【《市政污泥的处理处置现状文献综述》2600字】

市政污泥的处理处置现状文献综述1.1市政污泥的处理处置技术迅速的人口增长以及高度的城镇化发展导致了市政污泥的大量产生。我国污水处理厂每年大约生产2500万吨的含水率为80%的市政污泥。欧盟地区的干化污泥的年产量预估为1000万吨/年。大量的市政污泥的产生提高了污水处理厂的运行成本，成为了国内外学者亟需解决的问题。未经处理的市政污泥还会加重生态负荷和环境风险。市政污泥中大量的有机成分能够发生快速矿化，从而诱发周边环境的硝酸盐以及污染物含量上升。市政污泥含有污染物质，包括无机重金属，以及有机微污染物多环芳烃、多氯联苯、有机卤素污染物、表面活性剂、激素、药物等。此外，市政污泥还携带一些病原微生物，包括细菌、病毒以及寄生蠕虫等。因此，现在迫切地需要对市政污泥进行有效、合理的处理处置，以期望达到污泥减量化、污泥稳定化以及污泥资源化的要求。目前，主要的市政污泥的处置处理技术包括卫生填埋，农业回用，污泥焚烧，厌氧消化以及污泥堆肥等。表1-1显示了不同的市政污泥处理处置方式以及特征。由于操作简单、投资成本低廉的特点，卫生填埋曾经是较为常用的污泥处理处置方式。但是近年来由于受到了土地资源以及政策法规的严格限制，卫生填埋在污泥处置处理的比重逐渐下降。在一些国家，农业回用是最为常见的污泥处理处置方式。欧盟地区大约有40%的污泥被应用于农业目的ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Dhote</Author><Year>2021</Year><RecNum>147</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>147</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="xsart2vfevfz2xett0155992zzfp5rpz90s5">147</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Dhote,Lekha</author><author>Kumar,Sunil</author><author>Singh,Lal</author><author>Kumar,Rakesh</author></authors></contributors><titles><title>Asystematicreviewonoptionsforsustainabletreatmentandresourcerecoveryofdistillerysludge</title><secondary-title>Chemosphere</secondary-title></titles><periodical><full-title>Chemosphere</full-title><abbr-1>Chemosphere</abbr-1></periodical><pages>128225</pages><volume>263</volume><dates><year>2021</year></dates><isbn>00456535</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.chemosphere.2020.128225</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Dhote,2021#147"1]。同时，生物过程中产生的污泥需要经过生物（厌氧/好氧）、热化学或者化学稳定剂的过程来处理，才能转化为符合农业回用标准的市政污泥。近年来，污泥焚烧技术在工艺工程、能源效率和装置紧凑性等方面都取得了很大的进步。然而，污泥经过焚烧以后，依旧有30%的固体以飞灰的形式残留在焚烧装置中。飞灰中较高的重金属含量导致其具有较强的毒害作用。此外，污泥焚烧过程中排放的有害气体也是限制了其广泛应用的主要原因。目前，我国的污泥焚烧占比为25.1%，丹麦污泥焚烧含量达到24%，比利时和德国的污泥焚烧比重分别为15%和14%ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lundin</Author><Year>2004</Year><RecNum>148</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>148</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="xsart2vfevfz2xett0155992zzfp5rpz90s5">148</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lundin,M.</author><author>Olofsson,M.</author><author>Pettersson,G.J.</author><author>Zetterlund,H.</author></authors></contributors><titles><title>Environmentalandeconomicassessmentofsewagesludgehandlingoptions</title><secondary-title>Resources,ConservationandRecycling</secondary-title></titles><periodical><full-title>Resources,ConservationandRecycling</full-title></periodical><pages>255-278</pages><volume>41</volume><number>4</number><dates><year>2004</year></dates><isbn>09213449</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.resconrec.2003.10.006</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Lundin,2004#148"2]。污泥的厌氧发酵可以有效地降解有机废物，并且在很大程度上避免二次污染。