第31卷第3期2008年9月
长春理工大学学报（自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.31No.3
Sep. 2008
污泥热处理技术的研究进展
郭立新1，刘天元1，罗景辉2，李燕乔1
（1. 长春理工大学，长春
130022；2. 吉林亚泰集团鼎鹿水泥有限公司，长春
130031）
摘要：城市污水厂产生大量的污泥，近年来，污泥焚烧等热处理技术的应用得到较多关注，积极探索污泥热处理的可行性，控制可能出现的环境风险，有利于污泥处置的可持续性发展。本文结合污泥的成分分析，对国内外研究者的相关研究成果进行了综合分析，并对推广污泥热处理提出一些建议。关键词：污泥；热处理；焚烧；环境中图分类号：X705
文献标识码：A
文章编号：1672－9870（2008）03－0090－05
Research Development on Heat Treatment Technology of Sludge
GUO Lixin 1，LIU Tianyuan 1，LUO Jinghui 2，LI Yanqiao 1
(1.Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2. DingLu Cement Ltd
of Jilin YaTai Group ，ChangChun 130031)
Abstract:Much sludge was produced in city sewage plants. Recently ，the application of sludge heat-treatment technique has attracted much attention. Exploring the feasibility of sludge heat-treatment and controlling the risk of environment will be beneficial to the continuable development of sludge treatment. In this paper ，the research was summarized combined with the composition analysis of sludge ，and some suggestions of sludge heat-treatment had been put forward. Key words:sludge ；heat-treatment ；combustion ；environment
随着我国城市化进程的加快和环境质量标准的日益严格，城市污水处理率和污水处理程度日益提高，在各种污水处理工艺中，由于活性污泥法具有对水质水量适应性广、运行方式灵活多样、可控制性良好、处理效果好、运行成本低等特点，因此被我国的城市污水厂普遍采用。活性污泥法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统组成，在曝气池中的生化反应使微生物不断增殖，为了维持活性污泥系统的稳定运行，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，这部分污泥称为剩余污泥。城市污水厂产生剩余污泥的体积约为污水处理量的
0.5%～5.0%（含水率97%），其处理费用约占污水总运行费用的20%～50%［1］。2006年全国城市污水厂的污泥(干重计) 产量约为130×106t ，而且每年以10%以上的速度递增。如果城市污水全部得到
处理，每年将产生污泥(干重计) 约为840×106t ［2］。
在一定程度上，剩余污泥是污水中污染物的浓缩，如果剩余污泥不能妥善处理，整个污水处理的环境效益就会受到损害，剩余污泥中含有的大量重金属离子和病原菌，将其施于农田会造成土壤污染，影响作物生长，并积累于作物中通过食物链传递，危及人类和其他生物的健康。另一方面，剩余污泥主要由微生物细胞群体和其解体产物组成，有机质含量高，含丰富的蛋白质、核酸、氨基酸和植物生长所必需的N 、P 等营养元素和微量元素，其肥效高于一般农家肥，因此污泥是一种很好的缓效肥料。正是由于污泥的资源性特点，世界水环境组织(WEF ) 于1995年已将污泥(sludge ) 更名为生物固体(biosolid ) ，从而更加明确了污泥应该作为资源加以利用的观念［3］。因此，如何将产量巨大、成分复
05收稿日期：2008
基金项目：吉林省环保局2007年环境保护科研项目（2007
），男，吉林辽源人，副教授，主要从事环境污染控制研究，E-mail ：[email protected]。
杂的污泥变废为宝，使之成为人类可利用的资源，已经成为我国及当今世界研究的一个热点课题。
1污泥的主要成分
剩余污泥的主要成分是有机物、无机物、重金
属、硫化物、氮、腐胺及各种菌类，其主要化学成分如表1所示［4］，同时，剩余污泥中含有大量的营养成分，谢雄华、尹玲玲［5］研究了两个城市污水处理厂剩余污泥所含的营养成分，主要营养成分如表2所示。
