三峡库区污水处理剩余淤泥生产肥料的新方法──淤泥资源化利用专利方案说明

吴 环,赵艳梅,雷 燕,杨季冬,2*

（1.重庆三峡学院 环境与化学工程学院，重庆 404100；2.长江师范学院 化学化工学院，重庆 408100）

三峡库区污水处理剩余淤泥生产肥料的新方法──淤泥资源化利用专利方案说明

吴 环1,赵艳梅1,雷 燕1,杨季冬1,2*

（1.重庆三峡学院 环境与化学工程学院，重庆 404100；2.长江师范学院 化学化工学院，重庆 408100）

三峡库区内沿岸城镇污水处理厂星罗棋布，以保障库区内水质和安全。但目前污水处理厂的剩余淤泥的处置却成了一大难题。本文在作者团队已获国家授权发明专利的基础上，讨论专利方案的实施。内容包括：（1）重金属的检出与处置，（2）有毒有害有机物的检出与处置，（3）淤泥异味的消除，（4）配料制肥。此方案工艺简便，能实现对淤泥成分的全分析检测，并能对其中可能存在的重金属和有毒有害有机物加以处置，进而可充分利用淤泥批量制备肥料。方法适宜推广，这项成果的实施将会给环境建设带来实际的经济效益。

污水处理；剩余淤泥；全分析处置；配料制肥

三峡库区所辖二十一个市区县、上百个沿岸乡镇，为防止三峡库区内水环境污染，按国务院三峡建设委员会要求建立废水处理厂，经处理生活废水或工业废水达标后方可排入长江库区段内。处理污水过程中会产生淤泥，这上百座废水处理厂则日产数十万吨的淤泥。产生的淤泥经过资源化再处理，可作为农业、林业、绿化用肥，须满足三个基本要求：一是淤泥经全分析监测，有毒有害物质含量不超过国家规定的污泥使用标准，严控Hg，Cd，Cr，Pb，As等重金属绝不超标；二是淤泥必须经过较严格的无害化处理，即除去淤泥中的有毒有害有机物和重金属；三是配料制肥产品中需含有较高的植物或作物所必需的营养成分并消除异味，即含有大量的矿质元素和营养元素，具有较高的肥料价值。

目前国内外普遍认为淤泥的资源化再处理是一个相当大的难题，在美国[1]、北欧[2]和印度[3]都有综合利用的研究。其主要是因其成分复杂异味重，产量巨大难处理。通常不同功能区域内所产生的污水是不同的，其产生的淤泥的成分也是不同的，比如生活废水和工业废水。没有定性定量分析而盲目地对淤泥加以处置，这样会带来严重的次生环境问题。淤泥的产生量也大不相同，一般依据废水处理厂日处理废水量而定，通常其占比在日处理废水总量的1%～15%的范围内，即以日处理生活废水16.0万t的污水处理厂为例，可日产剩余淤泥40.0 t。这样量大的淤泥未得到及时处置，难处在于后续淤泥处理工艺未能跟上，日积月累就会形成令人生畏的亟待解决的次生环境问题。

虽然处理淤泥的常规方法有以下几种，但这些方法都存在诸多问题：

（1）简易倾倒，露置或填壑。其未经无害化处理，在不清楚淤泥是否有毒有害的情况下，露置堆积或填壑会产生严重的次生环境问题。

（2）直接焚烧处理。易产生多环芳烃和二噁英等二次大气污染物，且重金属仍存于焚烧灰中，其焚烧处理设备成本昂贵。

（3）发酵堆肥。其周期长，过程烦琐，占用场地较宽。且由于没有检测是否含有重金属和有毒有害难降解的有机物，所生产的肥料不能直接用作粮食肥料，且多数存在养分不全，肥效较低的问题。

因此本团队提出了一种新的 “利用剩余淤泥生产肥料”的方法，此方法已获国家知识产权局授权（ZL201310380925.9），可以有效地处理淤泥，使淤泥资源化利用，解决由其而导致的次生环境问题。

1 淤泥资源化利用

污水处理剩余淤泥生产肥料的方法是以淤泥为原料，根据对区域功能污水的调研，对淤泥可能含有的重金属和有毒有害有机物的全分析，做针对性的消除处置，再加入调节功能的添加剂，最后干燥压制成肥料。其主要步骤包括：

