引言随着我国城市化速度加快、城市人口增多，城市生活污水排放量增加，污泥产量越来越多，成分趋于复杂，造成的环境风险增大。我国于2019年提出无废城市的概念，提出以新发展理念为引领，推动形成绿色发展方式和生活方式，持续推进固体废物源头减量和资源化利用，最大限度减少固体废物填埋量，将固体废物对环境的影响降至最低[1]。将城市污泥回收后经过一定的技术手段用以制砖，焙烧过程中高温将污泥中存在的重金属固化在烧结砖内，消除了环境风险。1污泥处理处置现状1.1污泥处理技术发展现状污泥填埋技术起源于20世纪中期，该技术包括直接填埋和卫生填埋方式。大部分国家目前禁止使用直接填埋方式，因为直接填埋对环境具有不利影响。20世纪末以来，随着污泥排放量的增加和土地资源的紧缺，污泥填埋技术开始受到限制，美国等国家的污泥填埋处理比例逐年下降[2]。污泥焚烧技术是美国、欧洲、日本的污泥处理主要方式，我国部分地区也采用污泥焚烧技术，应用时要做好烟气净化处理工作。随着全球环保意识的加强，世界各国相继停止向海洋倾倒污泥。1994年2月，我国宣布不再利用海洋处理生活污水污泥和其他工业废物。1988年美国禁止向海洋倾倒城市污泥。1998年后，欧盟也禁止在海上处置城市污泥。污泥堆肥技术起源于20世纪初，分为好氧堆肥和厌氧堆肥方式，是土地利用的主要形式。高温好氧堆肥技术起源于20世纪，在工业堆肥中应用相对成熟。我国污泥在农业上的主要应用是作为肥料用于果园、花圃，能够有效改良土壤结构，也可以用于城市绿化或填埋覆盖材料等方面。堆肥过程中，含水率较高(30％~40％)会重新激活病原体；污泥可能含有重金属污染，堆肥技术难以保障污泥处置的安全性[3]。污泥建材利用领域包括制砖、水泥、陶粒、沥青、混凝土、纤维板等，日本引进了污泥焚烧灰制砖技术并进一步研发污泥制造纤维板等技术；德国、加拿大和西班牙将污泥回用于建筑行业制型成材；美国利用污泥制造水泥、生物砖、瓦片等。2009年我国住房和城乡建设部、环境保护部和科学技术部联合制定了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》，提出有条件的地区应积极推广污泥建筑材料综合利用。1.2污泥处理处置技术优缺点按照污泥处理处置方式进行分类，总结各污泥处理方式的优缺点。现有污泥处置方式优缺点如表1所示。污泥处理处置时，需要根据具体情况选择最合适的方式。从实现无废城市的目标方向考虑，污泥建材利用更符合我国生态环保建设要求。污泥的化学成分中有效氧化物的成分含量与某些建材十分相似，用于制造建材时可以有效地将污泥中重金属固化在建材中，不会引起再次污染[4]。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.018.T001表1现有污泥处置方式优缺点污泥处理处置方式优点缺点污泥填埋投资少、周期短、容量大、操作管理相对简单。加剧土地资源紧缺，处理不当易造成二次污染。堆体产生甲烷气体，若通风效果不佳，可能引起火灾或爆炸等危险。污泥焚烧占地小、适应性强、残渣量少，有效减小污泥容积，降低污泥中重金属含量，减少毒害物质，实现减量化、稳定化。操作复杂，管理不便，前期投资和运营成本较高，选址较难，焚烧中产生二噁英、SO2等污染物造成二次污染。海洋倾倒处理简单、经济且方便不符合污泥无害化处置要求，易造成河道堵塞，直接投海会污染海洋，不能从根本上解决环境污染问题。污泥堆肥使污泥减量化、稳定化，有效改良土壤或作为良好肥料。时间长、占地大，运输费用相对较高，对污泥质量、堆放场所和施用场地的管理要求非常高。建材利用减少自然资源消耗，有效节约能源，可制砖、水泥、陶粒等，固化毒害物质，实现经济循环和资源回用的目标。对污泥预处理要求严格，需要大力开拓市场，考虑建材利用的销售渠道。2沈阳市固废综合利用产业园概况2.1项目背景沈阳市（不含四县）日产2 000 t污泥，对环境造成二次污染。沈阳市浑南区祝家镇裴家堡村存放了2007年至2013年城市污水处理厂产生的约150万t含水污泥，占地约31.2 hm2。净土回填、绿树覆盖后，沈阳市生态环境难题被彻底解决。2019年5月确定在沈北新区启动建筑垃圾处理厂建设，即由中城集团投资建设的年处理能力100万t的建筑垃圾处理项目，多部门共同明确未来环保产业园4条污泥处理生产线建成运行，每日可以处理沈阳市1 200 t污水处理厂原态污泥，沈阳城市固废综合利用绿色环保产业园可作为沈阳市固废处理的基地。2.2项目概况现规划建设1个高标准、高智能的多废合一、多产联动、建材化利用的绿色环保产业园，集烧结砖厂、污泥处理厂、压制砖厂、建筑垃圾破碎厂、混凝土及干混砂浆厂等功能分区为一体，将市政污泥、建筑垃圾、河道淤泥统一回收，运用技术手段综合处理后资源化再利用，即以烧结砖综合消纳市政污泥、河道淤泥和部分建筑垃圾；以混凝土搅拌站和砂浆站综合消纳建筑垃圾，实现资源循环可持续综合利用。