表1污泥的化学成分
Tab.1The chemical composition of residual sludge
项目SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3烧失(%) (%) (%) (%) (%) (%)
量(%)
污泥1
33.62
8.60
4.34
4.69
2.03
31.20
表2城市污水厂剩余污泥营养成份含量
Tab.2The alimentation component content of residu-al sludge
项目氮(%) 总磷(%)
总钾(%) 有机质(%)
污水厂12.20.80.353.7污水厂2
3.0
3.0
0.1
58.6
张会敏，刘建辉［6］通过烘干试验对剩余污泥经烘干机高温烘干前后的营养成分变化进行了分析，见表3。
表3污泥烘干前后营养成份变化
Tab.3Changes of alimentation component after hea-ting
项目氮(%) 总磷(%) 总钾(%) 有机质(%) 烘干前2.702.450.6743.74烘干后
2.45
2.40
0.60
41.21
俞锐，叶青［7］将取自杭州市两个城市污水处理厂的湿污泥经105℃烘干后，按《煤的发热量测定方法》(GB213-87) 进行热值分析，测得消化剩余污泥、未消化剩余污泥的热值分别为11370、13290kJ/kg ，分别相当于标准煤热值的39%和45%，此部分热值应当充分利用。
2城市污水厂剩余污泥热处理技术及应用
2.1污泥热处理的两个模式
如何充分利用目前已有设备处理污水厂产生的
剩余污泥，并最大限度地利用剩余污泥所含的热量
替代部分燃料消耗，是世界环保业共同面临的一个新问题。目前，国外解决这一问题的方法主要有两种模式。
（1）日本模式
日本模式是先将剩余污泥与其他城市垃圾一起焚烧，然后通过生料配比计算，将其焚烧灰按一定比例加到水泥原料中，在水泥回转窑中进行烧制。1993年，日本秩夫小野田公司首次开展用剩余污泥和垃圾焚烧灰生产水泥的研究与设计工作，并建成了50t/d的试验生产线，其烧成温度为1000℃～1300℃［8
性炭的质量较差。Lilly 等［16］用流化床低温热解污水厂的污泥，以获得最大的油产量，并考察了温度、气体停留时间对热解产物组成的影响。在300～600℃、气体停留时间1.5～3.5s 的条件下，有三种产物产生，即非冷凝气体、固体、液体；在525℃、气体停留时间1.5s 时，得到的油产量最高，为污泥质量的30%。采用色谱
第3期
郭立新，等：污泥热处理技术的研究进展
93
陶粒18.8万m 3，年产轻质陶粒砌块18万m3。
（7）利用水泥窑处理污水厂剩余污泥世界上发达国家利用水泥窑处理污水厂剩余污泥生产水泥已有20余年的历史，拥有成熟的经验，而我国利用水泥窑处理污水厂污泥尚属起步阶段，有待于进一步的发展。
1996年瑞士的HCG Rekingen 水泥厂成为世界上第一家利用水泥厂煅烧设备
３４．
［2］韩晓芳，顾建新，李燕．污泥处置现状及新技术探讨［J ］．
2006，2743国外建材科技，（5）：
71．
94
长春理工大学学报（自然科学版）
2008年
［4］施惠生．利用水泥窑处理污水厂污泥的应用研究［J ］．水
泥，
2002，7：8193．
［6］张会敏，刘建辉．城市污泥再利用的研究［J ］．河北建筑
工程学院学报，2004，22（2）：
215．
［8］陈华奎．用城市垃圾做原料制造水泥［J ］．中国建材，
1999，（10）：
44103．
［10］朱建平，常钧，芦令超．利用城市垃圾、污泥烧制生态水
泥［J ］．硅酸盐通报，
2003，2：5721．
［12］杨晓奕，蒋展鹏．湿式氧化处理剩余污泥的研究［J ］．中
国给水排水，2003，29（4）：5082．
［14］Muller J ．
Disintegration as a key-step in sewage sludge t-reatment ［J ］．Water Science Technology ，2000，41（8）：
123
107．
［16］Lilly S ，
Dong Ke Z ．An experimental study of oil reco-very form sewage by low-temperature pyrolysis in a flui-dized-bed ［J ］．Fuel ，2003（82）：46519．
［18］宋秀兰，李亚新．污泥资源化技术的研究进展［J ］．化工
（上接第103页）
［3］刘桂霞，洪广言，孙多先，球形Gd 2O 3:Eu纳米发光材料
的制备［J ］．无机化学学报，2004，20（11）：
1367450．
［5］Mercier B ，
Dujardin C ，Ledoux G ，et al ．Observation of the gap blueshift on Gd 2O 3:Eu 3+
