污泥特性 污泥是由污水處理過程產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)，是由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的復(fù)雜非均質(zhì)體 ，既含有有機質(zhì)、氮、磷等有利用價值的成分，也含有有機污染物、致病菌等有害成分。對污泥進行穩(wěn)定化、無害化、資源化處置的要求日益提高。目前以焚燒方式處理的污泥多來自污水處理廠以及印染、造紙、皮革等工業(yè)企業(yè)。其中市政污泥來自城市污水處理廠，是數(shù)量大的一類污泥，其固體成分主要含有微生物及其殘渣，以及泥沙、纖維、動植物殘體等混入污水中的固體物質(zhì)，有機物含量較高, 含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素。印染污泥來自紡織印染行業(yè)，含有生產(chǎn)過程中所用的染料、漿料和助劑等。由于染料中含有硝基和氨基化合物、硫化物及少量的銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素，印染污泥中碳、氫、氧、硫元素比例較高，且污泥中含有相應(yīng)的重金屬元素。造紙污泥來源于制漿造紙廠廢水處理工藝中的初沉池污泥、生物處理過程中產(chǎn)生的生物污泥以及某些深度處理過程中產(chǎn)生的化學(xué)絮凝污泥?，其中纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等生物質(zhì)含量豐富，重金屬含量很低。皮革污泥來源于皮革廠污水處理系統(tǒng)，含有較高的脂肪、蛋白質(zhì)等有機物及以鉻為主要特征物的多種重金屬等有害物質(zhì)。這幾類污泥由于其原料及生產(chǎn)工藝的不同，在污泥特性上存在一定程度的區(qū)別。 污泥來源于污水，其中含有的大量水分對污泥的處置、運輸均有較大影響。去掉污泥中的水分，是污泥處置過程中首要解決的問題。以市政污泥為例，其中所含水分按存在形式可分為間隙水、毛細結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部水等

　　間隙水是指被污泥顆粒包圍的水分，約占污泥總含水量的 65%～85%，不直接和污泥中的固體結(jié)合；毛細結(jié)合水是指由毛細現(xiàn)象形成的，充滿與固體顆粒之間或固體本身裂隙里的水分，約占污泥總含水量的 15%～25%；表面吸附水是指黏附在污泥小顆粒表面上的水分，附著能力較強，約占污泥總含水量的 5%；內(nèi)部水是指包含在污泥中微生物細胞內(nèi)部的水分，約占污泥總含水總量的 5%～10%。一般認為，間隙水、毛細結(jié)合水和表面吸附水這些通過物理和化學(xué)形式結(jié)合的水分，可在添加絮凝劑后采用機械脫水部分去除；而存在于生物細胞內(nèi)的結(jié)合水只有通過破壞污泥中微生物的細胞壁來去除，方法包括熱干化、冷凍和電解。在實際干化過程中，旋轉(zhuǎn)擠壓可將污泥樣品中大部分間隙水和毛細結(jié)合水優(yōu)先去除，高溫干化去除的大部分水分為污泥中比較難處理的部分毛細結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部水。經(jīng)過熱干化的污泥中終剩余的水分主要是內(nèi)部水，其含量取決于污泥自身特點和干化條件。1.2 污泥熱干化處置原理 污泥熱干化通過加熱蒸發(fā)水分的方式，降低污泥含水率。在加熱過程中水分的蒸發(fā)和擴散進行，污泥表面的水分蒸發(fā)至氣相，污泥內(nèi)部的水分在溫度梯度和濕度梯度的作用下向表面轉(zhuǎn)移。在含水率不斷降低的過程中，污泥要經(jīng)歷濕區(qū)、粘滯區(qū)、顆粒區(qū) 3 個不同的物性階段，其中處于濕區(qū)階段的污泥可以自由流動，處于粘滯區(qū)的污泥具有很強的黏附和結(jié)團能力不能流動，處于顆粒區(qū)的污泥則由于干燥易碎而恢復(fù)了可傳送性。