Hospido等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Almudena</Author><Year>2010</Year><RecNum>150</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>150</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="xsart2vfevfz2xett0155992zzfp5rpz90s5">150</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Almudena,Hospido</author><author>Marta,Carballa</author><author>Maite,Moreira</author><author>Francisco,Omil</author><author>Juan,M.Lema</author><author>Gumersindo,Feijoo</author></authors></contributors><titles><title>Environmentalassessmentofanaerobicallydigestedsludgereuseinagriculture:Potentialimpactsofemergingmicropollutants</title><secondary-title>WaterResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>WaterResearch</full-title></periodical><pages>3225-3233</pages><volume>44</volume><number>10</number><keywords><keyword>Anaerobicdigestion,Landdisposal,LifeCycleAssessment(LCA),PharmaceuticalandPersonalCareProducts(PPCPs),Potentialtoxicityimpacts,Wastemanagement</keyword></keywords><dates><year>2010</year></dates><isbn>0043-1354</isbn><accession-num>HOSPIDO20103225</accession-num><urls><related-urls><url>/science/article/pii/S0043135410001776</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1016/j.watres.2010.03.004</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Almudena,2010#150"3]曾经证实过，厌氧发酵可降低33.3%的土地毒害作用。然而，厌氧发酵无法对污泥中的重金属进行有效控制。在对市政污泥进行高浓度固体的厌氧发酵试验时，发现随着厌氧发酵过程的持续，总重金属含量上升了50%，Cu、Zn、Cr、Ni的生物可利用态含量上升。因而，重金属的含量以及形态变化是制约厌氧发酵发展的主要因素。污泥堆肥可将有机质通过腐殖化过程转化为稳定态有机物，堆肥过程中产生的高温也可将病原微生物在一定范围内进行灭活。然而污泥堆肥在污泥减量以及重金属处理等方面效果不佳。虽然堆肥产物较为稳定并且富含腐殖质，但是碍于社会接收度以及政策法规的限制，无法真正用于农田。表1-1污泥的处置处理方式以及处理处置方式的优劣势Table1-1Sewagesludgedisposaloptionsandtheiradvantages/disadvantages指标优势劣势卫生填埋运营维护简单资金投入相对低廉占用大量土地资源可产生大量的温室气体填埋浸出液造成土地与地下水的二次污染农业回用改善土壤特性增加土壤的保水性和导水性提高土壤孔隙结构提高农作物的产量产生挥发性恶臭气体提高土壤中毒害物质含量降低生物的多样性可能传播人类病原体污泥焚烧污泥减量效率高稳定化程度高可有效灭活病原微生物前期投入以及处理成本较高重金属飞灰处理难度大释放二恶英、NOx、SO2厌氧消化能够降解复杂的有机物产生沼气等能源气体处理周期长运行稳定性弱无法对重金属进行有效控制污泥堆肥有效降解有机污染物产生肥料残留大量的重金属物质污泥减量效果不明显1.2市政污泥的热解技术目前，热解技术是一种新型的市政污泥处理处置技术，有望同时实现污泥资源化、污泥无害化以及污泥减量的要求。热解是在缺氧或是厌氧条件下将市政污泥或其他生物质高温加热分解。高温可有效杀灭污泥中的病原微生物并且降低污泥体积。污泥中的有机物可降解转化为气体、液体以及固体残留物，分别称为合成气（syngas）、生物油（bio-oil）以及生物炭（biochar）。市政污泥的热解产物可作为高附加值产品应用在能源，环境以及农业等领域。污泥在200°C先发生脱水作用，在200-350°C发生主要降解反应，产生醇类以及烃类有机物，同时释放二氧化碳、甲烷以及氢气等。在350-550°C，中间产物发生次级降解，再次转化为小分子醇类以及烃类有机物。随后，中间产物在550-900°C发生完全降解。与此同时，市政污泥中的无机矿物成分也在热解过程中发生降解、催化、还原等反应，最终挥发至生物油中或是嵌入到碳结构中。污泥基生物炭的质量取决于热解类型、热解温度、热解设备、升温速率、保护气种类、污泥类型等因素。Velghe等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Velghe</Author><Year>2013</Year><RecNum>126</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>126</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="xsart2vfevfz2xett0155992zzfp5rpz90s5">126</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Velghe,Inge</author><author>Carleer,Robert</author><author>Yperman,Jan</author><author>Schreurs,Sonja</author></authors></contributors><titles><title>Studyofthepyrolysisofsludgeandsludge/disposalfiltercakemixfortheproductionofvalueaddedproducts</title><secondary-title>BioresourceTechnology</secondary-title></titles><periodical><full-title>BioresourTechnol</full-title><abbr-1>Bioresourcetechnology</abbr-1></periodical><pages>1-9</pages><volume>134</volume><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Velghe,2013#126"4]探索在450°C时快速热解和慢速热解对市政污泥热解后的产物分布影响。研究发现污泥热解所产生的固态生物炭产量在45-45.3%范围内。