城市污水处理厂污泥中能源物质利用的研究进展-第3页-北极星水处理网

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污泥制备生物柴油分一步法 (原位法 ) 和两步法，一步法是由污泥直接进行转酯化，两步法是用溶剂提取污泥中的油脂后再进行转酯化。Dufreche等发现原位法得到的生物柴油产率高于两步法。白小娟的实验结果表明初沉污泥、二沉污泥和浮渣污泥经两步法得到的生物柴油产率均明显低于原位酯基转移法。这是由于污泥微生物细胞中含大量脂质，提取剂很难将其提取出来，因此需要对污泥细胞进行破壁处理。常用的破壁方式有菌株自溶法、超声破碎法、高压均浆破碎法、化学破碎法、微波破碎法、酶处理法、冻融法等。Mondala 等探究了影响原位法制备生物柴油产率的因素，得到产率最大化条件。表3对比了采用不同方法在不同条件下污泥制生物柴油的产率。

目前关于污泥制生物柴油条件最优化的研究较多，而对于如何增加污泥本身的油脂含量则关注较少。有研究表明通过对污泥进行特定培养可以增加污泥脂质含量，当培养液中C/N 为 70：1 时生物柴油产率为原污泥的4.6 倍。另外，在污水中添加产油微生物也是今后污泥增脂研究关注的方向之—。

2 .3 微生物燃料电池(MFC )污泥产电

MFC技术的污泥利用方式分为污泥直接作底物产电和污泥预处理后产电两种。赵庆良、贾斌、郑蛲等直接以污泥为底物成功启动了微生物燃料电池，实现了污泥降解和同步产电。现阶段的研究表明，直接利用污泥进行MFC产电可得到400～700 mV 的电压及40～250 mW/m或 3～30 W/m3的输出功率密度。影响MFC产电性能的因素有离子添加剂的种类及投加量、DH值、电池阳极面积、阴阳极间距、阴极材料、溶解性化学需氧量(SCOD) 等，通过对这些因素进行探究可以提高MFC的产电电压及输出功率密度。

污泥中的有机物大部分是细胞物质，细胞壁阻挡了产电微生物对细胞内部有机物的利用，限制MFC的产电效率，因此需对污泥进行预处理，破坏细胞壁，提高溶解性有机质的浓度。当前研究中的预处理方式有微波处理、超声波处理、表面活性剂处理、酶处理、加热处理、碱处理等，与直接采用污泥作为燃料相比，其 MFC输出功率密度均得到提高。表4对比了以污泥为燃料的各类M FC的产电效果。

目前以污泥为燃料的MFC产电研究面临的问题有：(1)MFC的电压及输出功率密度太低，稳定性不高;(2 ) 污泥降解率低，减量化效果有待提升;(3 )污泥中有害物质转化机制未明确; (4 ) 污泥进行MFC产电后剩余物质的处置问题;(5 )制作MFC的阴极材料、膜材料和阴极催化剂较为昂贵，MFC 造价较高。因此，今后需加强对污泥MFC产电特性及基质变化的研究，寻找合适的污泥预处理方法提升污泥降解率，研制高效廉价的阴极材料及膜材料降低MFC成本。

2.4 污泥协同焚烧

将污泥脱水后焚烧处理既实现了污泥的减量化，同时还能以热能或电能的形式进行能源的回收利用，是目前应用较多的污泥处置方式。但污泥直接燃烧耗能大，设备复杂，且会产生粉尘、二嗯英、重金属、酸性气体等，对环境危害较大。因而当前的研究多集中于污泥的协同焚烧处置，包括燃煤电厂污泥协同焚烧、水泥窑污泥协同焚烧和垃圾焚烧厂污泥协同焚烧等，其中又以水泥窑协同处置的研究较多。

水泥窑协同焚烧污泥具有有机物分解彻底、抑制二嗯英形成、不产生飞灰、固化重金属等特点，同时污泥可以代替燃煤用于水泥熟料煅烧，实现对污泥热值的有效利用。用污泥生产水泥可以降低14 %的生料用量，同时减少约70 %的化石燃料消耗。国内外学者针对污泥掺烧量、污泥掺烧对熟料及环境的影响等对水泥窑污泥协同焚烧开展了广泛的研究。张智等研究发现掺加污泥对水泥熟料的性能没有产生影响。另外有研究表明当污泥掺量在6 % ~12 %时都能得到合格熟料，且污泥的掺入对生料的易烧性起到了改善的作用。Rodrigue等发现污泥的加入降低了水泥中游离氧化钙的含量。水泥窑协同焚烧污泥的环境影响主要包括污泥烘干时产生恶臭气体，水泥生料促进污泥和煤燃烧过程中燃料型NOx 的生成，高挥发金属元素随烟气排出污染大气等。今后的研究需重点关注污泥烘干废气及协同焚烧烟气污染物的排放及控制。

3、结语

污泥的处理处置是当前城市污水处理厂面临的主要问题之一，对污泥进行能源化利用现已取得定的研究成果。污泥厌氧消化产沼气已实现了工业应用，但相对于国外成熟的工艺技术，我国仍需对厌氧消化工艺，尤其是高含固率污泥厌氧消化工艺的工程设计及运行方面进行深入研究。污泥生物发酵制氢耗能少，成本低，但目前对连续产氢的研究还未取得较好的成果。热化学法污泥制氢转化率较高，但设备体积大，能耗高，必须优化热解气化条件，研制高效催化剂，提升氢产率的同时降低能耗。热化学法制氢及合成气需对目标产物进行净化，去除污染气体。污泥制生物柴油和MFC污泥产电技术的研究尚处于起步阶段，但二者的应用前景极其广阔。增加污泥脂质含量，优化油脂提取及转酯化条件，提高生物柴油产量，降低成本是污泥制生物柴油的研究重点。MFC技术则需要通过对电池构型、电极材料、膜材料、污泥预处理方法等进行优化来提升输出电压及输出功率密度，并实现电能的稳定输出，以满足实际应用需求。另外，两者都存在污泥后续处置问题。水泥窑协同焚烧污泥发展潜力巨大，但对烟气污染物的排放及控制研究仍需加强。

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