nanoparticles ［J ］．
J Appl Phys ，2004，96（1）：
650环保，2006，26（4）：
29156．
［20］Melaren R ，
Clucas L ．Leaching of macronutrients and m-etals from undisturbed soils treated with metal-spiked se-wage sludge-distribution of residual metals ［J ］．
Australi-an Journal of Soil Research ，2005，43（2）：
15938．
［22］周少奇．城市污泥处理处置与资源化［M ］．广州：华南
理工大学出版社，
2002．［23］Md Zahangir A ，
Abul H ．Biosolids accumulation and b-iodegradation of domestic wastewater treatment plant sl-udge by developed liquid state bioconversion process us-ing a batch fermenter ［J ］．Water Research ，2003，（37）：3569
83．
［25］杨小文，杜英豪．污泥热干化在美国的应用［J ］．中国给
水排水，2002，19（1）：
9044．
［27］王治军，王伟，高殿森．高温和中温ASBR 处理热水解
污泥的对比［J ］．环境科学，2005，26（2）：
88482．
［29］杨鹊平，水泥行业贯彻循环经济理念的途径研究—以吉
林省为例［D ］．吉林大学硕士学位论文，
2007，5：47569．
341．
［7］Kang Y C ，
Roh H S ，Kim E J ．Synthesis of nanosize Gd 2O 3:Euphosphor particles with high luminescence effi-ciency under ultraviolet light ［J ］．
J Electro Soc ，2003，150（4）：
93227．
［9］姚疆，孙聆东，钱程，等．稀土纳米复合氧化物RE 2O 3:Eu(RE=Y，Gd ) 的制备及特性［J ］．中国稀土学报，
2001，19（5）：
426
第31卷第3期2008年9月
长春理工大学学报（自然科学版）
Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.31No.3
Sep. 2008
污泥热处理技术的研究进展
郭立新1，刘天元1，罗景辉2，李燕乔1
（1. 长春理工大学，长春
130022；2. 吉林亚泰集团鼎鹿水泥有限公司，长春
130031）
摘要：城市污水厂产生大量的污泥，近年来，污泥焚烧等热处理技术的应用得到较多关注，积极探索污泥热处理的可行性，控制可能出现的环境风险，有利于污泥处置的可持续性发展。本文结合污泥的成分分析，对国内外研究者的相关研究成果进行了综合分析，并对推广污泥热处理提出一些建议。关键词：污泥；热处理；焚烧；环境中图分类号：X705
文献标识码：A
文章编号：1672－9870（2008）03－0090－05
Research Development on Heat Treatment Technology of Sludge
GUO Lixin 1，LIU Tianyuan 1，LUO Jinghui 2，LI Yanqiao 1
(1.Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2. DingLu Cement Ltd
of Jilin YaTai Group ，ChangChun 130031)
Abstract:Much sludge was produced in city sewage plants. Recently ，the application of sludge heat-treatment technique has attracted much attention. Exploring the feasibility of sludge heat-treatment and controlling the risk of environment will be beneficial to the continuable development of sludge treatment. In this paper ，the research was summarized combined with the composition analysis of sludge ，and some suggestions of sludge heat-treatment had been put forward. Key words:sludge ；heat-treatment ；combustion ；environment
