城市污泥資源化利用技術(shù)分析

摘要：污泥是城市生活污水和工業(yè)廢水處理中最常見(jiàn)的產(chǎn)物，其成分和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，未經(jīng)處理排放會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染。污泥資源化利用可以減輕環(huán)境污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)變廢為寶，污泥資源化利用技術(shù)成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。本文結(jié)合污泥的特性，綜述污泥資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)，以推進(jìn)相關(guān)研究，提高污泥資源化利用水平。

關(guān)鍵詞：污泥；資源化利用；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）07-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.017

Analysis on Resource Utilization Technology of Urban Sludge

WANG Nuo1， LIU De2

（1. Qingdao Ecology and Environment Monitoring Center， Qingdao 266003， China; 2. Qingdao Eco-Environment Monitoring Center of Shandong Province， Qingdao 266000， China）

Abstract： Sludge is the most common product in urban domestic sewage and industrial wastewater treatment， its composition and structure are relatively complex， and untreated discharge will cause serious pollution to the natural environment. The resource utilization of sludge can reduce environmental pollution and achieve the goal of turning waste into treasure， and the technology of sludge resource utilization has become a research hotspot today. Based on the characteristics of sludge， this paper summarizes the key technologies for sludge resource utilization， in order to promote relevant research and improve the level of sludge resource utilization.

Keywords： sludge; resource utilization; key technology

城市污水主要分為生活污水和工業(yè)污水，其處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量污泥。根據(jù)產(chǎn)生途徑，污泥分為原污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水污泥和干污泥等。污泥成分復(fù)雜，有必要分析污泥的基本特征，合理確定污泥處理方法[1]。

1 污泥的特性

污泥是水質(zhì)凈化過(guò)程的副產(chǎn)物，成分復(fù)雜，其主要包含水、微生物、無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，有些工業(yè)污泥還存在大量的病原體、重金屬等。污泥是一種膠體物質(zhì)，含水率高且形狀不規(guī)則。同時(shí)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，比表面積和孔隙度高。污泥存在復(fù)雜的物理特征，其相對(duì)密度和體積可分別按照式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算。

（1）

" " "（2）

式中：γ為濕污泥的相對(duì)密度；rs為干污泥的相對(duì)密度；Pw為含水率，%；V為污泥體積，cm3；w為污泥的水質(zhì)量，g；s為污泥的固體質(zhì)量，g；ρw為污泥的水密度，g/cm3；ρs為污泥的固體密度，g/cm3。

2 污泥資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 PHA材料制備技術(shù)

污泥含有一定有機(jī)物，可用于制備生物降解材料，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。聚羥基烷酸酯（PHA）是一種純天然的生物聚酯材料，生物降解率為100%，它能夠代替化學(xué)法制備可降解塑料，實(shí)現(xiàn)純天然生產(chǎn)的目標(biāo)。污泥可用于合成PHA，實(shí)現(xiàn)資源化利用。其間必須控制污泥的磷含量，以保證PHA的有效性。溶解氧濃度對(duì)PHA的產(chǎn)生有顯著影響。增加溶解氧濃度可以有效地抑制硝化和反硝化，增加PHA產(chǎn)生量。必須適當(dāng)控制溶解氧濃度，有效提高PHA制備效率[2]。

張琦等[3]研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥用于PHA生產(chǎn)前需要進(jìn)行馴化培養(yǎng)，以增強(qiáng)其合成能力。其間對(duì)比分析單階段馴化和雙階段馴化對(duì)底物利用、活性污泥性質(zhì)和合成PHA的影響，以提高PHA產(chǎn)量。單階段馴化時(shí)，乙酸利用速率為8.8 mg/（L·min），活性污泥濃度為2 000 mg/L，PHA單位乙酸合成效率為

0.19 g/g，PHA含量在進(jìn)水后90 min時(shí)達(dá)到最大值；雙階段馴化時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均有提高，利用率為

27.3 mg/（L·min），活性污泥濃度為4 500 mg/L，PHA單位乙酸合成效率提高到0.24 g/g，PHA含量在進(jìn)水后30 min時(shí)達(dá)到最大值。經(jīng)比較，雙階段馴化比單階段馴化更適于培養(yǎng)具有高PHA合成能力的活性污泥。

2.2 Fenton催化材料制備技術(shù)

Fenton氧化技術(shù)可以通過(guò)強(qiáng)氧化去除有機(jī)物，廣泛應(yīng)用在工業(yè)廢水處理中。但是，該技術(shù)需要投加大量藥劑，因此會(huì)產(chǎn)生大量污泥，這對(duì)后續(xù)污泥的分離、脫水產(chǎn)生不利影響。污泥資源化利用可以有效降低Fenton氧化技術(shù)的應(yīng)用成本，控制其負(fù)面環(huán)境影響，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。污泥處理后用于制備Fenton催化材料，為Fenton氧化技術(shù)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，以達(dá)到資源化利用目的[4]。

王文剛等[5]采用提前摻雜鐵鹽的方式一步熱解制備鐵炭復(fù)合催化材料，實(shí)現(xiàn)市政脫水污泥資源化，同時(shí)簡(jiǎn)化制備工藝，節(jié)省試劑。首先探究鐵鹽的最佳摻雜量，隨后對(duì)其制備溫度進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)共制備

