摘要：本文介紹了污水廠污泥低溫?zé)峤庠囼?yàn)的初步研究成果，它能有效去除污泥中的污染物質(zhì)，同時(shí)污泥熱解的產(chǎn)物還可作為能源加以回收。

關(guān)鍵詞：低溫?zé)峤?污泥處置 能量回收

隨著城市污水處理率的上升，城市污水廠污泥將大量增加。污泥處理方法種類繁多，但大都存在一些弊端。土地填埋處理由于可供填埋場(chǎng)地越來越少，今后將受到嚴(yán)格控制；焚燒法處理由于設(shè)備及運(yùn)行費(fèi)用昂貴、投資大，也不普遍適用[1]。至于目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的污泥濃縮、壓濾脫水后即行排放的處理方法，則有處理不徹底，易引起二次污染等缺點(diǎn)[2]。而污泥熱化學(xué)處理法具有滅菌效果好、處理迅速、占地相對(duì)較少、處置后污泥性質(zhì)穩(wěn)定并能進(jìn)行能源回收等優(yōu)點(diǎn)，因此能達(dá)到使污泥處置減量化、無害化、資源化的目的。

1． 污泥熱分解機(jī)理

目前進(jìn)行的污泥熱解試驗(yàn)尚不能完全有效地闡明其作用機(jī)理。國(guó)內(nèi)外學(xué)者較普遍的看法為：污泥被加熱至200℃~300℃，其中的脂肪族化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化；加熱至300℃~390℃時(shí)，蛋白質(zhì)類化合物轉(zhuǎn)化；390℃以上，糖類化合物轉(zhuǎn)化，肽鏈斷裂，基因變性轉(zhuǎn)移；與此同時(shí)，碳化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化至450℃時(shí)轉(zhuǎn)化完成。所以污泥熱解在500℃以下即可完成。本人的大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果亦證實(shí)如此，但在無氧或缺氧條件下熱解狀況會(huì)略有不同[3，4]。

2． 試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)原理

缺氧條件下，加熱脫水污泥至一定溫度（＜320℃），通過熱解和干餾作用，使污泥性質(zhì)發(fā)生變化，分解產(chǎn)出碳、油和不凝氣體。大部分產(chǎn)物可進(jìn)行能源回收。

2.2試驗(yàn)原料

所取污泥為武漢水質(zhì)凈化廠脫水污泥，經(jīng)取樣和化驗(yàn)，其平均數(shù)據(jù)如下：

項(xiàng)目 Cu Zn Cr Cd Hg Pb As 混合 148.4 543.9 72.8 0.70 0.42 55.1 18.8 初沉 132.7 568.2 78.6 0.75 0.94 57.5 21.4

項(xiàng)目

Cu

Zn

Cr

Cd

Hg

Pb

As

混合

148.4

543.9

72.8

0.70

0.42

55.1

18.8

初沉

132.7

568.2

78.6

0.75

0.94

57.5

21.4

從以上兩表可看出，污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高，具有一定熱值，而N、P、K等植物營(yíng)養(yǎng)素含量不高，部分污泥重金屬含量超標(biāo)（GB4284-84）。這種污泥農(nóng)用不會(huì)有好的效果。

2.3試驗(yàn)設(shè)備及方法

2.3.1 主要設(shè)備： 電熱干燥箱，馬弗爐，熱解器，氧彈測(cè)熱儀，冷凝瓶，分液漏斗，日產(chǎn)TAS-100熱分析儀

2.3.2 測(cè)試項(xiàng)目：反應(yīng)溫度、時(shí)間、含水率、VS含量、TG圖和放熱值

2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

W1(g) W2(g) W3(g) P(%) VSS(%) 24.972 38.128 30.698 34.222 56.476 23.876 37.191 29.569 33.425 57.243 24.573 37.771 30.270 34.012 56.827

W1(g)

W2(g)

W3(g)

P(%)

VSS(%)

24.972

38.128

30.698

34.222

56.476

23.876

37.191

29.569

33.425

57.243

24.573

37.771

30.270

34.012

56.827

注：測(cè)試所用方法參見文獻(xiàn)5。

污泥熱解在溫度大于200℃時(shí)開始有明顯表象生成，至300℃停留1小時(shí)后，反應(yīng)基本停止（圖1）。污泥熱解產(chǎn)物為炭、油、水和不凝氣體，主要是炭和油，故對(duì)這兩類物質(zhì)進(jìn)行分析。

從圖１可知，污泥熱解時(shí)產(chǎn)炭率隨溫度升高而下降，產(chǎn)油率隨溫度升高而上升。得到的炭占污泥干重的50~70%，體積約為原污泥的1/3~1/2。一般含有機(jī)物較多的炭為無光澤的黑色塊粒。污泥炭性質(zhì)穩(wěn)定，無異味，殺菌率為100%，可長(zhǎng)期貯存。所得油有濃重的氣味，呈棕色，易被明火點(diǎn)燃，所得率在20~35%左右（重量比）。所得氣體帶惡臭味，主要含有H2S、甲硫醇和氨等物質(zhì)，這些氣體可通過燃燒脫臭。由于在實(shí)驗(yàn)過程中，避開了生成二噁英等持久性污染物的最佳溫度區(qū)域，故不必?fù)?dān)心生成這類物質(zhì)[6，7]。