在污泥從濕區(qū)向粘滯區(qū)轉(zhuǎn)變的過程中，污泥中的胞外多聚物（EPS）、細胞殘體 (蛋白質(zhì)及其降解物) 等有機物在污泥自身的水分中形成膠體，增加污泥的粘滯性。通過掃描電鏡觀測污泥熱干化前后的微觀結(jié)構(gòu)圖，可發(fā)現(xiàn)干化前的污泥結(jié)構(gòu)較為松散，大量 EPS 包裹聚集于膠體外部，形成明顯的團聚結(jié)構(gòu)。這樣使得污泥中的間隙水、毛細水和內(nèi)部水被包裹在污泥絮體中，從而較難通過物理化學(xué)作用脫水。隨著污泥中水分的蒸發(fā)，污泥絮體結(jié)構(gòu)逐漸坍塌，形成表面結(jié)構(gòu)緊密、空隙逐漸縮小的團聚結(jié)構(gòu)，污泥由粘滯狀物質(zhì)轉(zhuǎn)為顆粒狀或粉狀的穩(wěn)定產(chǎn)品。 

2 污泥熱干化工藝及其主要污染物 目前主要的熱干化工藝有利用飽和蒸汽作加熱介質(zhì)間接加熱污泥的蒸汽熱干化，以及利用鍋爐煙氣余熱作加熱介質(zhì)直接加熱污泥的煙氣熱干化。由于需對大量煙氣進行二次處理，難度較高，系統(tǒng)設(shè)備龐大，安全性、經(jīng)濟性較差，煙氣熱干化的應(yīng)用并不廣泛。蒸汽熱干化是在綜合考慮能耗、環(huán)境、投資、運行后比較適合協(xié)同焚燒的干化工藝，采用蒸汽熱干化工藝的薄層式干燥機、圓盤式干燥機等干化設(shè)備也得到了大規(guī)模的應(yīng)用。在蒸汽熱干化過程中，濕污泥由專用設(shè)備輸送至干燥機內(nèi)，飽和蒸汽與濕污泥進行間接換熱，將熱量傳遞給污泥干燥機內(nèi)的濕污泥，蒸發(fā)出其中的水分，干化后的污泥從干污泥出口排出送入鍋爐焚燒。從污泥干燥機排出的廢氣（主要成分是水蒸汽，含有不凝性氣體）分離出粉塵后進入換熱器冷凝處理，所產(chǎn)生的冷凝廢水和尾氣是熱干化過程產(chǎn)生的主要污染物。冷凝廢水是污泥熱干化過程中產(chǎn)生的主要液體污染因素。在污泥受熱蒸發(fā)出其中水分的過程中，污泥中的微生物及溶解在水中的無機鹽、有機質(zhì)等組分受熱分解，釋放大量揮發(fā)性物質(zhì)。這些揮發(fā)性物質(zhì)在尾氣冷凝階段不同程度地溶解于冷凝廢水中，使得冷凝廢水在具有氨氮高、COD 高、溫度高的共性的各項指標波動較大，水質(zhì)復(fù)雜，處理難度較高，是污泥熱干化設(shè)施中考慮的重點之一。冷凝廢水中有機物含量（COD）、氮含量（氨氮為主）、pH 等指標是主要污染特征研究對象，其中 COD 含量從數(shù)百 mg/L 到上萬 mg/L 均有報道，氨氮含量從兩百 mg/L 到兩千 mg/L 均有報道，pH 主要在 5~9 波動。也有部分研究報道了硼、鐵、錳、鋅等微量元素和金屬元素在冷凝廢水中的含量，但由于這些元素主要累積在污泥中, 揮發(fā)量很小，在冷凝廢水中含量極低。污泥熱干化過程中釋放的大量揮發(fā)性物質(zhì)，除在冷凝階段部分溶解于冷凝廢水中之外，剩余的不凝性氣體及未溶解于冷凝廢水中的氣體成分形成干化尾氣。干化尾氣是污泥熱干化過程中產(chǎn)生的主要氣體污染因素，一般具有惡臭氣味，未經(jīng)處理的干化尾氣會在生產(chǎn)場所周邊引起顯著的環(huán)境問題。目前有報道的干化尾氣主要成分包括氨、硫化氫、氯化氫等無機組分以及烷烴類、烯烴類、有機酸、苯系物等有機組分，其中重要的惡臭組分可分為含硫化合物（硫化氫、二氧化硫、甲硫醇、二硫化碳、甲基硫醚等）、含氮化合物（氨、二）以及碳氫氧化合物（低級醇、醛、酮、脂肪酸等）。這些惡臭組分由于嗅閾值較低，在極低濃度仍可產(chǎn)生較嚴重的影響。 

