污泥资源化技术研究进展

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填埋、 焚烧 等传统 的 污泥处 理与 处置 方法) 已难 以满足 日益 严格 的 环保 要 求 , 污 泥的 资 源化 技 术成 为 污泥 最终 处置 的有效 途径 。研 究综述 分析 了国 内外 污泥 资 源化技 术发展 现状 和趋 势 , 并指 出了应 科 学合理 、 因
泥 制 宜 地 开展 污 泥 资 源 化 利 用 。
厌 氧消化 指在无 氧或 缺氧环 境下 , 有 机 物 分 解 成 为 沼 气 的 过 程 。剩 余 污 泥 进 入 消 化 设 施 后 , 通 过
对工 艺参 数 的控制 可 实 现 污泥 的稳定 化 和 甲烷 等 燃料 气体 的产 生 。厌 氧 消化 后 产 物 主要 包 括 气体 和固体 两 部 分。气 体 主要 成 分 包 括 甲烷、 C O、 C O 、 H。 等, 此 外 还 有 H。 S等 , 需 要 在 利 用 前 进行 分 离_ 1 “ ] 。固体 主 要 为 消 化 污 泥 , 和 消化 前 相 比 有 机质 含量降 低 , 灭 除 了大 量 有 害病 菌 及 微 生物 ,
保持 最佳 温度 以利 于微 生物 的降解 , 特 别适 合 于受
自然 条件限制或土壤湿度 大的污泥处理过 程中 。
2 能 源 化
2 . 1 热 解 制 油
MF C ( mi c r o b i a l f u e l c e l 1 ) 技 术 是 通 过 微 生 物 作用 , 将 污 水 中 有 机 物 中 的 化 学 能 直 接 转 化 成 电
化) 等 方法 。机 械法是 在超 声波 机 械剪切 力 和 自由
基氧化 作用 下破 坏污 泥细 胞壁 和絮 体 的结 构 , 从 而 改变污 泥 的沉 降性能 和可 生化性 , 提 高 了污泥 的脱 水 性 能[ 4 ] 。机 械 法 特点 为 溶 解性 C OD显 著 增 加 、
作为优 质 的“ 二次资源” 。本 文 综 述 了 目前 国 内外 有关 污泥 资 源 化 利 用 的 主要 研 究 进 展 , 包 括 减 量
生 活 污 水 处 理 厂 污 泥 作 为 水 泥 熟 料 煅 烧 过 程 中 的 添加 剂 , 结 果 表 明 污 泥 代 替 部 分 黏 土 烧 制 的 水 泥 熟
气 可实 现能源 化利 用 , 但 消化 污泥含 水率 及有机 物 含 量依 然较高 , 是 下一步 需要解 决 的问题 。
生有 害副 产 物 。Ya s u i 等首 先 提 出将 剩余 污 泥 经
臭 氧氧 化后 返 回到曝气 池 , 可从 总体 上实 现污 泥减 量 化I s ] 。臭 氧可 穿透 膜 进 入 细 胞破 坏 膜 内脂 蛋 白 和脂 多 糖 , 改 变 细胞 的 通 透 性 , 导致细胞溶解 、 死
[ 关 键词 ] 污泥 ; 资源化 技 术 ; 综 述
污 泥是污 水处 理过程 中产 生 的副产 物 , 包 括初 沉 污泥 、 剩余 污泥及 其混 合污 泥 , 根 据《 “ 十二 五” 全
国城 镇 污水处 理及 再 生 利 用设 施 建 设 规 划 》 数据 , 目前 我 国 污 水 处 理 能 力 为 1 . 2 4 7 6× 1 0 。t / d , 到 2 0 1 5年 将增 长 到 1 . 7 0 4 5 ×1 0 。 t / d , 预 计 截至 2 0 1 5 年末 , 我 国脱 水 污 泥 年 产 量 将 超 过 2 . 6 X 1 0 t [ 1 ] 。 有研究 表 明污 泥 污染 物 往往 具 有 长 期 毒 性 和不 可 或通 道 , 能 增 大 线粒 体 内膜 对 H 的通 透 性 , 消 除 H 梯度 , 因而无 ATP生 成 , 氧 化 释放 出来 的 能量 全部 以热 的形 式 散 发 [ 2 ] 。 目前 研 究 较 多 的解 偶 联 剂有 氯代 酚 、 硝基酚、 氨基 酚 、 甲基 酚和 四氯水 杨苯 胺等 , 可改 变微 生 物 生态 结 构 、 污泥 膨 胀 性 能 和沉
污 泥 得 到 了稳 定 化 。厌 氧 消 化 工 艺 成 熟 , 产 生 的 沼
经济 效益 。
3 . 2 合 成 水 泥
鉴于 污泥 中的灰 分和化学 特性 与黏 土较接 近 ,
因此 从理论 上污 泥 可替 代 部 分 黏土 原 料 参 与水 泥 熟料 生产 。Nu r i a Hu s i l l o s R 等| i 。 使 用 城 市 ‘
化、 能 源化 、 材料 化及 土地 利用 , 意在 推动 污泥 资源
化 利 用 的进 一 步 发 展 。
1 减 量 化
1 . 1 解 偶 联
能量 密 度 高 、 分 解 速 度快 、 简便 灵 活 且高 效 。化 学
法 通过 对 细胞成 分 的破 坏 , 使 其破 解 效 率 高 , 不 产
进污 泥 中重金 属移 除l 】 。
2 . 2 厌 氧 消化
污 泥 制 陶 粒 是 以 污 水 污 泥 为 主 要 原 料 掺 人 适
量 的粘 结剂 和改 良剂 , 经 过搅拌 混合 、 造粒 、 焙 烧 与 冷 却 降温 等 工 艺 而 成 。王里 奥 、 黄川 I l 2 等 分 别 选 取 污水污 泥 、 粉煤 灰 、 淤泥 、 黏土等原 材料烧 制 陶 粒 轻集 料 , 制 得 陶粒 满 足 国家 相 关技 术 标 准要 求 。 王佳福 等 8 _ 以污泥为原料 , 辅以煤矸石、 赤 泥、 黏土 和特 殊 添 加 剂 玻 璃 粉 , 经搅 拌、 成球、 干燥 、
油一 半 焦 燃 烧 工艺 , 研 究 表 明 在 双 流 化 床 中 可 实 现
电子受体 获取 , 完成 电子传 递过程 。整 个传递 过程
连 续进行 , 形 成持续 的 电流¨ 2 】 。
3 材 料 化
3 . 1 制 备 陶 粒
污泥 热解制 油 和半 焦燃 烧工 艺 的耦 合 , 实 验实 现 了 污泥 的 自持燃 烧 无 害化 处 理 的 同 时获 取 了污泥 热
亡 , 。
解 偶联 的作 用机 理是 使氧化 和磷 酸化 脱偶 联 , 氧化仍 可 以进行 , 而磷 酸 化 出 现 障碍 , 从 而使 分 解
代 谢 和合成 代谢 不能 同时进 行 , 微 生 物仍 能正 常分 解 底物 , 但其 自身合 成 速 度 减 慢 , 污 泥表 观 产 率 降 低 。解 偶联 的方 式 主 要 有解 偶 联 剂 和 好 氧一 沉 淀一 厌氧( o S A) 工 艺 两种 方 法 。解 偶 联剂 为 离 子 载 体
收 稿 日期 : 2 O l 5 —0 8 —2 3 基金项 目: 华南理工 大学制浆造 纸_ T - 程 国 家 重 点 实验 室 开 放 基金( 2 0 1 4 5 5 )
1 . 3 高 速 生 物 反 应 器
高 速 生 物反 应 器技 术 是 在 利用 土 壤 处理 污 泥 的基础 上发展 起 来 的 。Βιβλιοθήκη Baidu 用 土 壤 中的微 生 物 处 理 污泥, 实现污 泥 的减量 化 。整个操 作 系统 的核 心部 分 是生 物反应 器 , 它 由二 个 区 域组 成 : 上 半 部 分 是
污 泥与 土壤 相 混 合 的 区域 , 使 污 泥 负 荷 达 到 均 一
化, 污 泥的有 机部 分 在 这 一 区域 中被 生 物 降解 ; 下 半 部分 是气 、 液分 离 区 , 使液 体不 滞 留于土 壤 中 , 以