并且，无论采用何种热解方法，生物炭的产量均明显高于液态以及气态产物。快速热解的气态产物的产量为29.1%，高于慢速热解条件下产生的气态产物。慢速热解的液态产物产量高于快速热解的液态产物产量。污泥中的有机成分在450°C发生不完全降解，导致产物分布中固体生物炭的产量最高。快速热解的反应停留时间较短，发生的裂解反应较弱，因此产生的液态产物含量较低。类似地，Gao等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Gao</Author><Year>2014</Year><RecNum>127</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>127</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="xsart2vfevfz2xett0155992zzfp5rpz90s5">127</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Gao,Ningbo</author><author>Li,Juanjuan</author><author>Qi,Benyu</author><author>Li,Aimin</author><author>Duan,Yue</author><author>Wang,Ze</author></authors></contributors><titles><title>Thermalanalysisandproductsdistributionofdriedsewagesludgepyrolysis</title><secondary-title>JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis</full-title></periodical><pages>43-48</pages><volume>105</volume><dates><year>2014</year></dates><isbn>01652370</isbn><urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jaap.2013.10.002</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Gao,2014#127"5]调查了在450-550°C条件下不同升温速率对干化污泥的热解产物分布影响。研究发现，随着热解温度的升高，生物炭的产量从53.6-47.07%下降至33.24-29.96%。慢速热解有助于保留更多的固态产物。快速热解的焦油产量高于慢速热解，可能是由于快速热解条件下更多的大分子有机物发生裂解。参考文献[1]DhoteL,KumarS,SinghL,etal.Asystematicreviewonoptionsforsustainabletreatmentandresourcerecoveryofdistillerysludge[J].Chemosphere,2021,263:128225.[2]LundinM,OlofssonM,PetterssonGJ,etal.Environmentalandeconomicassessmentofsewagesludgehandlingoptions[J].Resources,ConservationandRecycling,2004,41(4):255-278.[3]AlmudenaH,MartaC,MaiteM,etal.Environmentalassessmentofanaerobicallydigestedsludgereuseinagriculture:Potentialimpactsofemergingmicropollutants[J].WaterResearch,2010,44(10):3225-3233.[4]VelgheI,CarleerR,YpermanJ,etal.Studyofthepyrolysisofsludgeandsludge/disposalfiltercakemixfortheproductionofvalueaddedproducts[J].BioresourTechnol,2013,134:1-9.[5]GaoN,LiJ,QiB,etal.Thermalanalysisandproductsdistributionofdriedsewagesludgepyrolysis[J].JournalofAnalyticalandAppliedPyrolysis,2014,105:43-48.[6]KeiluweitM,NicoPS,JohnsonMG,etal.DynamicMolecularStructureofPlantBiomass-DerivedBlackCarbon(Biochar)[J].EnvironSciTechnol,2010.[7]DeLR,JoseM.,Sanchez-MartinAM,CamposP,etal.Effectofpyrolysisconditionsonthetotalcontentsofpolycyclicaromatichydrocarbonsinbiocharsproducedfromorganicresidues:Assessmentoftheirhazardpotential[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2019,667(JUN.1):578-585.[8]LiM,TangY,RenN,etal.Effectofmineralconstituentsontemperature-dependentstructuralcharacterizationofcarbonfractionsinsewagesludge-derivedbiochar[J].JournalofCleanerProduction,2018,172:3342-3350.[9]XuY,ChenB.Investigationofthermodynamicparametersinthepyrolysisconversionofbiomassandmanuretobiocharsusingthermogravimetricanalysis[J].BioresourTechnol,2013,146:485-493.[10]ChenZ,LuoL,XiaoD,etal.Selecteddarksidesofbiomass-derivedbiocharsasenvironmentalamendments[J].JEnvironSci(China),2017,54:13-20.[11]UchimiyaM,HiradateS,AntalMJ,Jr.InfluenceofCarbonizationMethodsontheAromaticityofPyrogenicDissolvedOrganicCarbon[J].Energy&Fuel