3 污泥熱干化過程中主要污染物的影響因素 3.1 污泥性質(zhì) 市政、印染、造紙、皮革等不同來源的污泥在污泥性質(zhì)上存在差異，氣候差異可能導(dǎo)致不同地區(qū)的污泥在理化性質(zhì)上產(chǎn)生區(qū)別,同一來源的污泥在不同季節(jié)也會有所不同。這些差異都會對熱化過程中污染物的釋放產(chǎn)生影響。國能常州電廠在污泥協(xié)同處置過程中發(fā)現(xiàn)，市政污泥和印染污泥在熱干化過程中產(chǎn)生的冷凝廢水水質(zhì)差異較大，市政污泥產(chǎn)生的冷凝廢水氨氮含量多在 400 mg/L 以下 ，印染污泥產(chǎn)生的冷凝廢水氨氮含量則多在1 000 mg/L 以上。深圳市污水處理廠在污泥干化尾氣監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，雨季污泥熱干化尾氣中氨濃度比旱季污泥高出近 1 倍。究其原因，與不同性質(zhì)污泥的組分差異關(guān)系緊密。污泥熱干化過程中重點監(jiān)測的幾項污染物來自污泥中不同的組分，其中 COD主要來源于有機物在分解過程中釋放的揮發(fā)分?，氨氮主要來源于碳酸氫銨的分解以及蛋白質(zhì)水解過程中釋放的氨，硫化氫主要來自含硫有機化合物（如甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸）的降解以及硫酸鹽的還原，pH 主要受溶解于冷凝廢水中的揮發(fā)性有機酸、硫氧化物、硫化氫、氨等酸性和堿性組分含量變化的影響。污泥組分的差異將直接影響各類干化污染物在冷凝廢水及干化尾氣中的含量和相對比例，進而對后續(xù)處置步驟提出不同的要求。3.2 干化溫度 多個相關(guān)研究均將溫度列為污泥熱干化過程中影響污染物釋放量及種類的關(guān)鍵因素。在整個熱干化過程中,熱源溫度越高，換熱面與污泥層之間的溫差越大，水分蒸發(fā)能力越強，干化速率越高。升高干化溫度會為有機物的水解提供更多的能量，使得污泥中的蛋白質(zhì)分解出更多的揮發(fā)性有機酸、氨及二氧化碳，顯著提高熱干化過程中COD、氨氮、硫化氫等污染物的排放濃度。范海宏等在實驗中發(fā)現(xiàn)當干化溫度低于 155 ℃ 時幾乎無有機物分解，200 ℃ 時約 5% 有機物分解，300 ℃ 時剩余干污泥熱值僅為 100 ℃ 時的一半，當干化溫度大于 300 ℃ 時，污泥熱值已無法順利測定。干化溫度對冷凝廢水的 pH 有較強的影響。隨著溫度的升高，各項污染物的排放增長幅度不同，其在冷凝廢水中的相對比例會產(chǎn)生一定變化。在溫度范圍較低時，污泥中的氨氮釋放量相對較大，使得冷凝廢水的 pH 隨著水中氨氮含量的增加而不斷提高。在干化溫度較高時，揮發(fā)性有機酸的加速排放，會使冷凝廢水中酸性組分比例提高，pH 有所下降。綜合考慮溫度對干化效率、費用以及污染物排放的影響，有助于全系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。 3.3 污泥含水率 在進行熱干化以降低污泥含水率的污泥中的水分對污染物的釋放有很大影響。在含水率較高時，污泥的溫度高只能在水的沸點左右徘徊，熱干化過程前期釋放的污染物只能是污泥中已有的低沸點物質(zhì)（如 VFAs）以及穩(wěn)定性較差物質(zhì)（如碳酸氫銨）的分解產(chǎn)物。只有當污泥含水率下降到某一水平后，污泥的溫度才會逐漸上升甚至接近熱介質(zhì)的溫度，逐步加強污泥內(nèi)的水解反應(yīng)，并促使水解產(chǎn)物從污泥中揮發(fā)出來。當不同含水率的污泥進入干燥設(shè)備的時候，其污染物釋放量及釋放規(guī)律不盡相同，終體現(xiàn)在冷凝廢水及尾氣的組成成分中。在污泥熱干化污染物后續(xù)處置設(shè)備的設(shè)計中，同樣需要考慮來料含水率的影響。 