8種材料，選取催化效果最佳的材料，探究其可循環(huán)性及其對(duì)羅丹明B和對(duì)硝基苯酚的去除效果。鐵鹽與干污泥的質(zhì)量比為1∶1，焙燒溫度為750 ℃時(shí)，制備材料的催化效果最佳；材料表面形成花型片狀結(jié)構(gòu)，而且存在多種含鐵化合物；pH=7時(shí)，羅丹明B、對(duì)硝基苯酚的降解率分別可達(dá)88.6%和97.5%。該材料催化性能良好，pH適用范圍寬廣。鐵炭復(fù)合材料穩(wěn)定性能較好，經(jīng)5次循環(huán)使用后，羅丹明B的降解率仍然很高。

2.3 光催化劑制備技術(shù)

光催化劑種類繁多，其中WO3、TiO2性能良好。TiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒，應(yīng)用價(jià)值高，經(jīng)濟(jì)效益好，廣泛用于光催化反應(yīng)。污泥能夠和TiO2結(jié)合，制備光催化材料，從而實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。這種生物炭復(fù)合材料具有良好的光催化作用，可以分解甲基苯丙胺等有害物質(zhì)[6]。

為推進(jìn)城市污泥的資源化利用，黃明強(qiáng)等[7]以城市污泥為載體、鈦酸四正丁酯為鈦源，采用溶膠-凝膠法制備城市污泥-TiO2復(fù)合材料，并研究其對(duì)甲基橙的光降解催化作用。經(jīng)試驗(yàn)，污泥與鈦酸四正丁酯質(zhì)量比為1∶5時(shí)，制備城市污泥-TiO2復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)500 ℃煅燒1 h，其對(duì)甲基橙的光催化降解作用較好，可應(yīng)用于印染廢水處理中。張姝萌等[8]采用化學(xué)共沉淀法和液相沉積法，制備具有強(qiáng)磁性的Fe3O4-TiO2/泥質(zhì)活性炭光催化劑，以掃描電子顯微鏡（SEM）和紅外光譜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表征，通過(guò)降解亞甲基藍(lán)溶液研究不同負(fù)載量對(duì)催化劑光催化性能的影響。經(jīng)試驗(yàn)，負(fù)載42% Fe3O4的光催化劑（含14% TiO2和44%泥質(zhì)活性炭）的光催化活性最強(qiáng)，泥質(zhì)活性炭制備的光催化劑在120 min時(shí)對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率達(dá)到100%，比純TiO2降解率高。泥質(zhì)活性炭負(fù)載Fe3O4-TiO2

磁性光催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)溶液具有良好的降解效果，還可實(shí)現(xiàn)磁分離回收。

2.4 活性炭制備技術(shù)

活性炭具有強(qiáng)大的吸附能力，廣泛應(yīng)用于水處理和大氣污染治理中。污泥脫水后可用于制備活性炭，提高利用價(jià)值。污泥活性炭能吸附廢水和廢氣中的污染物，如重金屬，成本較低，資源化利用價(jià)值高[9]。

童裳慧等[10]對(duì)污泥進(jìn)行炭化和活化處理，獲得具有優(yōu)異吸附性能的活性炭。其間以污泥為主要原料，摻雜少量玉米秸稈，經(jīng)過(guò)高溫炭化處理，再利用K2CO3作為活化劑，在氮?dú)鈿夥障峦ㄟ^(guò)活化處理制備污泥活性炭，從而實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，降低活性炭生產(chǎn)成本。K2CO3濃度為1 mol/L，活化溫度為600 ℃時(shí)，制備的活性炭具有明顯的多孔結(jié)構(gòu)，比表面積為55.7 m2/g，總孔體積為0.043 cm3/g，平均孔徑為3.1 nm。該污泥活性炭在室溫下進(jìn)行對(duì)硝基苯酚的吸附試驗(yàn)，1 h后吸附量為14.4 mg/g。王英伍等[11]結(jié)合污泥基活性炭的制備方法，綜述其在廢水處理和廢氣處理中的應(yīng)用。以活性污泥制備污泥基活性炭，可以實(shí)現(xiàn)污泥的有效處置，同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。不同來(lái)源污泥的性能和用途如表1所示。絕大多數(shù)污泥適用于制備活性炭，但是不同來(lái)源污泥制備的活性炭用途和性質(zhì)存在明顯差異，制備方法也對(duì)污泥基活性炭的應(yīng)用有顯著影響。污泥基活性炭可以用于處理廢水，但其安全高效回收有待深入研究。目前，污泥基活性炭在廢氣凈化領(lǐng)域的應(yīng)用較少，僅用于吸附酸性氣體。未來(lái)，應(yīng)加大研究力度，拓展污泥基活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域。

3 結(jié)語(yǔ)

城市污泥成分復(fù)雜，潛在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大，但它具有多種可利用成分，資源化利用價(jià)值較高。目前，污泥可用于制備PHA材料、Fenton催化材料、光催化劑和活性炭。未來(lái)，要持續(xù)開(kāi)展深入研究，努力探尋新技術(shù)，對(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化與減量化處理，最終實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。

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