污泥堆肥过程中有机污染物的发生与消散机理研究进展外文翻译资料

 2023-03-27 06:03

污泥堆肥过程中有机污染物的发生与消散机理研究进展

原作者：Huixiong Lv等

亮点：

·在污泥堆肥过程中，多环芳烃、邻苯二甲酸酯显示出比二噁英更高的耗散百分比。

·多环芳烃、邻苯二甲酸酯等有机污染物主要通过降解和矿化去除。

·顽固的二噁英和多氯联苯可以固着在污泥堆肥的有机部分中。

·污泥堆肥后，抗生素抗性基因的丰度在某些情况下有所增加。

·创新和高效的堆肥处理对于去除顽固的持久性有机污染物和抗生素抗性基因是必要的。

摘要：

污水污泥含有各种类型的有机污染物，限制了它的土地应用。污泥堆肥可以有效地去除一些有机污染物。本综述总结了近年来关于不同有机污染物（包括持久性有机污染物）在污泥堆肥过程中的浓度变化和消散的研究，并讨论了它们的消散途径和目前对消散机制的理解。一些有机污染物如多环芳烃和邻苯二甲酸盐主要通过生物降解或矿化作用被清除，其消散比例高于二噁英和多氯联苯的比例。然而，一些难降解的有机污染物可能被封存在污泥混合物的有机部分中，在一些研究中，它们的含量和抗生素抗性基因丰度甚至在污泥堆肥后增加，为土地应用带来潜在风险。本综述表明，微生物群落及其对有机污染物的相应降解作用受到不同污染物、膨化剂、堆肥方法和工艺的影响。强调了在污泥堆肥过程中去除有机污染物的研究前景。

关键词：污泥堆肥、持久性有机污染物、消散、微生物群落、生物降解

  1. 引言

污水处理厂产生了大量的污水污泥。目前，污水污泥的主要代表性处置方式包括填埋、土地应用、干燥-焚烧、堆肥和作为建筑材料回收。土地应用是一种有前途的污水污泥处置方法。然而，污水污泥含有病原体、无机物（如重金属）和有机有毒污染物，限制了它的土地应用。

最近，许多研究都集中在污水污泥中的有机污染物上。备受关注的有机污染物包括多芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）、多氯二苯并对二恶英和多氯二苯并呋喃（PCDD/Fs）、多溴联苯醚（PBDEs）、邻苯二甲酸盐（PAEs）和全氟化合物（PFCs）。污水污泥中的药品和个人护理产品（PPCPs，特别是抗生素）也引起了人们越来越多的关注。一些有机污染物，如西班牙和德国污泥中的PCDD/Fs和中国污泥中的PAHs水平普遍呈现下降趋势，而多溴联苯醚的水平从瑞典开始每年增加16%。污泥中16种优先PAHs（Sigma;16PAHs）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）的最大总浓度分别高达280毫克/千克干重（除非另有说明）和3514毫克/千克，超过了欧盟委员会建议的土地应用标准限制（Sigma;16PAHs为6毫克/千克；DEHP为100毫克/千克）。污泥的土地应用会提高土壤、径流和地下水中有机污染物的含量。因此，有必要降低污水污泥中有害污染物的水平。

堆肥是一种具有成本效益的技术，可以减少或消除污水污泥中的病原体和有机污染物。为了优化污水污泥的堆肥方法和工艺，并研究其对污染物去除的影响机制，人们进行了大量的研究。到2020年，已经有超过1500篇关于污泥堆肥的论文发表（在Thomson的Web of Science的出版物标题中同时搜索 '堆肥 '和 '污泥'）。自2000年以来，许多研究关注污泥堆肥过程中有机污染物的发生和转归，并发现堆肥可以促进有机污染物的消散。最近，一些研究对污泥堆肥过程中出现的有机污染物的消散及其影响因素（尤其是微生物群落）进行了研究。随着对污泥堆肥和相关有机污染物的研究越来越多，总结有机污染物的消散及其机理，以及对其去除的影响因素是很有帮助的。

