吳 環(huán),趙艷梅,雷 燕,楊季冬,2*

（1.重慶三峽學院 環(huán)境與化學工程學院，重慶 404100；2.長江師范學院 化學化工學院，重慶 408100）

三峽庫區(qū)污水處理剩余淤泥生產(chǎn)肥料的新方法──淤泥資源化利用專利方案說明

吳 環(huán)1,趙艷梅1,雷 燕1,楊季冬1,2*

（1.重慶三峽學院 環(huán)境與化學工程學院，重慶 404100；2.長江師范學院 化學化工學院，重慶 408100）

三峽庫區(qū)內(nèi)沿岸城鎮(zhèn)污水處理廠星羅棋布，以保障庫區(qū)內(nèi)水質(zhì)和安全。但目前污水處理廠的剩余淤泥的處置卻成了一大難題。本文在作者團隊已獲國家授權發(fā)明專利的基礎上，討論專利方案的實施。內(nèi)容包括：（1）重金屬的檢出與處置，（2）有毒有害有機物的檢出與處置，（3）淤泥異味的消除，（4）配料制肥。此方案工藝簡便，能實現(xiàn)對淤泥成分的全分析檢測，并能對其中可能存在的重金屬和有毒有害有機物加以處置，進而可充分利用淤泥批量制備肥料。方法適宜推廣，這項成果的實施將會給環(huán)境建設帶來實際的經(jīng)濟效益。

污水處理；剩余淤泥；全分析處置；配料制肥

三峽庫區(qū)所轄二十一個市區(qū)縣、上百個沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為防止三峽庫區(qū)內(nèi)水環(huán)境污染，按國務院三峽建設委員會要求建立廢水處理廠，經(jīng)處理生活廢水或工業(yè)廢水達標后方可排入長江庫區(qū)段內(nèi)。處理污水過程中會產(chǎn)生淤泥，這上百座廢水處理廠則日產(chǎn)數(shù)十萬噸的淤泥。產(chǎn)生的淤泥經(jīng)過資源化再處理，可作為農(nóng)業(yè)、林業(yè)、綠化用肥，須滿足三個基本要求：一是淤泥經(jīng)全分析監(jiān)測，有毒有害物質(zhì)含量不超過國家規(guī)定的污泥使用標準，嚴控Hg，Cd，Cr，Pb，As等重金屬絕不超標；二是淤泥必須經(jīng)過較嚴格的無害化處理，即除去淤泥中的有毒有害有機物和重金屬；三是配料制肥產(chǎn)品中需含有較高的植物或作物所必需的營養(yǎng)成分并消除異味，即含有大量的礦質(zhì)元素和營養(yǎng)元素，具有較高的肥料價值。

目前國內(nèi)外普遍認為淤泥的資源化再處理是一個相當大的難題，在美國[1]、北歐[2]和印度[3]都有綜合利用的研究。其主要是因其成分復雜異味重，產(chǎn)量巨大難處理。通常不同功能區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的污水是不同的，其產(chǎn)生的淤泥的成分也是不同的，比如生活廢水和工業(yè)廢水。沒有定性定量分析而盲目地對淤泥加以處置，這樣會帶來嚴重的次生環(huán)境問題。淤泥的產(chǎn)生量也大不相同，一般依據(jù)廢水處理廠日處理廢水量而定，通常其占比在日處理廢水總量的1%～15%的范圍內(nèi)，即以日處理生活廢水16.0萬t的污水處理廠為例，可日產(chǎn)剩余淤泥40.0 t。這樣量大的淤泥未得到及時處置，難處在于后續(xù)淤泥處理工藝未能跟上，日積月累就會形成令人生畏的亟待解決的次生環(huán)境問題。

雖然處理淤泥的常規(guī)方法有以下幾種，但這些方法都存在諸多問題：

（1）簡易傾倒，露置或填壑。其未經(jīng)無害化處理，在不清楚淤泥是否有毒有害的情況下，露置堆積或填壑會產(chǎn)生嚴重的次生環(huán)境問題。

（2）直接焚燒處理。易產(chǎn)生多環(huán)芳烴和二噁英等二次大氣污染物，且重金屬仍存于焚燒灰中，其焚燒處理設備成本昂貴。

（3）發(fā)酵堆肥。其周期長，過程煩瑣，占用場地較寬。且由于沒有檢測是否含有重金屬和有毒有害難降解的有機物，所生產(chǎn)的肥料不能直接用作糧食肥料，且多數(shù)存在養(yǎng)分不全，肥效較低的問題。