4 熱干化過程中主要污染物的釋放機理 4.1 COD污泥在熱干化過程中釋放出的小分子有機物，是冷凝廢水中 COD 的主要組成部分。張雄對冷凝廢水進行的氣相色譜-質(zhì)譜分析顯示，冷凝廢水中含有 100 多種有機物質(zhì)，主要包括鏈狀烷烴、醇類、烯烴、環(huán)烷烴、酸類、苯系物、鹵代烷烴以及其他有機物質(zhì)。熱干化過程中 COD 的釋放受溫度的影響較大，多項研究均顯示冷凝廢水中的 COD 隨著干化溫度的升高而提高，且在溫度突破某個范圍（140～160 ℃）后 COD 濃度有顯著提升，見表 1。其組分也發(fā)生了明顯改變。張馨予在判斷干燥溫度對污泥干燥特性的影響時，認為冷凝廢水中的總有機碳濃度在 125～145 和 165～205 ℃這 2 個溫度范圍有明顯跨越，溫度高于個范圍時脂肪類等有機成分的釋放得到了明顯提升，溫度高于第二個范圍時纖維素、木質(zhì)素等不易降解物質(zhì)的分解揮發(fā)顯著提高。綜合考慮多方研究成果，一般認為高溫一方面使污泥中的微生物細胞開始發(fā)生水解、溶胞，蛋白質(zhì)和脂肪類水解成小分子有機酸揮發(fā)出來，另一方面使苯系物、環(huán)烷烴等污泥中原本就存在的有機物在高于沸點的溫度環(huán)境下有條件揮發(fā)出來。2 種因素疊加，使得高溫情況下冷凝廢水的 COD 相比低溫情況有大幅度的提高。 ?4.2 氨氮 氨氮來源于污泥中的氮元素，包括無機氮與有機氮兩類。無機氮主要包括碳酸氫銨等無機鹽，由污水處理過程中產(chǎn)生的游離氨與溶液中的酸性物質(zhì)生成。有機氮則包括蛋白質(zhì)氮、吡咯氮和吡啶氮以及在污水處理過程中加入的聚丙烯酰胺等有機藥劑。由于碳酸氫銨等無機銨鹽的熱穩(wěn)定性較差，在干化溫度較低時釋放的氨氮主要來源于無機氮的分解。在污泥受熱溫度較高時，蛋白質(zhì)和脂肪類水解成小分子有機酸，其中的氮元素也主要以氨的形式釋放了出來，大幅提高冷凝廢水及干化尾氣中的氨氮濃度。吡咯和吡啶則由于熱解需要的溫度較高，在污泥熱干化過程中不太可能釋放出氮元素。氨氮具體的產(chǎn)生機理主要有以下 2 種形式： 碳酸氫銨鹽生成氨氣，見式（1）：NH4HCO3 → NH3 +CO2 +H2O （1）有機銨鹽（氨基酸）生成氨氣，見式（2）：RCH2CHNH2COOH+H2O → RCH2CHOHCOOH+NH3 ??（2） 與 COD 受干化溫度影響的趨勢相似，氨氮的釋放同樣存在一個閾值溫度，溫度高于閾值范圍會顯著提高氨氮的釋放量，見表 2?目前有關(guān)文獻報告的閾值溫度多在 140～200 ℃之間，如李游在研究中發(fā)現(xiàn)當干化溫度保持在 110～160 ℃ 之間時，冷凝廢水的氨氮濃度增速相對較為緩慢，待其溫度超過 160 ℃ 時，氨氮濃度驟增。氨氮的釋放除了提高冷凝廢水的處理難度外，還會引起 pH 的明顯變化。眾多研究顯示污泥自身的組分差異、干化溫度的選擇，都會影響冷凝廢水中溶解的有機酸及氨氮的含量，使不同條件下產(chǎn)生的冷凝廢水的 pH 均不相同，現(xiàn)有報道的數(shù)值在 5～9 之間波動。若需要對冷凝廢水進行生化處理，則廢水在進入生化系統(tǒng)前應(yīng)對 pH 進行調(diào)節(jié)，避免不適宜的 pH 引起生化系統(tǒng)中活性污泥的崩潰。 4.3 硫化氫 在多項相關(guān)研究中，硫化氫均被列為主要的惡臭氣體組分之一。除所處理的污水自身攜帶的硫化氫之外，污泥中硫化氫的主要來源一是無機硫化物如硫酸鹽、亞硫酸鹽等在厭氧硫酸鹽還原菌（SRB）作用下的還原產(chǎn)物，溶解吸附于污泥及其所含水分中。主要來源之二是有機硫化物如硫氨基酸（甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸等）、磺胺酸、磺化物等的降解產(chǎn)物。具體的產(chǎn)生機理主要有以下 2 種形式：含硫無機鹽生成硫化氫 ，見式 （3~5）；含硫有機物生成硫化氫，見式（6）： ?由于微生物轉(zhuǎn)換硫酸鹽形成硫化氫需要一定的適應(yīng)時間及反應(yīng)時間，而無機硫化物熱解所需的溫度較高，可以認為無機硫化物在熱干化過程中基本沒有損失，硫化氫的釋放同樣存在溫度閾值，見表 3，低于溫度閾值時干化釋放的硫化氫主要來源于污泥本身溶解吸附的硫化氫，高于溫度閾值時硫化氫的釋放增加量來源于污泥中有機硫化物的降解。由于硫化氫在水中的溶解度不高，低溫干化時的硫化氫釋放量較低，控制干化溫度低于閾值可以大幅降低硫化氫的釋放量。