这项工作的目的是：（1）总结污泥堆肥中有机污染物的发生和清除情况；（2）讨论污泥堆肥过程中有机污染物可能的消散机制；（3）分析有机污染物清除的影响因素，特别是对微生物群落降解的影响。最后，讨论了在去除有机污染物方面的研究空白和进一步展望。

  1. 污泥堆肥中有机污染物的出现和清除

最近，人们在优化污水污泥堆肥的材料和方法方面做出了许多努力，以产生土壤改良剂并促进病原体和污染物的去除或消除（图1）。大多数堆肥（82%）是在实验室规模下进行的，只有18%是在试验/工厂规模下进行的（例如，风选），并使用各种膨松剂（图1和表1）。传统的嗜热堆肥（最高温度55-70◦C）被广泛采用，而超高温堆肥（最高温度达90◦C）只在少数情况下进行。堆肥材料、方法和时间的差异可能会导致污泥堆肥过程中有机污染物的发生、分布和去除率的不同，因此很难比较不同研究中有机污染物的去除效率。因此，本工作主要关注污泥堆肥中有机污染物的负荷和残留浓度、消散/去除效率和机制，以及影响因素（尤其是微生物群落）。

图 1 各种类型的污泥堆肥

表1 多环芳烃浓度和堆肥后去除率

多环芳烃

膨胀剂种类

（%）

堆肥时间（天）

初始浓度（mg/kg）

最终浓度（mg/kg）

去除效率（%）

主要多环芳烃

林业废物

50

5.58-9.83

1.81-2.88

62-75

主要多环芳烃

蘑菇残渣

39

13.5-15.9

-

58.7-76.4

苯并(a)芘

锯末/蘑菇残渣

60

5

-

51.1

主要多环芳烃

厨余和工业废物

365

82plusmn;25ng/g

83 33ng/g

57plusmn;31

苯并(a)芘

厨余和工业废物

4.3plusmn;2.1ng/g

2.4plusmn;2.8ng/g

76plusmn;29

主要多环芳烃

锯末

30

10.1-25.3

1.34-5.21

84.7

苯并(a)芘

锯末

30

lt;0.04-1.30

~0.52

主要多环芳烃

55%园林废弃物

35

2.94

1.16

61.6

苯并(a)芘

55%园林废弃物

35

0.37

0.028

92.5

主要多环芳烃

30%市场垃圾

35

3.96

0.56

85.8

苯并(a)芘

30%市场垃圾

35

1.65

0.056

96.6

主要多环芳烃

树皮和泥炭

124

8.0

0.6

92.5

主要多环芳烃

锯末

56

18.1

5.62-8.20

54.6-75.9

苯并(a)芘

锯末

56

1.02

~0.28

56.7-72.1

主要多环芳烃

园林废弃物

28

0.93plusmn;0.02

1.53plusmn;0.03

主要多环芳烃

2：1园林废弃物

90

0.48

67.8-100f

苯并(a)芘

2：1园林废弃物

90

0.024

《0.001》

99.5

主要多环芳烃

10%菜籽渣

50

75.2

16.2

79.0

苯并(a)芘

10%菜籽渣

50

1.75

0.63

63.9

主要多环芳烃

-

76

3.67-11.2

29.3-46.8

苯并(a)芘

-

76

0.24-1.27

0.11-0.38

主要多环芳烃

稻草

56

28.6

1.8-10.2

64-94

苯并(a)芘

稻草

56

0.62

0.06-1.1

~90

主要多环芳烃

20%飞灰

353

6.96plusmn;0.57

1.15plusmn;0.10

83.4

苯并(a)芘

20%飞灰

353

0.25plusmn;0.01

0.16plusmn;0.01

46.3

主要多环芳烃

锯末

353

8.25plusmn;0.68

0.98plusmn;0.09

88.1

苯并(a)芘

锯末

353

0.36plusmn;0.04

0.17plusmn;0.02

52.6

主要多环芳烃

11%稻草

180

0.21

0.02

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