1.1 重金属的检出

（1）根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的重金属种类；

（2）采用常规的化学分析方法，对以淤泥配制的溶液进行初步阳离子定性检测，以检测出可能含有的重金属离子的存在和形态；

（3）以罗丹明6G（Rh6G）荧光猝灭法测定以淤泥配制的溶液中重金属离子的总量[4]；

（4）以溶剂萃取-Rh6G荧光猝灭法分别测定以淤泥配制的溶液中各种重金属离子的含量[5]。

1.2 重金属的处置

若检测出淤泥中含有的重金属离子含量在10-2mg·kg-1以上，或超过我国 《农用污泥中污染物控制标准》，则应除去该重金属离子，其处置方法包括：

（1）沸石吸附消除；

（2）微波稳固失活[6]，使淤泥中活性重金属离子浓度降低到10-2mg·kg-1以下。

1.3 有毒有害难降解的有机物的检出

（1）根据对区域功能污水的调研，初步确定淤泥中可能存在的有毒有害难降解的有机物；（2）采用煅烧法测定淤泥中总有机质的含量；

（3）以测得的此总有机质的含量为标准值建模，用近红外光谱快速检测淤泥中总有机质的化学耗氧

量[7]；

（4）再以高效液相色谱定性定量测定以淤泥配制溶液中的各种不同的有毒有害难降解的有机物，并分别建模，采用近红外光谱检测固体淤泥样本中的各种有毒有害难降解的有机物含量[8]。

1.4 有毒有害难降解的有机物的处置

若检测出淤泥中含有的有毒有害难降解的有机物含量在10-2mg·kg-1以上，或是超过我国 《农用污泥中污染物控制标准》，则应除去该有毒有害难降解的有机物，其处置方法如下：

（1）将淤泥分批进行微波扫描降解；

（2）微波消解[9]，使得淤泥中有毒有害难降解的有机物浓度降低到10-2mg·kg-1以下。

1.5 淤泥异味的消除

一般说经过第2、第3步的处置，可大大降低淤泥的异味。如尚有残存的异味，则可再用微波分批扫描降解，然后以活性碳吸附残存异味。

1.6 配料制肥

所谓配料制肥，即对经上述步骤处理后的淤泥检测pH，若呈酸性，则加入草木灰和锯末；若呈碱性，则加入桐壳灰和锯末，以提高淤泥肥质，改善其酸碱性和疏松性；之后再经堆肥发酵、烘干、成型即可。

2 结论

对于污水处理产生的剩余淤泥的资源化再利用，最简便可行、最经济适宜推广的是本法配制肥料。其中的创新点是：（1）优化适当的pH，利用1-（2-吡啶偶氮）-2萘酚 （PAN）与重金属离子络合形成Men+-PAN配合物，以此配合物加入Rh6G溶液中，致使Rh6G的荧光发生猝灭，在普通荧光仪上可测量到荧光猝灭程度与金属离子的总浓度成正比。基于此可建立起 “溶剂萃取-Rh6G”荧光猝灭法测定淤泥中重金属离子总浓度或某种金属离子的浓度，该方法的检测限可低至10-5mg·kg-1。（2）近红外光谱检测有毒有害有机物的方法：a.取淤泥样本配制成若干份溶液样品；b.以高效液相色谱 （HPLC）定性定量测定各种不同的有毒有害有机物的化学参考值；c.扫描批量淤泥样品的近红外光谱；d.利用Bruker OPUS软件建立关联化学参考值与近红外光谱的模型；e.模型的修正、优化、预测和应用。由于专利对关键技术的保护，所以方案没有给出实施的数据。

[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]贺元文，吕昌银，张建文，等.罗丹明6G-PAN能量转移荧光猝灭法测定痕量锰（II）[J].中国卫生检验杂志2007,17（5）:821-823，953.

[5]宁玲，吕昌银，陈云生，等.PAN-Rh6G能量转移荧光猝灭法测定水样中痕量镉（II）[J].中国卫生检验杂志,2007,17（8）:1353-1354+1493.

[6]苏凯峰.微波消解技术及其在环境监测中的应用[J].环境保护，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]杨琼，项瑜，杨季冬.近红外光谱分析技术的研究与应用[J].重庆三峡学院学报，2013，29（3）：89-91.

[9]但德忠，冷庚，皇甫鑫.环境样品分析[J].分析试验室，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

国家自然科学基金委项目 (21175015和21475014)，教育部 “春晖计划”（Z20150126）

吴环 （1992-），男，重庆万州人，硕士，主要从事环境分析研究。

*通信作者：杨季冬 （1956-），男，重庆丰都人，博士，教授，博士生导师，主要从事分子光谱分析研究。E-mail：312314152@qq.com

学术编辑： 孙启耀