城市污水处理厂污泥中能源物质利用的研究进展-北极星水处理网

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近年来随着城市化进程的加速和城市人口的大量增长，城市生活污水排放量和城市污水厂负荷也随之不断增加。2014年，我国的城镇污水处理能力已经达到 1.57亿m 3/d，较2013年新增约800万m3/d。活性污泥法是我国常见的污水处理方式，由此导致大量的污泥产生，预计到2020年我国污泥年产量将突破6 000万t。传统的市政污泥处理处置方式主要是卫生填埋、焚烧和土地利用等。随着国家有关食品安全、农业及污泥处置规范中对生物固体在农业中的应用标准及环境保护标准的日益严格，污泥的传统处理处置方式受到了限制，因此污泥的资源环境问题日益突显。

污泥中有机物含量较高，可以生产沼气、生物燃料(氢气、合成气、生物柴油等 )等一系列能源物质，因此对污泥中能源物质的回收利用引起了人们的关注。为此，本文综述当前国内外对污泥中能源物质回收利用的现状，探讨有关特点和问题，并试图展望未来的发展方向。

1、污泥中能源物质的性质和特点

污水厂污泥是一类含有微生物，未消化的有机物如纸、植物残渣、油、排泄物等，无机物及水分的复杂的非均质混合物。通过分析污泥的物理化学性质，可以更有针对性地对其有用组分进行回收利用。污泥中的有机成分是能源利用关注的重点。表1列出了未经处理和经消化后的污泥的物质组成。

由表1可见，污泥的热值较高，能够进行热能利用产能，但同时需注意污泥中有毒有害物质的二次污染问题。

2、污泥中能源组分的回收利用

2.1 污泥消化产沼气

污泥厌氧消化技术应用较为广泛，但常规厌氧消化工艺存在污泥降解率低，停留时间长及沼气产气率低等问题，且其处理的污泥含固率通常较低(3%~5%)，需要设备体积大，增加了资金投入。针对以上问题，国内外学者一方面通过改善污泥厌氧消化性能，提升沼气产率，同时针对高含固率污泥厌氧消化技术开展了各类应用型研究。

Zhang等将猪粪与脱水的污泥以2：1进行混合厌氧消化使甲烷的产率提升了 82.4%。另外有实验研究表明污泥与厨余垃圾混合处理可在一定程度上改善厌氧消化性能，提升沼气产气率。污泥中微生物细胞壁的水解过程是厌氧消化的限速阶段，通过对污泥进行预处理可以破坏微生物细胞结构，提升厌氧消化速率。 xie等的研究表明经超声处理后污泥消化的产气量得到提高。另外，污泥经热水解超声联合预处理后厌氧消化产气性能相较于单独热水解及单独超声预处理均得到了明显的提升。

高含固率污泥厌氧消化工艺因具有产气效率高、处理负荷高、设备体积小、投资低等优势成为近期研究热点。吴静等研究了热水解(70℃)一高温厌氧消化工艺处理高含固率(8%～9%) 剩余污泥(中试)的效果，该工艺有机物去除率及甲烷产率与传统污泥厌氧消化工程相当。通过优化高含固率污泥厌氧消化工艺条件参数(C/N、接种量、搅拌频率等)，或对污泥进行热碱预处理等均可得到较高的产气量和较好的消化效果。当前我国需在工程设计与运行方面对高固污泥消化进行充分研究，以实现其工业化应用。

2 .2 污泥转化为生物燃料

2.2.1 由污泥生产氢气

污泥制氢采用的方法有生物法 (生物发酵 )和热化学法。生物发酵制氢技术的研究主要集中于对各类预处理方法、发酵影响因素的探索及污泥与有机废弃物混合发酵制氢。通过对污泥进行预处理，既能筛选产氢菌，又能破碎污泥细胞，提高有机物的可利用性，增加产氢量。Kim等研究了不同预处理方法对消化污泥单独制氢及污泥与食物残渣混合制氢的效果的影响。利用城市有机固体废弃物与污泥共同发酵也能得到较高的氢产量。当前的研究大部分基于间歇培养实验，而连续产氢是实现污泥生物发酵制氢工业化的基础。M assanet— N icolau等在一个连续进料生物反应器中将水力停留时间控制为24 h，实现了3 d连续稳定产氢。如何提升污泥连续产氢能力及产氢稳定性是今后污泥生物制氢研究的关键问题。

污泥热化学法制氢包括热解、气化等。研究表明污泥含湿量越大，温度越高，越有利于氢气的生成。超临界水(SCW )因具有极强的氧化力和融合力等特性被用于污泥的气化产氢研究中。超临界水气化 (SCWG )不仅能获得较高的转化率，且对于含水率较高的底物无需进行干燥。 xu 等的实验表明水分含量76.2～ 94.4wt%的污泥能够在超临界水中直接气化。表2总结了部分研究者们利用污泥在超(亚)临界水中进行气化产氢的实验结果。

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