因此本團隊提出了一種新的 “利用剩余淤泥生產(chǎn)肥料”的方法，此方法已獲國家知識產(chǎn)權局授權（ZL201310380925.9），可以有效地處理淤泥，使淤泥資源化利用，解決由其而導致的次生環(huán)境問題。

1 淤泥資源化利用

污水處理剩余淤泥生產(chǎn)肥料的方法是以淤泥為原料，根據(jù)對區(qū)域功能污水的調(diào)研，對淤泥可能含有的重金屬和有毒有害有機物的全分析，做針對性的消除處置，再加入調(diào)節(jié)功能的添加劑，最后干燥壓制成肥料。其主要步驟包括：

1.1 重金屬的檢出

（1）根據(jù)對區(qū)域功能污水的調(diào)研，初步確定淤泥中可能存在的重金屬種類；

（2）采用常規(guī)的化學分析方法，對以淤泥配制的溶液進行初步陽離子定性檢測，以檢測出可能含有的重金屬離子的存在和形態(tài)；

（3）以羅丹明6G（Rh6G）熒光猝滅法測定以淤泥配制的溶液中重金屬離子的總量[4]；

（4）以溶劑萃取-Rh6G熒光猝滅法分別測定以淤泥配制的溶液中各種重金屬離子的含量[5]。

1.2 重金屬的處置

若檢測出淤泥中含有的重金屬離子含量在10-2mg·kg-1以上，或超過我國 《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》，則應除去該重金屬離子，其處置方法包括：

（1）沸石吸附消除；

（2）微波穩(wěn)固失活[6]，使淤泥中活性重金屬離子濃度降低到10-2mg·kg-1以下。

1.3 有毒有害難降解的有機物的檢出

（1）根據(jù)對區(qū)域功能污水的調(diào)研，初步確定淤泥中可能存在的有毒有害難降解的有機物；（2）采用煅燒法測定淤泥中總有機質(zhì)的含量；

（3）以測得的此總有機質(zhì)的含量為標準值建模，用近紅外光譜快速檢測淤泥中總有機質(zhì)的化學耗氧

量[7]；

（4）再以高效液相色譜定性定量測定以淤泥配制溶液中的各種不同的有毒有害難降解的有機物，并分別建模，采用近紅外光譜檢測固體淤泥樣本中的各種有毒有害難降解的有機物含量[8]。

1.4 有毒有害難降解的有機物的處置

若檢測出淤泥中含有的有毒有害難降解的有機物含量在10-2mg·kg-1以上，或是超過我國 《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》，則應除去該有毒有害難降解的有機物，其處置方法如下：

（1）將淤泥分批進行微波掃描降解；

（2）微波消解[9]，使得淤泥中有毒有害難降解的有機物濃度降低到10-2mg·kg-1以下。

1.5 淤泥異味的消除

一般說經(jīng)過第2、第3步的處置，可大大降低淤泥的異味。如尚有殘存的異味，則可再用微波分批掃描降解，然后以活性碳吸附殘存異味。

1.6 配料制肥

所謂配料制肥，即對經(jīng)上述步驟處理后的淤泥檢測pH，若呈酸性，則加入草木灰和鋸末；若呈堿性，則加入桐殼灰和鋸末，以提高淤泥肥質(zhì)，改善其酸堿性和疏松性；之后再經(jīng)堆肥發(fā)酵、烘干、成型即可。

