16.2023年5月
亨利埃特·祖·多哈
生物炭|生物固体| PFAS |磷肥|污水污泥|未分类

污水污泥碳化去除对生态和人体健康有高影响的污染物

回收污水污泥,通过热解产生高质量的生物炭,其中含有有价值的磷,这是植物生长所必需的营养物质。此外,就循环经济而言,碳化为市政当局提供了一种安全而有利可图的解决方案,因为可以产生和再利用大量可再生能源,而富含磷的生物炭在进入土壤后既能带来农业效益,又能固碳。
然而,可控碳化还有另一个显著的优势:它对有毒和受污染的污水污泥进行消毒,从而保护人类和自然。

计算机控制的过程

PYREG技术的核心是专利反应器与下游的FLOX燃烧室(“FLOX”代表无焰氧化)相结合。在反应器中,原料在没有空气的情况下,在500至700°C的高温下加热几分钟。计算机控制的工艺参数,如进料输送速度、温度和空气供应,是回收成功的关键。在这个过程中,磷仍然完全可供植物利用。此外,污水污泥的这种处理为去除许多对生态和人类健康有高影响的污染物提供了巨大的潜力。

碳化破坏原料病原体

污水污泥主要来源于人的排泄物。当然,污泥中含有孢子、病原体和热原,这些都是公共卫生问题。[1]污水污泥的标准卫生(例如,将污泥加热到70°C)并不能消除所有这些污染物。

热解的工艺条件(> 500°C超过3分钟)甚至比批准的灭菌条件苛刻得多。因此,热解消除了污水污泥中所含的所有病原体[2]和热原,包括细菌、真菌、病毒、孢子、寄生虫、抗生素抗性基因等。最终产品,即生物炭,对公共卫生没有威胁。

热解可消除污水污泥中的微污染物

由于污泥中微量污染物的存在,人们越来越关注污泥在农田中的扩散。最近的科学研究表明,热解可以破坏或去除几种微污染物:

有机污染物(如药物、激素干扰分子):

科学证据表明,在足够高的热解温度(> 500℃)和较长的热解时间(> 3 min)下,所有参考有机污染物和微污染物都被完全或几乎完全降解或从固体材料中被驱逐。德国环境部(Bundesumweltamt)于2019年发表的一项研究[3]分析了500°C以上热解处理后各种药用生物固体的残留物。经处理后,所有被检药品均低于检出限。作者总结道:“通过热化学处理(即热解),可以实现药物残留物的完全破坏不需要进一步的技术处理措施。”

pfa:

全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)通过热解过程消除。Kundu等(2021)[4]研究发现,在热解-燃烧一体化过程中,污水污泥中> 90%的全氟辛烷磺酸和全氟辛酸被破坏。美国环保署研究与发展办公室(2021年)[5]在美国公司Bioforcetech的商业化安装的PYREG装置上进行的证据表明,在600°C下热解10分钟,在850°C下燃烧热解气体可以消除污水污泥中的PFAS。Bioforcetech(2021)[6]有报道38种PFAS化合物在生物炭中全部保持在或去除到低于检测限值在其热解和热解气体燃烧过程中。

多环芳烃:

在欧洲,在农业用地上散布污水污泥是非常普遍的,尽管污泥可能含有高浓度的有毒多环芳烃(PAH)。适当设计的热解过程可以消除这些化合物,使生物炭的多环芳烃含量低于限值甚至检测限:Moško等人(2021)[7]表明,在> 400°C下缓慢热解可以去除超过99.8%的所研究的多氯联苯、多环芳烃、内分泌干扰化学物质和激素化合物。作者指出:高温(> 600°C)缓慢热解能较好地去除污泥炭中的有机污染物,可作为土壤改良剂安全应用。

热解可以消除污水污泥中的微塑料

研究表明,污水污泥是微塑料的集散地。因此,有效减少塑料碎片对潜在的扩散至关重要。[8]Ni et al.(2020)[9]发现当热解温度达到450℃时,污泥中含量最多的两种微塑料聚乙烯和聚丙烯被完全降解。在500℃的热解温度下,微塑料的总浓度从550.8 ~ 960.9降低到1.4 ~ 2.3粒/g。未留下粒径在10 ~ 50 μm之间的微塑料。