　　4.4 苯系物 與氨氮和硫化氫相同，苯系物（BTEX）也是污泥熱干化過程中釋放的主要惡臭氣體組分之一。在本文所討論的 4 種污泥中，印染污泥和造紙污泥中的苯系物含量明顯高于其他類型的污泥，這與印染工藝中大量使用的染料及造紙工業(yè)中使用的浸漬料、涂料相關(guān)。如前文所述，污泥中的苯系物需要達到一定的溫度才會揮發(fā)，苯系物的揮發(fā)濃度與干燥溫度具有很強的相關(guān)性，當?shù)陀谄溽尫排R界溫度時，釋放量極低，見表 4。褚赟等通過檢測印染污泥、皮革污泥、造紙污泥、市政污泥在50～300 ℃ 的苯系物釋放量發(fā)現(xiàn)，大部分的苯系物都在干化溫度高于 150 ℃ 后才開始大量釋放。在溫度處于 150 ℃ 以下時，4 種類型污泥釋放的苯系物總量只占研究過程中苯系物總釋放量的16.58%。丁潔華等及何鑒堯的研究發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律，將苯系物大量釋放的臨界溫度范圍縮小至 120～140 ℃。由于苯系物具有致癌性，對健康危害很大，可以考慮通過降低污泥干化溫度的方式減少苯系物的釋放量，降低污泥干化過程中的人員健康風險。

　　除以上所述的典型污染物外，污泥干化過程中釋放的常見污染物還有硫氧化物、氮氧化物、二等較為多見的惡臭組分。這些污染物的釋放特性與前文所述的典型污染物釋放特性均有相似之處，干化溫度的升高在大多數(shù)情況下會提高上述污染物的釋放濃度。

 5 展望 隨著我國城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模的不斷提升，污泥產(chǎn)量也在逐步提高，面臨的處置形勢十分嚴峻。在我國現(xiàn)階段已明確要求對污泥進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置的背景下，焚燒法已成為污泥處置的一條重要途徑。通過對熱干化條件的控制降低干化過程中污染物的排放，可以優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境，促進污泥干化燃燒處置工藝的推廣。目前眾多文獻將污泥自身的性質(zhì)、干化溫度以及污泥含水率列為影響干化過程中污染物排放的重要因素，其中污泥自身的性質(zhì)決定了污染物的組成，干化溫度決定了污染物排放的強度，污泥中的水分則對污染物的排放速率有直接影響。通過對 COD、氨氮、硫化氫、苯系物等重點監(jiān)控污染物排放濃度的分析，可知污泥性質(zhì)、干化溫度等因素同樣對上述污染物的排放有重要影響。多項污染物的排放量均隨著溫度的升高而提高，且在溫度高于其相應(yīng)的閾值范圍后大幅提高排放量。從控制污染物排放量的角度考慮，建議污泥干化在不高于 150 ℃ 的情況下進行。污泥干化過程產(chǎn)生的污染物主要以冷凝廢水和干化尾氣兩種形式存在，目前的處理方式一般為冷凝廢水送至廢水處理站，達到納管標準后送入污水處理廠。干化尾氣通過酸堿水洗、生物過濾等方式進行除臭處理，具備尾氣焚燒條件的情況下送入鍋爐燃燒。由于冷凝廢水及干化尾氣均含有惡臭組分，對生產(chǎn)環(huán)境的影響較大，建議干化車間建立負壓除臭系統(tǒng)，將車間抽風與干化尾氣一同處理，避免干化車間內(nèi)的惡臭氣體外溢和可燃氣體積存。而冷凝廢水由于其 COD 含量高、氨氮含量高的特點，可生化性較差，廢水處理需采用 A/O、生物膜法等較為復(fù)雜的工藝，若單獨建設(shè)處置設(shè)施，建設(shè)及運營成本較高。由于冷凝廢水的產(chǎn)生量相對較低，在城鎮(zhèn)污水處理廠正常運行狀況下不會對其造成明顯影響，可考慮在條件允許的情況下，建設(shè)污泥干化車間至城鎮(zhèn)污水處理廠的專用管線，依托污水處理廠處置設(shè)施降低冷凝廢水的處理成本。