随着我国城市化进程的加快和环境质量标准的日益严格，城市污水处理率和污水处理程度日益提高，在各种污水处理工艺中，由于活性污泥法具有对水质水量适应性广、运行方式灵活多样、可控制性良好、处理效果好、运行成本低等特点，因此被我国的城市污水厂普遍采用。活性污泥法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统组成，在曝气池中的生化反应使微生物不断增殖，为了维持活性污泥系统的稳定运行，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，这部分污泥称为剩余污泥。城市污水厂产生剩余污泥的体积约为污水处理量的
0.5%～5.0%（含水率97%），其处理费用约占污水总运行费用的20%～50%［1］。2006年全国城市污水厂的污泥(干重计) 产量约为130×106t ，而且每年以10%以上的速度递增。如果城市污水全部得到
处理，每年将产生污泥(干重计) 约为840×106t ［2］。
在一定程度上，剩余污泥是污水中污染物的浓缩，如果剩余污泥不能妥善处理，整个污水处理的环境效益就会受到损害，剩余污泥中含有的大量重金属离子和病原菌，将其施于农田会造成土壤污染，影响作物生长，并积累于作物中通过食物链传递，危及人类和其他生物的健康。另一方面，剩余污泥主要由微生物细胞群体和其解体产物组成，有机质含量高，含丰富的蛋白质、核酸、氨基酸和植物生长所必需的N 、P 等营养元素和微量元素，其肥效高于一般农家肥，因此污泥是一种很好的缓效肥料。正是由于污泥的资源性特点，世界水环境组织(WEF ) 于1995年已将污泥(sludge ) 更名为生物固体(biosolid ) ，从而更加明确了污泥应该作为资源加以利用的观念［3］。因此，如何将产量巨大、成分复
05收稿日期：2008
基金项目：吉林省环保局2007年环境保护科研项目（2007
），男，吉林辽源人，副教授，主要从事环境污染控制研究，E-mail ：[email protected]。
杂的污泥变废为宝，使之成为人类可利用的资源，已经成为我国及当今世界研究的一个热点课题。
1污泥的主要成分
剩余污泥的主要成分是有机物、无机物、重金
属、硫化物、氮、腐胺及各种菌类，其主要化学成分如表1所示［4］，同时，剩余污泥中含有大量的营养成分，谢雄华、尹玲玲［5］研究了两个城市污水处理厂剩余污泥所含的营养成分，主要营养成分如表2所示。
表1污泥的化学成分
Tab.1The chemical composition of residual sludge
项目SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3烧失(%) (%) (%) (%) (%) (%)
量(%)
污泥1
33.62
8.60
4.34
4.69
2.03
31.20
表2城市污水厂剩余污泥营养成份含量
Tab.2The alimentation component content of residu-al sludge
项目氮(%) 总磷(%)
总钾(%) 有机质(%)
污水厂12.20.80.353.7污水厂2
3.0
3.0
0.1
58.6
张会敏，刘建辉［6］通过烘干试验对剩余污泥经烘干机高温烘干前后的营养成分变化进行了分析，见表3。
表3污泥烘干前后营养成份变化
Tab.3Changes of alimentation component after hea-ting
项目氮(%) 总磷(%) 总钾(%) 有机质(%) 烘干前2.702.450.6743.74烘干后
2.45
2.40
0.60
41.21
俞锐，叶青［7］将取自杭州市两个城市污水处理厂的湿污泥经105℃烘干后，按《煤的发热量测定方法》(GB213-87) 进行热值分析，测得消化剩余污泥、未消化剩余污泥的热值分别为11370、13290kJ/kg ，分别相当于标准煤热值的39%和45%，此部分热值应当充分利用。
2城市污水厂剩余污泥热处理技术及应用
2.1污泥热处理的两个模式
如何充分利用目前已有设备处理污水厂产生的
剩余污泥，并最大限度地利用剩余污泥所含的热量
替代部分燃料消耗，是世界环保业共同面临的一个新问题。目前，国外解决这一问题的方法主要有两种模式。
（1）日本模式
日本模式是先将剩余污泥与其他城市垃圾一起焚烧，然后通过生料配比计算，将其焚烧灰按一定比例加到水泥原料中，在水泥回转窑中进行烧制。1993年，日本秩夫小野田公司首次开展用剩余污泥和垃圾焚烧灰生产水泥的研究与设计工作，并建成了50t/d的试验生产线，其烧成温度为1000℃～1300℃［8
性炭的质量较差。Lilly 等［16］用流化床低温热解污水厂的污泥，以获得最大的油产量，并考察了温度、气体停留时间对热解产物组成的影响。在300～600℃、气体停留时间1.5～3.5s 的条件下，有三种产物产生，即非冷凝气体、固体、液体；在525℃、气体停留时间1.5s 时，得到的油产量最高，为污泥质量的30%。采用色谱
