为了应对不断增长的废水处理需求,越来越多污水处理厂开始引入更先进的处理技术。但许多新工艺往往占用更多空间并消耗额外能源,因此亟需更高效、环境风险更低的替代方案。
化学强化初级处理(Chemical Enhanced Primary Treatment,CEPT)是一种利用化学药剂而非微生物来促进污水中悬浮物絮凝和凝聚的工艺。由于能够显著降低污水处理厂的能耗和运行成本,CEPT 近年来备受关注。
在这一过程中产生的大量污泥,可通过热解进一步减量和资源化。热解是一种在缺氧或无氧条件下进行的高温处理技术,能够减少污泥体积、分解有机污染物,并生成具有利用价值的生物炭等材料。然而,来自 CEPT 污泥(CS)的生物炭与传统生物处理污泥(BS)热解所得的生物炭在性质上存在明显差异。
这些差异可能影响重金属在生物炭中的赋存形态和稳定性,从而改变其在环境中的迁移和释放行为,潜在增加环境风险。目前,关于 CS 来源生物炭中重金属行为的系统研究仍然相对有限。
为弥补这一研究空白,韩国全北国立大学环境与能源系及土壤环境研究中心的白基泰教授带领团队,对比分析了 CS 与 BS 热解所得生物炭中重金属的含量与稳定性特征。
相关成果已发表在期刊《过程安全与环境保护》(Process Safety and Environmental Protection)上。

白基泰教授指出:“虽然 CEPT 有助于降低污水处理过程的能耗,但在评估其应用价值时,不能只看处理效率,还必须重视其副产物对环境的潜在影响。我们的研究揭示了 CS 来源生物炭可能带来的风险,并强调在 CEPT 应用不断扩大的背景下,有必要同步制定和落实相应的防控措施。”
研究团队从香港两座污水处理厂采集了 CS 和 BS 污泥样品,并在多种温度条件下对其进行热解处理。随后,对所得生物炭中的重金属含量及其稳定性进行了系统比较。
结果显示,CS 热解后的生物炭产率为 32.1%–40.9%,明显低于 BS 生物炭 43.9%–75.2% 的产率范围。重金属含量分析表明,在所有测试温度下,CS 来源生物炭中被固定、捕获的重金属比例均偏低,这意味着对 CS 进行热处理时,更容易出现重金属向周边环境释放的情况,存在二次污染风险。
进一步的稳定性测试发现,CS 来源生物炭中重金属的稳定性整体较差,尤其是在 800°C 以上高温条件下,重金属的迁移性显著增强,更易被浸出,从而增加环境安全隐患。基于这一发现,研究人员建议在处理 CEPT 污泥时,应避免采用过高的热解温度。
值得注意的是,在约 550°C 的优化热解温度下,两种污泥来源的生物炭中重金属均表现出良好的长期稳定性。这表明,只要控制合适的热解条件,CS 来源生物炭同样可以安全利用,例如用于土壤改良或作为肥料成分,类似于传统污泥生物炭的应用方式。
白基泰教授总结道:“我们的研究表明,合理设计和控制热解工艺参数,是提升 CEPT 工艺整体可持续性的关键环节。通过科学的污泥管理策略,CEPT 不仅能够支撑高效的污水处理,还可在减少碳排放和降低环境影响方面发挥积极作用,从长远来看将有利于人类生活质量和生态环境保护。”