采用日產(chǎn)TAS-100熱分析儀進(jìn)行TG和DTA測(cè)試。污泥熱解自200℃開始，放出煙氣。大約至300℃時(shí)，煙氣放出速率最高，維持一段時(shí)間后濃煙消失，至350℃時(shí)反應(yīng)基本停止。

從TG和DTA曲線判斷污泥熱解在缺氧條件下進(jìn)行的是放熱反應(yīng)。其中200~350℃對(duì)于城市污水廠污泥而言是較好的熱解溫度范圍。當(dāng)溫度升至500℃左右，其轉(zhuǎn)化率為最高，但熱解溫度高，需增加大量加熱設(shè)備、消耗大量熱能，不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)在該溫度下，會(huì)產(chǎn)生難以處理的二噁英類物質(zhì)[8]。這種污泥經(jīng)200~350℃低溫?zé)峤夂?，各類污染物質(zhì)均被去除。部分重金屬離子留在灰分中，不會(huì)造成二次污染。灰分體積減為原有體積的30%以下，便于運(yùn)輸填埋。

3．炭化污泥合成燃料

上述熱解后的污泥稱之為炭化污泥。其性質(zhì)穩(wěn)定，且有一定量的有機(jī)質(zhì)（表4），仍具有一定熱值。這種污泥可與其他固體燃料混合供工業(yè)鍋爐使用。既減少了污泥處置成本，又可作為一種能源回收，獲得一定經(jīng)濟(jì)效益。

W1(g)

W2(g)

W3(g)

P(%)

VSS(%)

24.563

44.279

39.981

1.42

21.8

24.394

44.120

39.701

1.37

22.4

25.622

45.304

41.328

1.59

20.2

此外，為了充分說明炭化污泥可利用的價(jià)值，本人還進(jìn)行了污泥型煤燃燒可行性分析，即將所配制型煤經(jīng)氧彈放熱測(cè)試，其發(fā)熱值可達(dá)到20000KJ·kg-1，符合一般燃料用煤放熱值條件[9]。這種型煤具有點(diǎn)火快、燃燒充分等優(yōu)點(diǎn)。表5列出了炭化污泥型煤與普通民用蜂窩煤比較。

4．污泥熱解的能量分析

由于條件所限，本文未對(duì)污泥熱解進(jìn)行能量平衡分析。根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，可以得出污泥熱解過程為能量?jī)糨敵鲞^程。其中污泥含水率及有機(jī)質(zhì)含量是污泥熱解能量回收效果的關(guān)鍵。因此，對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量較高的污泥采用污泥熱解法處置是適當(dāng)?shù)?，此外，提高污泥脫水能力也是決定污泥熱解成敗的重要因素[8，10]。

結(jié) 論：

采用污泥低溫?zé)峤饽苡行コ勰嘀械奈廴疚镔|(zhì)，灰份可填埋，不形成二次污染。污泥熱解產(chǎn)物中的污泥炭和油類均可作為燃料回收使用。其中污泥炭又可與其它固體燃料按一定比例混合后，形成合成燃料。

污泥熱解是放熱分解反應(yīng)，對(duì)于城市污水廠污泥，其經(jīng)濟(jì)、有效熱解溫度區(qū)域在200℃~350℃。

對(duì)于生活污水污泥，熱解處理產(chǎn)油率在20~35%之間，產(chǎn)炭率在50%~70%左右。

1．高庭耀. 水處理手冊(cè). 北京. 高教出版社， 1983

2．鄧曉林. 上海城市污水處理廠的污泥處置途徑探討. 中國(guó)給水排水， 2000，Vol.16(5)

3．邵立明. 污水廠污泥低溫?zé)峤膺^程能量平衡分析. 上海環(huán)境科學(xué)，1996，Vol 15(6)

4．Bayer B. Kutubuddin M. Proc.of the International Recycling Congress. Berlin: EF Verlag， 1987， 314-318

5．5．金儒霖 污泥處理 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982

6．汪恂. 二噁英的危害與防治. 武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001， Vol 24(4)

7．Campell H.W. and Bridle T.R. Conversion of sludge to oil: a novel approach to sludge management. Wat. Sci. Tech， 1989， Vol. 21. 1467~1475

8．J. Werther， T. Ogada. Sewage sludge combustion. Progress in Energy and Combustion Science， 1999， Vol.25:55~116

9．大內(nèi)公耳. 煤炭的利用技術(shù). 西安交大出版社

10何品晶， 顧國(guó)維. 低溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化污泥制油技術(shù). 環(huán)境科學(xué)， 1996， Vol.16(5):82~86