污水处理厂污泥资源化回收研究进展

第32卷第1期2019年2月四川理工学院学报(自然科学版)JournalofSichuanUniversityofScience＆Engineering(NaturalScienceEdition)Vol.32No.1Feb.2019收稿日期:2018-10-29作者简介:陈妮(1988-)，女，四川自贡人，助教，硕士，主要从事污废水处理技术方面的研究，(E-mail)491297051@qq．com;司马卫平(1977-)，男，江西泰和人，副教授，博士，主要从事水污染治理与控制技术方面的研究，(E-mail)smwp0814@126．com文章编号:1673-1549(2019)01-0008-08DOI:10．11863/j．suse．2019．01．02污水处理厂污泥资源化回收研究进展陈妮，司马卫平，宁欣强，万珊(四川轻化工大学土木工程学院，四川自贡643000)摘要:污水处理过程中产生大量的剩余污泥，其中含有丰富的碳、磷及金属等资源。污泥土地利用、垃圾填埋和焚烧等传统的处理方式不能有效地回收利用这些资源，这给污泥资源化回收处理技术的发展提供了机会。污泥资源化回收处理在降低污泥污染物的同时，使其成为可利用的资源。研究总结了污泥中碳、营养元素磷、金属(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr和Ni)等资源的回收潜力及国内外污泥回收处理技术，对碳的回收技术(热处理法和厌氧消化法)，磷的回收技术(鸟粪石结晶法、磷酸钙沉淀法和湿化学法)与金属的回收技术(生物沥浸法、化学处理法和电动修复法)进行了论述。在此基础上，对污泥的资源化回收研究前景进行了展望，提出应进一步对污泥中磷或重金属的高效释放技术进行探索研究。关键词:污泥;资源化;回收;碳;磷;金属中图分类号:TU992.3文献标志码:A引言污泥是在污水处理过程中产生的残余物［1］。城市污水处理量随着我国城镇化进程的加快而快速增长，污水处理过程中产生的污泥量也相应的急剧增加。据2013年中国环境状况公报预测，以含水量80%计，预计2020年的污泥年产量将达到6000万吨～9000万吨［2］，因此，城市污水处理厂将面临巨大的污泥处理与处置问题。传统的污泥处置方式有污泥土地利用、垃圾填埋和焚烧等。污泥中含有大量的有机物和植物生长所需的营养元素，能够使土地肥化，促进农作物生长，在早期污泥的处置中污泥的土地利用很受欢迎。然而，随着人们对环境问题的重视，污泥中含有的大量重金属、污染物质也被关注，使得污泥的土地利用逐渐被垃圾填埋和焚烧所代替。但污泥焚烧会向空气中释放重金属及颗粒物质，对人类也会造成极大的危害［3］，因此，为了处理污泥中的重金属和污染物质，垃圾填埋越来越多地成为唯一的污泥处置方式。然而，垃圾填埋也有许多缺点，如:释放温室效应气体及引起污染物质的泄露造成地下水污染［4］。随着传统污泥处置方式弊端的逐渐显现和对公共环境要求的提高，以及人们逐渐意识到污泥是宝贵的可利用资源，污泥资源化回收处理就越来越得到广泛的关注。污泥资源化回收处理一方面降低了污泥中污染物的含量，另一方面使其成为可利用的资源。1污泥成分及回收潜力污泥成分非常复杂，分固相和流动相两部分，不仅含有大量植物生长所需的碳和营养元素(N、P)，而且含有很多微生物、金属和有毒有害物质［5］。污水污泥主要成分及物理化学与生物特性见表1［6］。表1污水污泥的主要成分及物理化学与生物特性成分/特性参数pH5～8总固体(TS)/%0.8～12.0挥发性固体(TS)/%30.0～88.0水分/%95.0蛋白质(TS)/%15.0～41.0氮N(TS)/%1.5～6.0磷P/ppm0.8～11.0钾K/ppm0.4～3.0二氧化硅(TS)/%10.0～20.0有机酸/(mg/LHAc)200.0～2000.0总大肠菌数/(个/g干重)1.2×108粪便大肠菌/(个/g干重)2.0×107粪便链球菌/(个/g干重)2.1×105沙门氏菌属/(个/g干重)7.9×102肠病毒/(个/g干重)3.6×102Cu/ppm112.0～2300.0Ni/ppm23.3～622.0Zn/ppm354.0～3096.0Cr/ppm45.8～8110.0Cd/ppm1.5～54.0Pb/ppm26.0～465.01.1碳污水处理系统普遍存在反硝化碳源不足、脱氮除磷效率低的情况［7］。传统的污水处理系统通过外加碳源来弥补，导致能源生产成本上升和环境污染，因此对绿色和可持续能源提出了需求。污泥中含有大量的有机物，通过热化学、厌氧消化等处理可以从中获取能量，解决污水处理厂中污水碳氮比值偏低问题，降低污水厂的外加碳源补充量［8］。污泥的厌氧消化具有较高的化学能储存能力，碳含量为67%，高热值为32MJ/kg［9］，而污泥在处理过程中随着温度的变化会产生热能，这种热能能