污泥是污水处理过程所产生的固体沉淀物质。初级污泥包括在初级澄清器中初级处理期间除去的可沉降固体。在二级澄清池中分离的二级污泥包括来自二级处理生物反应器处理过的污水污泥。

污泥处理的重点是减少污泥重量和体积，以降低处置成本，并降低处置方案中潜在的健康风险。脱水是重量和体积减少的主要手段，而病原体破坏通常通过嗜热消化，堆肥或焚烧期间加热来实现。

污泥处理方法的选择取决于产生的污泥量，并比较可用处置方案所需的处理成本。风干和堆肥可能对农村社区具有吸引力，而有限的土地供应可能使有氧消化和机械脱水成为城市的首选，规模经济可能会鼓励大城市地区的能源回收替代方案。

在厌氧消化过程中或通过焚烧干燥的污泥，可以通过甲烷气体生产从污泥中回收能量，但是能量产量通常不足以蒸发污泥水含量或为脱水所需的动力鼓风机，泵或离心机提供动力。

一、生物固体

“生物固体”是一个常用于污水工程出版物和当地水务部门公共关系工作的术语，当污泥经过适当的处理过程后，他们希望将重点放在污水污泥的再利用上。事实上，生物固体被定义为有机废水固体，可在稳定过程（如厌氧消化和堆肥）后重复使用。“生物固体”一词是由水环境联合会于1998年在美国引入的。然而，有些人认为该术语是一种“宣传”（或至少是一种委婉用语），其目的是隐藏污水污泥也可能含有对环境有害的物质这一事实，例如环境持久性制药污染物。

二、处理过程

1. 浓缩

浓缩通常是污泥处理过程的第一步。可以搅拌来自一级或二级澄清池的污泥（通常在添加澄清剂之后）以形成更大、更快速沉降的聚集体。初级污泥可以增稠至约8%或10%，而二级污泥可以增稠至约4%固体。增稠剂通常类似于添加搅拌机制的澄清剂。固体含量低于10%的稠化污泥可以接受额外的污泥处理，而液体增稠剂溢流则返回污水处理过程。


污水污泥浓缩剂

2. 脱水

通过离心、过滤或蒸发可以降低污泥的含水量，以降低处理的运输成本，或改善堆肥的适用性。离心是减少污泥体积以用于随后过滤或蒸发的预备步骤。过滤可以通过沙子干燥床中的渗透物或作为带式压滤机中的单独机械过程进行，通常滤液和浓缩物返回污水处理过程。脱水后，污泥可以作为含有50%至75%水的固体处理。具有较高水分含量的脱水污泥通常作为液体处理。


带式压滤机示意图，用于对污水污泥进行脱水

最初通过重力提取滤液，然后通过辊挤压布料

3. 侧流处理技术

用于污泥浓缩或脱水的污泥处理技术有两种产品：增稠剂或脱水污泥机。液体部分称为污泥处理液。这种液体需要进一步处理，因为氮和磷含量高，特别是如果污泥已被厌氧消化。处理可以在污水处理厂处理过程中进行（通过将液体循环到处理过程的开始）或作为单独的过程进行。

4. 磷回收

处理污泥脱水液体的一种方法是磷回收，好处是减少阻塞性鸟粪石的形成。例如，加拿大公司Ostara Nutrient Recovery Technologies正在推广一种基于磷在流化床反应器中受控化学沉淀的方法，该反应器从污泥脱水流中回收晶体颗粒形式的鸟粪石，得到的结晶产品以注册商品名“Crystal Green”出售给农业、草坪和观赏植物部门作为肥料。

5. 消化

使用各种消化技术处理污泥，其目的是减少固体中存在的有机物质的量和引起疾病的微生物数量。最常见的处理选择包括厌氧消化、好氧消化和堆肥。通过将污泥量减少近50%，并将沼气作为有价值的能源，污泥消化提供了显着的成本优势。

5.1 厌氧消化

厌氧消化是在没有氧气的情况下进行的细菌过程。该过程可以是嗜热消化，其中污泥在55℃的温度下在罐中发酵，或者在约36℃的温度下中温发酵。尽管允许更短的保留时间（并因此允许更小的罐），但就加热污泥的能量消耗而言，嗜热消化更昂贵。嗜温厌氧消化（MAD）也是处理污水处理厂产生的污泥的常用方法。将污泥送入大型罐中并保持至少12天，以进行消化污泥所需的四个阶段，包括水解、产酸、产乙酸和产甲烷。厌氧消化产生的沼气与甲烷的比例高，生成甲烷是厌氧过程的关键优势，其主要缺点是该过程需要很长时间（最多30天）以及较高的成本。许多较大的场地利用沼气来提供热能和动力，使用发电机的冷却水将消化设备的温度维持在所需的35±3℃。