第3期
郭立新，等：污泥热处理技术的研究进展
93
陶粒18.8万m 3，年产轻质陶粒砌块18万m3。
（7）利用水泥窑处理污水厂剩余污泥世界上发达国家利用水泥窑处理污水厂剩余污泥生产水泥已有20余年的历史，拥有成熟的经验，而我国利用水泥窑处理污水厂污泥尚属起步阶段，有待于进一步的发展。
1996年瑞士的HCG Rekingen 水泥厂成为世界上第一家利用水泥厂煅烧设备
３４．
［2］韩晓芳，顾建新，李燕．污泥处置现状及新技术探讨［J ］．
2006，2743国外建材科技，（5）：
71．
94
长春理工大学学报（自然科学版）
2008年
［4］施惠生．利用水泥窑处理污水厂污泥的应用研究［J ］．水
泥，
2002，7：8193．
［6］张会敏，刘建辉．城市污泥再利用的研究［J ］．河北建筑
工程学院学报，2004，22（2）：
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［8］陈华奎．用城市垃圾做原料制造水泥［J ］．中国建材，
1999，（10）：
44103．
［10］朱建平，常钧，芦令超．利用城市垃圾、污泥烧制生态水
泥［J ］．硅酸盐通报，
2003，2：5721．
［12］杨晓奕，蒋展鹏．湿式氧化处理剩余污泥的研究［J ］．中
国给水排水，2003，29（4）：5082．
［14］Muller J ．
Disintegration as a key-step in sewage sludge t-reatment ［J ］．Water Science Technology ，2000，41（8）：
123
107．
［16］Lilly S ，
Dong Ke Z ．An experimental study of oil reco-very form sewage by low-temperature pyrolysis in a flui-dized-bed ［J ］．Fuel ，2003（82）：46519．
［18］宋秀兰，李亚新．污泥资源化技术的研究进展［J ］．化工
（上接第103页）
［3］刘桂霞，洪广言，孙多先，球形Gd 2O 3:Eu纳米发光材料
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1367450．
［5］Mercier B ，
Dujardin C ，Ledoux G ，et al ．Observation of the gap blueshift on Gd 2O 3:Eu 3+
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J Appl Phys ，2004，96（1）：
650环保，2006，26（4）：
29156．
［20］Melaren R ，
Clucas L ．Leaching of macronutrients and m-etals from undisturbed soils treated with metal-spiked se-wage sludge-distribution of residual metals ［J ］．
Australi-an Journal of Soil Research ，2005，43（2）：
15938．
［22］周少奇．城市污泥处理处置与资源化［M ］．广州：华南
理工大学出版社，
2002．［23］Md Zahangir A ，
Abul H ．Biosolids accumulation and b-iodegradation of domestic wastewater treatment plant sl-udge by developed liquid state bioconversion process us-ing a batch fermenter ［J ］．Water Research ，2003，（37）：3569
83．
［25］杨小文，杜英豪．污泥热干化在美国的应用［J ］．中国给
水排水，2002，19（1）：
9044．
［27］王治军，王伟，高殿森．高温和中温ASBR 处理热水解
污泥的对比［J ］．环境科学，2005，26（2）：
88482．
［29］杨鹊平，水泥行业贯彻循环经济理念的途径研究—以吉
林省为例［D ］．吉林大学硕士学位论文，
2007，5：47569．
341．
［7］Kang Y C ，
Roh H S ，Kim E J ．Synthesis of nanosize Gd 2O 3:Euphosphor particles with high luminescence effi-ciency under ultraviolet light ［J ］．
J Electro Soc ，2003，150（4）：
93227．
［9］姚疆，孙聆东，钱程，等．稀土纳米复合氧化物RE 2O 3:Eu(RE=Y，Gd ) 的制备及特性［J ］．中国稀土学报，
2001，19（5）：
426