污泥质生物炭的制备及其吸附性能研究(2)
结论 17
致 谢 18
参考文献19
1 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 剩余活性污泥简介
随着活性污泥法在污水处理厂中的应用越来越普及，在处理的过程中产生了许多剩余污泥，其主要成分为微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质，其中有机物质包括蛋白质、糖类和脂肪类等营养物质，无机物质主要包括氮、磷、钾、镁等营养元素，也可能包含铜、锌、铬等重金属物质。
近年来，随着城市化建设的加快，污水处理设施日益增多，剩余污泥的产量也随之增加。据统计处理剩余污泥的费用占污水处理厂总运行费用的25%至40% ，这极大地增加了污水处理厂的运行成本。而污泥的成分较为复杂，对综合利用造成了很大的困难。因此，剩余污泥的处理与处置越来越受到众多研究者的关注，此外，剩余污泥的减量化与资源化也已成为能源与环境保护的一个重要的研究方向。
图1.1 城市污水处理厂污泥的基本组成
1.1.2 剩余活性污泥的处置目的
污泥处理与处置的目的主要有：稳定化、无害化、减量化、资源化。在处理污泥的同时应实现变废为宝、循环利用、保护环境的目的。
污泥中含有大量寄生虫（卵）、病原菌、铜、锌、汞、等重金属以及盐类等难降解、有毒有害的物质，对环境容易造成污染，同时由于污泥中的重金属物质及有毒有机物会通过生态系统中生物链的迁移与富集对人体的健康产生影响[1]。
污水处理厂产生的剩余污泥由于其中的微生物、有机物以及微生物代谢产物的存在含水量很高。此外因为不同地区污水成分、处理工艺的不同，所产生污泥的物理、化学性质也不完全相同。其固、液混合态具有一定的稳定性，很难进行固液分离，因此产生了大量的污泥（若按照含水率97% 计，其产量约占处理水量的0.3-0.5%[2]）很难进行减量化处理。
1.1.3 剩余污泥的处理与处置
传统的污泥处理与处置方法有土地利用、填埋、污泥焚烧和海洋投弃等。然而，随着土地资源的匮乏和环境法规的日益严格，这些方式方法均存在着很大的弊端，将污泥填埋所产生的渗滤液或将其焚烧会对环境造成污染的同时，污泥中有用成分也未能得到充分利用[3]，土地利用与海洋投弃的过程中，污泥中的重金属污染物会随着生态系统中的食物链迁移，对动植物的健康造成影响，因此人们正在研究更好的处理方法，使得污泥能够资源化、无害化。
1.1.4 剩余污泥的资源化利用
（1）污泥厌氧消化技术
通过厌氧菌的厌氧消化作用可以将污泥中的有机物进行分解，生成大量附加价值高的生物能源，如氢气、甲烷以及挥发性脂肪酸（VFAs）等。氢气及沼气作为一种清洁能源，可替代目前日益匮乏的化石燃料[3]。而VFAs不仅能作为有效碳源促进脱氮除磷工艺，而且可用于制备新型可生物降解塑料[4]。但是，目前在厌氧消化处理污泥的过程中，常常遇到厌氧消化速率低、生物质转化不完全等问题[5]。同时，对于污泥中的病原菌、寄生虫（卵）的灭除效率较低，不能满足资源化利用的要求。因此，如何提高厌氧消化效率及灭菌率成为污泥消化领域的研究热点。
为提高污泥消化效果，常采用中温消化，并在工艺之前加预处理工艺以促使污泥的絮状物变小、有机质析出、提高污泥中有机物质的生物利用率。进而提高污泥的产气率以及对病原菌及寄生虫（卵）的灭菌率。目前采用的预处理工艺有：Fenton氧化法[6]、超声波处理[7]、热水解[8]、湿式氧化法[9]以及自热式高温好氧消化法[10]等。