污泥熱化學(xué)處理的試驗(yàn)

污泥熱化學(xué)處理的試驗(yàn)研究

摘要：本文介紹了污水廠(chǎng)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)鍵字：低溫?zé)峤馕勰嗵幹媚芰炕厥针S著城市污水處理率的上升，城市污水廠(chǎng)污泥將大量增加。污泥處理方法種類(lèi)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(lái)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(wú)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(lèi)化合物轉(zhuǎn)化；390℃以上，糖類(lèi)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(wú)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(guò)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(chǎng)脫水污泥，經(jīng)取樣和化驗(yàn)，其平均數(shù)據(jù)如下：表1污泥肥份及大腸桿菌數(shù)值項(xiàng)目有機(jī)質(zhì)（%）全N（%）全P（%）全K（%）大腸桿菌（個(gè)/100g）S(%)混合62.11.5200.7351.04＜24000.835初沉64.81.4571.4161.01＜24000.650表2污泥重金屬含量表(mg﹒kg-1)項(xiàng)目CuZnCrCdHgPbAs混合148.4543.972.80.700.4255.118.8初沉132.7568.278.60.750.9457.521.4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)果及討論表3污泥含水率及VS含量污泥樣W1(g)W2(g)W3(g)P(%)VSS(%)124.97238.12830.69834.22256.476223.87637.19129.56933.42557.243324.57337.77130.27034.01256.827注：測(cè)試所用方法參見(jiàn)文獻(xiàn)5。污泥熱解在溫度大于200℃時(shí)開(kāi)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(lèi)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(wú)光澤的黑色塊粒。污泥炭性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)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(guò)燃燒脫臭。由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，避開(kāi)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(lèi)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(kāi)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。圖3污泥DTA曲線(xiàn)從TG和DTA曲線(xiàn)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(chǎng)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(lèi)物質(zhì)[8]。這種污泥經(jīng)200~350℃低溫?zé)峤夂?，各?lèi)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?；曳煮w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(chēng)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。表4炭化污泥分析炭化污泥樣W1(g)W2(g)W3(g)P(%)VSS(%)124.56344.27939.9811.4221.8224.39444.12039.7011.3722.4325.62245.30441.3281.5920.2此外，為了充分說(shuō)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。表5型煤成分分析項(xiàng)目水份（%）揮發(fā)份（%）灰份（%）熱值KJkg-1炭化污泥型煤7.5610.434.518442普通蜂窩煤5.108.538.1190804．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(guò)程為能量?jī)糨敵鲞^(guò)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(lèi)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(chǎng)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。參考文獻(xiàn)1．高庭耀.水處理手冊(cè).北京.高教出版社,19832．鄧曉林.上海城市污水處理廠(chǎng)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(chǎng)污泥低溫?zé)峤膺^(guò)程能量平衡分析.上海環(huán)境科學(xué),1996,Vol15(6)4．BayerB.KutubuddinM.Proc.oftheInternationalRecyclingCongress.Berlin:EFVerlag,1987,314-3185．5．金儒霖污泥處理北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，19826．汪恂.二噁英的危害與防治.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,Vol24(4)7．CampellH.W.andBridleT.R.Conversionofsludgetooil:anovelapproachtosludgemanagement.Wat.Sci.Tech,1989,Vol.21.1467~14758．J.Werther,T.Ogada.Sewag