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我国应用生物技术资源化利用城市剩余污泥的研究进展-城市污水处理流程图-
浏览: 发布日期:2018-03-17

摘要:对我国近年来应用生物技术对城市剩余污泥进行厌氧发酵产沼气、厌氧发酵产氢气、厌氧发酵产生化产品以及污泥堆肥农用等四个领域的研究现状和进展进行了综述。分析发现,厌氧发酵产沼气和堆肥技术比较成熟,得到了比较广泛的应用,而污泥产氢气还处于试验室和中试研究阶段,污泥产生化产品和微生物燃料电池则刚处于起步阶段,具有很大的发展前景。
关键词:城市剩余污泥;生物技术;资源化
我国的城市污水处理带来的剩余污泥问题日益严峻。据中国环境公告,我国在1999年运行的污水处理厂有283座;日处理污水量1200万吨,污泥年产生量达1314万吨(含水率按97%计);到2004年,我国已建成并投入运营的污水处理厂已超过700座,日污水处理能力约4500万吨。这些污水处理厂由于相当部分尚未满负荷运行,现年排放污泥量(干重)约130万吨,随着这些污水厂运行效率逐渐提高和新的污水厂逐步建成,我国城市剩余污泥的每年排放量(干重)估计最终将达到840万吨左右,占我国年总固体废弃物排放量的3.2%。据国家环境保护“十一五”规划,到2010年城市生活污水集中处理率要达到70%,污泥产量届时将比现有水平提高30%~50%,达1100万吨。
目前对污泥的主要处理处置方式有厌氧或好氧堆肥、厌氧产甲烷、焚烧或土地利用。我国大约有45%的污泥用作农业利用,34.4%的污泥进行土地填埋,污泥绿化和焚烧各约占3.5%,另外还有14%的污泥未做任何处理处置[1]。总体上,我国目前的市政污泥的处理处置方式是一个高成本的过程,这一现实是导致污泥的处理率低,许多处理设施不能正常运行、造成污泥环境污染形势严峻的重要原因之一。在全球能源短缺、资源紧张的大背景下,需要重新审视传统的污泥处理处置和利用方式,发展对污泥资源化利用的新技术。
目前,国内外应用生物技术对污泥资源化再利用的研究领域主要有:①厌氧或好氧堆肥;②厌氧产甲烷;③发酵产氢;④生化产品;⑤微生物燃料电池发电。以上研究领域中,各种资源化再利用策略各有优势和不足[2](见表1),本文作者将对以上主要技术领域的研究进展作一综述。
表1 5种生物技术及资源化产品的比较

我国应用生物技术资源化利用城市剩余污泥的研究进展-城市污水处理流程图-


1污泥厌氧发酵产沼气
污泥厌氧消化产沼气的基础是由于污泥厌氧消化体系中3类典型的微生物类群——水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌以及产甲烷细菌相互协作,将有机大分子逐步降解并最终生产甲烷的过程。和以UASB为代表的废水厌氧发酵产沼气技术一样,污泥厌氧消化技术也越来越多地应用于城市污水处理厂剩余污泥以及市政固体废弃物的处置。据估算,城市污水处理厂采用好氧二级处理工艺,其污泥厌氧处理所产生的甲烷足够满足污水厂运行30%能源需求[3]。但是,我国由于建设投资、工艺运行稳定性以及甲烷产率等问题,污水厂产生的城市剩余污泥厌氧消化处理率并不高。而国外,由于法制比较健全以及工艺控制稳定较强,剩余污泥出厂前一般均已经过厌氧发酵稳定化处理。目前,我国对城市剩余污泥厌氧消化产沼气的研究主要以下方面展开。
1.1城市剩余污泥的前处理
由于污泥中有机质非常复杂,污泥直接厌氧消化产沼气效率往往不高,因此许多学者对污泥厌氧消化前的预处理技术进行了大量研究。早期的研究工作多集中于化学方法,如加碱、酸、氧化剂及还原剂等。近几年发展起来的预处理方法有热、超声波、微波、真空裂解、臭氧氧化等[4]。本文作者详细总结了国内学者对污泥预处理研究概况,从中可以了解到近十年来国内在污泥预处理方面的研究进展(见表2)。
表2国内污泥预处理方法的研究概况

我国应用生物技术资源化利用城市剩余污泥的研究进展-城市污水处理流程图-


综合以往研究,可以看出:①污泥预处理可以促进污泥絮体变小,有机质溶出,提高污泥中有机质的生物可利用性,从而提高污泥消化产气效果;②各种预处理方法均对甲烷产率有促进作用,从成本角度考虑,化学方法最为廉价,从预处理效果角度而言,热-化学或超声波-化学组合的方法明显高于其它单一的处理手段。近来国外添加生物酶进行污泥预处理取得了比较好的效果,作者认为这是具有广阔应用前景的污泥前处理手段。

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