作者简介 : 郗文君( 1 9 9 1 一) , 女, 硕 士研究生 , 研 究 方 向 造 纸 工
隐性 生 长 又称 溶 胞技 术 , 其 包 含 机械 ( 如超 声 波或 微 波 辐 射 )、 化 学 (如 以 O。 、 C l O。 、 H O 氧
有所减 少 , 但 随着 污水 处 理 技 术 的不 断升 级 , 污 泥
的产 生量 是有增 无减 的 。 同时 , 由于污泥 含有 大量 有机 物 、 氮、 磷 等 营养 物 质 , 若 经过 适 当处 理 , 可 以
能, 有机物 同 时得 到降 解 实 现污 水 的 净化 , 达 到 污 泥 能源化 和减量 的 目的 。其 工作基 本原 理是 : 污泥 及 污水 中有机 质在微 生物作 用下 降解 , 产生 的电子
传 递 到 阳 极 电极 , 经 过 外 电路 抵 达 阴 极 并 被 阴 极 的
污泥 低温 热 解 是利 用 污 泥有 机质 在 加热 条 件 下的部 分热 裂解过 程产 生污 泥衍生燃 料 , 诸如燃 烧 特 性较 好 的油 、 炭 和可燃 性气体 等 的技 术 。P o k o r — r l a 、 贾 相如等 。 ] 研究 了双 流 化床 中污泥 的热解 制
污泥 资源化 技术 研究 进展