2 結論

對于污水處理產(chǎn)生的剩余淤泥的資源化再利用，最簡便可行、最經(jīng)濟適宜推廣的是本法配制肥料。其中的創(chuàng)新點是：（1）優(yōu)化適當?shù)膒H，利用1-（2-吡啶偶氮）-2萘酚 （PAN）與重金屬離子絡合形成Men+-PAN配合物，以此配合物加入Rh6G溶液中，致使Rh6G的熒光發(fā)生猝滅，在普通熒光儀上可測量到熒光猝滅程度與金屬離子的總濃度成正比?；诖丝山⑵?“溶劑萃取-Rh6G”熒光猝滅法測定淤泥中重金屬離子總濃度或某種金屬離子的濃度，該方法的檢測限可低至10-5mg·kg-1。（2）近紅外光譜檢測有毒有害有機物的方法：a.取淤泥樣本配制成若干份溶液樣品；b.以高效液相色譜 （HPLC）定性定量測定各種不同的有毒有害有機物的化學參考值；c.掃描批量淤泥樣品的近紅外光譜；d.利用Bruker OPUS軟件建立關聯(lián)化學參考值與近紅外光譜的模型；e.模型的修正、優(yōu)化、預測和應用。由于專利對關鍵技術的保護，所以方案沒有給出實施的數(shù)據(jù)。

[1]Seiple T E,Coleman A M,Skaggs R L.Municipal Wastewater Sludge as a Sustainable Bioresource in the United States[J].Journal of Environmental Management,2017，197：673-680.

[2]Praspaliauskas M,Pedis＜ius N.A Review of Sludge Characteristics in Lithuania’s Wastewater Treatment Plants and Perspectives of its Usage in Thermal Processes[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2017，67：899-907.

[3]Ahmad T,Ahmad K,Alam M.Characterization of Water Treatment Plant’s Sludge and its Safe Disposal Options[J].Procedia Environmental Sciences，35（2016）950-955.

[4]賀元文，呂昌銀，張建文，等.羅丹明6G-PAN能量轉(zhuǎn)移熒光猝滅法測定痕量錳（II）[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志2007,17（5）:821-823，953.

[5]寧玲，呂昌銀，陳云生，等.PAN-Rh6G能量轉(zhuǎn)移熒光猝滅法測定水樣中痕量鎘（II）[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2007,17（8）:1353-1354+1493.

[6]蘇凱峰.微波消解技術及其在環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].環(huán)境保護，2000（8），24-25.

[7]Yang Q,Liu Z Y,Yang J D.Simultaneous Determination of Chemical Oxygen Demand （COD）and Biological Oxygen Demand（BOD5)in wastewater by Near-Infrared Spectrometry[J].Journal of Water Resource and Protection，2009（4），286-289.

[8]楊瓊，項瑜，楊季冬.近紅外光譜分析技術的研究與應用[J].重慶三峽學院學報，2013，29（3）：89-91.

[9]但德忠，冷庚，皇甫鑫.環(huán)境樣品分析[J].分析試驗室，2010，29（7）：79-122.

The New Method to Produce Fertilizer by Using the Excess Sludge from Waste-water Treatment in Three Gorges Reservoir Area——Implementation of the Patent for Resources Utilization of Sludge

WU Huan1， ZHAO Yanmei1， LEI Yan1， YANG Jidong1，2*
（1.School of Environment and Chemistry Engineering,Chongqing Three Gorges University,Chongqing 404100,China;2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Yangtze Normal University,Chongqing 408100,China）

Many sewage treatment plants have been set up in cities and towns in the Three Gorges Reservoir area to safeguard the water quality protection and security.However,their excess sludge disposal has become a serious problem.This paper discussed the implementation of the state-authorized patent granted to the author’s team.The technological process includes:(1)Analysis and disposal of heavy metals.(2)Analysis and disposal of toxic and harmful organic compounds.(3)Elimination of sludge odor.(4)Production of fertilizer by using the excess sludge.The techniques are easy to be applied,and could integratedly detect and analyze various sludge compositions and effectively dispose the heavy metals and toxic organic compounds,as well as take full advantage of excess sludge to produce fertilizer.The method is suitable for promotion and application to bring great economic benefits.

waste-water treatment;excess sludge;analysis and disposal;fertilizer production

X703

A

2096-2347（2017）04-0071-03

10.19478/j.cnki.2096-2347.2017.04.10

2017-06-10

國家自然科學基金委項目 (21175015和21475014)，教育部 “春暉計劃”（Z20150126）

吳環(huán) （1992-），男，重慶萬州人，碩士，主要從事環(huán)境分析研究。

*通信作者：楊季冬 （1956-），男，重慶豐都人，博士，教授，博士生導師，主要從事分子光譜分析研究。E-mail：312314152@qq.com

學術編輯： 孫啟耀