建筑垃圾处理能力达到4 000 t/d，年处理100万t；含水率80%的污水处理厂污泥和90%含水率的淤泥污泥处理能力达到1 200 t/d，年处理污泥43万t。以消化城市污水处理厂废弃污泥、低成本无害化处理并高效再利用为目的，打造以污泥处理为核心，联动上游污泥资源至下游建材产品的城市污泥全产业链。利用城市污水厂污泥为原料，污泥处理工艺使其含水率降至40%，结合煤矸石、页岩等物料进行焙烧制砖。焙烧过程温度达1 000 ℃，高温将污泥中存在的重金属固化在烧结砖内，消除了环境风险。焙烧产生的大量热量可以通过余热锅炉回收并利用，大幅度减少热源污染，充分发挥制砖余热的经济社会效益，提高企业市场竞争力[5]。3污泥制砖工艺流程与能源回收利用污泥制砖技术与能源利用主要包括高温水解预处理技术、烘干晾晒技术、热能平衡技术、制砖余热利用等。污泥制砖工艺流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.03.018.F001图1污泥制砖工艺流程3.1污泥制砖工艺技术（1）高温水解预处理。通过柱塞泵将污泥（含水率80%）泵入高温高压反应釜，加热至160 ℃，停留2 h，进行一次破壁，经密封管道进入常温水解罐，其过程会产生闪蒸现象，也是二次破壁的过程，罐体温度80 ℃，停留12 h进行灭菌。产物泵送至斜管污泥沉降池，同时加入一定比例的絮凝剂，停留8 h，进行泥水分离。上清液送入污水处理厂，下部浓缩污泥送入带式压滤机挤压，得到含水率低于60%的无机污泥。（2）烘干晾晒技术。污泥经过预处理后含水率约为60%。与传统工艺不同，该产业园设计导热油系统和污泥烘干系统，热源完全源自砖厂余热回收系统，经换热后，采用高温地热（120 ℃）和热风（70 ℃）干化工艺，将污泥含水率降至40%。污泥经过前期预处理和增加双重辅助烘干系统后，产量可达60 t/h，每天可处理污泥1 200 t污泥。污泥经高温烘干晾晒后会产生硫化氢、氨气、二甲醚等有毒有害气体，采用有组织排放方式，对厂房进行全封闭运行，增设强排潮系统，包括集中收集的抗老化耐腐蚀的玻璃钢管道、利用生物除臭法和集中湿法捕集臭气以及16 m集中排放烟囱，经过集中处理后，气体完全满足环保排放要求。（3）热能平衡技术。园区利用现有的砖窑资源，采用蒸汽余热锅炉进行砖窑余热热回收和蒸汽的梯级利用。提取焙烧窑窑温900 ℃的烟气热量，作为整个园区主要热源。产业园新建1座烧结砖焙烧车间，每日生产40万块标砖，可以多消纳100 t干化后的污泥，同时砖厂余热可以给产业园的污泥生产和办公区提供大量热源，保证产业园的污泥处理和消纳能够达到设计要求。3.2制砖余热利用合理利用制砖余热对绿色环保园区节能减排意义重大。目前，我国还有部分工业园区未能充分重视制砖余热资源，园区长期运行能耗巨大的前提下，提高制砖余热的能源利用效率带来的节能效果和经济性显著。合理利用制砖余热有助于我国生态环保企业的健康发展。利用6#砖厂烧砖过程产生的余热蒸汽，通过换热转化为蒸汽或热水，一方面为砖厂整个生产工艺提供能量，另一方面为厂区本身和居民区提供供热、空调的冷热源等，实现绿色、环保、节能、降本的目的，充分体现了资源的循环利用。园区具体制砖余热利用途径如下：（1）预热或干燥物料：6#砖厂回收的余热蒸汽一部分利用导热油管帮助8#厂房有机污泥二级破壁，通过高温地热干化工艺为3#、4#厂房污泥烘干，另一部分利用热风为3#、4#厂房污泥烘干。污泥先期预处理系统和增加双重辅助烘干系统联合使用提升了污泥的干化效率。（2）生产蒸汽：利用余热锅炉产生较高压力的蒸汽，作为热源对反应釜进行加热，间接加热污泥，使污泥细胞破裂，使部分有机物得以释放，实现8#厂房有机污泥一级破壁。通过6#砖厂风机（透平机）发电用于园区路灯和3#厂房照明。（3）生产热水：通过余热锅炉回收制砖余热，产生热水为产业园办公区和附近3万m2居民供暖。（4）余热制冷：6#砖厂余热锅炉回收产生的蒸汽作为吸收式制冷机的热源，加热发生器中的溶液，使工质蒸发，通过制冷循环达到制冷的目的，为实验室、综合楼的中央空调供冷。4结语通过分析国内外污泥处理处置发展现状，对比5种污泥处置技术的优缺点，以沈阳城市固废综合利用绿色环保产业园污泥制砖工艺流程为例，详细阐述污泥建材化处理与制砖余热高效利用技术，该工艺流程可以大幅度减少能源消耗，提升园区能源利用水平，且适应我国生态环保发展要求，对我国污泥处理具有重要引导和示范意义。未来在城市污泥资源化处理的道路上，污泥处理与制砖协同综合利用会给国家生态环保发展带来巨大效益。为了保障污泥和其他大宗固体废弃物减量化、无害化、稳定化和资源化目标推进，需要有机结合理论与实际方面的研究，在实际运行中实时监测、灵活跟进，及时掌握各工艺流程中出现的问题情况并提出相应的整改措施；项目应紧跟国家生态治理脚步，依照国家法律法规及政策标准，因地制宜，结合所在地区实际条件选择最合适的固废处置技术。