论 文与 综述 ・
污泥资源化技术研 究进 展
郗文 君 。 张 安 龙
( 陕 西科 技 大 学 陕 西 省 造 纸 技 术 及 特 种 纸 品开 发 重 点 实 验 室 , 陕西 西安 7 1 0 0 2 1 )
[ 摘 要] 城 市污泥 的处理 与 处置 问题 是世 界共 同关注 的 问题 之一 , 传 统的 污泥 处理 方式 ( 诸 如 卫生
解产 生 的油 和气 , 具备 较好经 济价 值 。但 污 泥 中含
有 的重金属 经热 解 后可 能 在 半 焦 中有 不 同程度 的 富集 , 因此 通过 改善污 泥热解 工艺 提高 污泥热 解半 焦 中重金 属去 除率 的研 究 也 就 具有 重 要 的现实 意 义 。金属 氯 化 态 蒸 汽 压 高 于其 氧 化 态 , 热 解 过 程 中, 金 属从 氧化 态 向氯 化态 的转 化可促进 其从 污泥 热解 残渣 中 的 移 除口 。 目前 已有 学 者 研 究 了如 Mg C 1 、 C a C 1 、 HC 1 等 不 同形 态 的氯 供 体对 污 泥热 解 中重金 属去 除 的影 响 , 结 果表 明添加 氯供 体可促
降性 能 , 但 微生 物 可产 生 抗 性 , 或 者 产 生 降解 偶 联
剂 的分 解 酶 , 从 而使解 偶 联剂失 效 ] 。
1 . 2 隐性 生 长 ( 溶 胞技 术)
降解性 , 若 无序 排放 , 必将 成为 危险 的二 次污染 源 。
虽然 国 内逐年 提高 污水排 放标 准 , 工业污 水排 放量
6 0 0 ℃预热 3 0 mi n 、 1 0 5 0 ℃焙烧并保温 3 0 mi n成 功 生产 出符合 国 家标 准 G B / T1 7 4 3 1 — 1 9 9 8中 6 0 0级
高强轻 集料 陶粒 。利 用 污 泥制 备 陶 粒 不仅 解 决 污
泥处 置问题 , 而且 避 免 破 坏耕 地 类 黏 土资 源 , 在 满 足 污 泥 处 置 可 持 续 发 展 战 略 的 同 时 具 备 一 定 环 境
能 源 回收 是 污 泥 的 资 源 化 处 置 方 向[ 2 0 2 2  ̄ 。
2 . 4 M FC
理, 污泥 中的有机组分将降解 7 O ~8 o , 悬 浮固体
浓度 去除 率达 到 4 5 % ~6 0 % 。相 比于 其 它生 物 处
理技术 , 该 系统所 需 能量 较少 , 可 以连续 运 行 , 并 能
业废 水 生物 处 理 技 术 。
27

2 0 1 5年
第 4 期
《 黑



纸》
增加 氧的传 递率 。高负荷 率的污泥通过该 系统 的处
时间、 发酵温度、 p H 值 以及 底 物 浓 度 是影 响 热处 理污 泥发酵 制 氢 的 四个 主要 因素 。张钦 明 、 E d g a r G等介 绍 了污泥生 物化学 制氢 、 高温气 化制 氢 以及 超 临界水气 化制 氢等新 兴污 泥制氢技 术 , 研 究指 出
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