为了说明塑料在高温处理过程中的行为(例如热解过程),PE和PP的热分解曲线如图所示图1。PE和PP在400°C和500°C之间的热降解表现出显著的质量损失,而在500°C以上这种材料完全降解了,没有留下任何明显的残留物。[10]PET是一种与污水污泥高度相关的塑料类型,在450°C以上的温度下开始分解并转变为气相。在500°C以上的温度下,PET分解在不到一分钟(α = 1)内终止[11]。裂解后的气体具有高热值,可用于能源生产。因此,污泥热解是大幅度减少环境中微塑料的一种好方法

图1:在两种不同的测试环境:惰性气氛和空气中,在恒定升温速率下测量的PE和PP的TG扫描。[12]

来源:

[1]胡更斯,D. Garcia-Gutierrez, P. Orveillon, G. Schillaci, C. Delre, A. Orgiazzi, A. Wojda, P. Tonini, D. Egle, L. Jones, A. Pistocchi, A. Lugato, E.污水污泥管理中有机污染物的风险评估与环境影响,欧盟出版署,2022,ISBN 978-92-76-57322-7 (online), doi:10.2760/541579 (online), JRC129690。

[2]帕兹-费雷罗,乔治,奥罗拉·涅托,安娜·姆萨梅德斯,马修·彼得·詹姆斯·阿斯克兰和加布里埃尔Gascó。2018.“生物固体热解的生物炭:综述”,《国际环境研究与公共卫生杂志》,第15期。5: 956。https://doi.org/10.3390/ijerph15050956

[3]德国联邦环境科学(2019)Arzneimittelrückstände in Rezyklaten der phosprrckgewinnung aus Klärschlämmen, Umweltforschungsplan des bundesministerums f r Umweltforschungsplan des bundesministerums f, Naturschutz und nukleare Sicherheit, Forschungskennzahl 3715 33401, UBA-FB 002724 (https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2019-03-29_texte_31-2019_arzneimittelrueckstaende-klaerschlamm_v2.pdf)

[4]张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军,张建军。科学。:水资源技术[j] .中文信息学报,2021,7,638-649

[5]张晓明,陈晓明,陈晓明,环境保护署PFAS处理技术的研究进展,环境保护署环境科学与技术研讨会,2017,21 (2):1 - 7

[6] https://ccag.ca.gov/wp content/uploads/2020/02/bft_feb_2020 - 1. - pdf

[7] Moško J, Pohořelý M, Cajthaml T, Jeremiáš M, Robles-Aguilar AA, skolia S, Beňo Z, innemanov P, linhartov L, Michalíková K, Meers E.热解温度对厌氧稳定污泥中有机污染物去除的影响。Chemosphere。2021年2月;265:129082。doi: 10.1016 / j.chemosphere.2020.129082。Epub 2020 11月23日PMID: 33309446

[8]王晓明,王晓明,王晓明,城市污水处理中微塑料的研究进展,环境科学与技术,2016,第4卷,第2 - 3页,ISSN 2468-5844, https://doi.org/10.1016/j.coesh.2019.12.001。

[9], B。,朱镕基,Z,李,W,燕,X。,,W,徐问,夏,Z,戴,X。,和太阳,j .(2020)。热解处理污泥中的微塑料:热解温度的作用环境科学与技术,7,961-967。

[10]刘志强,高聚物及其复合材料的热降解研究,高分子材料学报,2018,pp. 185-206, https://doi.org/10.1016/B978-0-323-52472-8.00009-5

[11]王晓明,王晓明,王晓明,等。大量塑料废弃物(PET)热解动力学建模及现场排放监测。环境科学,32,112(2020)。https://doi.org/10.1186/s12302 - 020 - 00390 - x https://www.researchgate.net/figure/Reaction-progress-a-versus-the-temperature-for-the-PET-pyrolysis-where-the-coloured-and_fig1_343994995。

[12]刘志强,高聚物及其复合材料的热降解研究,高分子材料学报,2018,pp. 185-206, https://doi.org/10.1016/B978-0-323-52472-8.00009-5

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