5.2 好氧消化

好氧消化是在氧气存在下发生的细菌过程，类似于活性污泥过程的延续。在有氧条件下，细菌迅速消耗有机物并将其转化为二氧化碳。一旦缺乏有机物质，细菌就会死亡并被其他细菌用作食物，该过程的这个阶段称为内源性呼吸。这个阶段中发生固体减少。因为好氧消化比厌氧消化快得多，所以有氧消化的成本较低。然而，由于鼓风机、泵和马达所使用的能量，有氧消化的运行成本大得多。然而，也出现了使用自然气流进行曝气的新技术。通过使用扩散系统或喷射曝气器来氧化污泥也可以实现好氧消化。细泡扩散器通常是更具成本效益的扩散方法，然而，由于沉积物沉积到较小的气孔中，容易造成堵塞。粗泡扩散器更常用于活性污泥池或絮凝阶段。选择扩散器类型的关键是确保它能产生所需的氧气转移率。

6. 堆肥

堆肥是混合污泥与碳的农副产品来源，如锯屑、稻草或需氧处理木屑。在存在氧气的情况下，消化污水污泥和植物材料的细菌产生热量以杀死引起疾病的微生物和寄生虫。通过将预先堆肥的污泥的绝缘毯放在充气堆肥堆上可以辅助均匀分布病原体杀灭温度。堆肥混合物的初始含水量约为50%; 但温度可能不足以减少病原体，湿污泥或降水会使堆肥水分含量超过60%。堆肥混合物可堆放在具有内置空气管道的混凝土垫上，由一层未混合的填充剂覆盖。通过使用曝气鼓风机对堆肥管道抽吸真空，通过下面的管道，并在水分含量达到70%时排出先前堆肥的污泥过滤堆，可以最大限度地减少气味。在暗渠管道中积聚的液体可以返回污水处理厂。在足以减少病原体的堆肥间隔后，可以筛选堆肥堆以回收未消化的填充剂以便再利用; 通过筛网的堆肥固体可用作土壤改良材料，具有与泥炭相似的益处。堆肥混合物的最佳初始碳氮比为26～30：1，但是农业副产品的堆肥比例可以通过将污泥中有毒化学物质的浓度稀释到预期的可接受水平所需的量来确定。

7. 焚烧

由于空气排放问题以及燃烧低热值污泥和蒸发残余水所需的补充燃料（通常是天然气或燃料油），污泥的焚烧不太常见。在干固体基础上，污泥的燃料值从每磅（980卡/克）未消化的污水污泥约9500英热单位到每磅（260卡/克）消化的初级污泥2500英热单位。具有高停留时间的阶梯式多炉焚烧炉和流化床焚烧炉是用于燃烧废水污泥的最常用系统。在城市垃圾发电中共同燃烧偶尔会进入工厂，假设固体废物已经存在并且不需要辅助燃料，这种选择便宜。焚烧会使剩余固体中的重金属浓度最大化，需要进一步处理。


污泥焚烧过程示意图（注意强调空气质量控制）

8. 干燥床

简单的污泥干燥床在许多国家使用，特别是在发展中国家，因为它们是一种廉价且简单的干燥污水污泥的方法。干燥床通常有覆盖，但有时未覆盖。在干燥过程的初始阶段翻转污泥的机械装置也可在市场上获得。干燥床通常分为四层，由砾石和沙子组成。第一层是15至20厘米厚的粗砂砾，其次是10厘米厚的细砂砾，第三层是沙子，可以在10到15厘米之间，用作污泥和砾石之间的过滤器。


在污泥干燥床中干燥后的污泥

9. 新兴技术

污水污泥或污泥脱水中的磷回收受到越来越多的关注，特别是在瑞典、德国和加拿大，因为磷是一种有限的资源（这一概念也被称为“高峰磷”），需要作为肥料来养活不断增长的世界人口。

废水或污泥中的磷回收方法可以根据所用物质的来源（废水、污泥液、消化或未消化的污泥、灰分）或回收过程的类型进行分类。自2003年左右以来，已经在瑞典和德国开展了污水污泥磷回收方法的研究，但鉴于目前磷在世界市场上的价格，目前正在开发的技术还不具备成本效益。

热解聚的产生来自加热至250℃的污泥的轻质烃并压缩至40 MPa。热水解有两个阶段，结合污泥的高压沸腾，然后快速减压。这种联合作用使污泥消毒，使其更易生物降解，从而提高消化性能。灭菌会破坏污泥中的病原体，导致其达到土地使用（农业）的严格要求。


华盛顿特区Blue Plains处理厂的

热水解系统是2016年世界上最大的热水解系统

10. 处置或用作肥料

当产生液体污泥时，可能需要进一步处理以使其适合于最终处置。通常将污泥浓缩或脱水以减少在场外运输进行处置的体积。减少含水量的方法包括干燥床、压滤机、离心机，可以通过液体注入土地或通过垃圾填埋处理来处置污泥。来自商业或工业区域的大量污泥被从工业过程释放到下水道中的有毒物质污染。此类物质的浓度升高会使污泥不适合农业使用，因此需要将其焚烧或丢弃至垃圾填埋场。