污泥熱解研究現(xiàn)狀樣本

污泥熱解研究現(xiàn)狀謝鵬超09S027071摘要：污泥熱解作為一種可資源化污泥解決技術(shù)，越來越受到國內(nèi)外研究人員注重。本文對國內(nèi)外對污泥熱解原理、影響因素、產(chǎn)物以及慣用研究辦法等進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)。并對當(dāng)前污泥熱解研究熱點進(jìn)行了概括，點明污泥熱解研究方向。核心詞：污泥熱解、熱解工藝、熱解機理、影響因素、熱解產(chǎn)物引言隨著人口日益增長和全球社會日益城鄉(xiāng)化,都市污水產(chǎn)生量越來越大,作為都市污水解決副產(chǎn)品污泥數(shù)量也在急劇增長。污水污泥是一種由有機殘片、微生物、無機顆粒、膠體等構(gòu)成非均質(zhì)體,污泥具有有毒有機物、致病微生物和重金屬,會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危險,隨著污泥產(chǎn)量急劇增長,污泥處置越來越受到人們注重。由于污泥中具有大量有機質(zhì),為其能源化運用提供了物質(zhì)基本【1】。因而，可以用某種辦法把這種貯存在污泥中能量，以熱量或作為燃料或制造出特殊化學(xué)品形式釋放出來【2】。普通可采用三種辦法來運用其中能量：直接燃燒、氣化和熱解【3-5】。其中，熱解法在近來幾年受到了越來越多關(guān)注。污泥熱解不但可以減少二惡英產(chǎn)生，將大某些重金屬固定在固體殘渣中而減少二次污染形成，并且還可以產(chǎn)生運用價值較高生物油，不凝性氣體和焦炭，為污泥減量化、無害化和資源化提供了新有效途徑。污泥熱解工藝污泥熱解工藝按加熱方式不同可分為加熱爐加熱和微波輻射加熱兩類。加熱爐加熱式污泥熱解反映器重要有固定床反映器、旋轉(zhuǎn)反映器和流化床反映器等類型【6】。依照污泥預(yù)解決方式不同，加熱爐加熱熱解可分為3類。（1）簡樸熱解工藝污泥經(jīng)105℃干燥后直接在電爐中加熱熱解。（2）化學(xué)活化工藝污泥經(jīng)105℃干燥后，先與化學(xué)活化劑混合，然后在電爐中加熱熱解。當(dāng)前，慣用化學(xué)活化劑涉及：ZnCl2、H2SO4、ZnCl2和H2SO4混合物、KOH等【7】。（3）物理活化工藝將熱解殘渣置于反映爐中，在一定溫度下繼續(xù)通入CO2或水蒸氣等。熱解過程中普通通入N2保持無氧環(huán)境，但也有研究人員用CO2代替N2【8】，或者在污泥上表面覆蓋一層＜1mm厚焦碳，運用高溫下焦碳和污泥自身揮發(fā)產(chǎn)生有機蒸氣燃燒消耗氧氣而得到無氧環(huán)境【9】。加熱熱解時，熱解溫度、高溫停留時間和升溫速度是影響污泥熱解產(chǎn)物收率重要工藝條件【10】。微波輻射熱解是通過微波輻射致使污泥達(dá)到高溫并熱解工藝。運用微波加熱污泥耗能只有老式辦法50%【11】。研究表白【12-15】，微波輻射熱解解決污泥時必要在污泥中加入少量微波吸取劑才干使污泥達(dá)到熱解所需要高溫，否則污泥溫度只能達(dá)到200℃。當(dāng)前已有研究中使用微波吸取劑重要有石墨、熱解污泥殘渣、SiC和活性炭。此外，微波熱解中可考察工藝參數(shù)有微波頻率，輻射時間，輻射模式等。。污泥熱解機理污泥熱解【16】過程中,諸多熱分解反映也許同步發(fā)生,因而很難擬定污泥轉(zhuǎn)化途徑。污泥熱解原理研究，涉及動力學(xué)特性和模型研究當(dāng)前依然還處在摸索階段。但是當(dāng)前比較公認(rèn)污泥熱解轉(zhuǎn)化途徑可以大體分為三個階段：水分析出階段、易揮發(fā)成分析出階段和無機物分解階段【17-18】。由于污泥中水分和少量外在水分會在第一階段揮發(fā)，因此這一階段污泥失重較少；由于生物污泥中具有大量生物質(zhì)，存在大量易揮發(fā)物質(zhì)，同步污泥中含碳化合物C-C鍵會在第二階段斷裂，因此第二階段污泥失重最多；第三階段重要是無機物質(zhì)分解階段，這一階段失重重要是由碳酸鹽引起，失重至少【18,19,20】。當(dāng)前，由于污泥熱解詳細(xì)途徑以及動力學(xué)特性等機理當(dāng)前依然存在爭論，因而，污泥熱解機理依然是研究熱點。邵敬愛【21】等研究發(fā)現(xiàn)污泥熱解并不是一種簡樸一級反映，而是重要由隨機成核機制所控制各種反映機制并存過程。魏立安【22】等運用Coats-Redfem方程求得污泥熱解動力學(xué)參數(shù)如下表：動力學(xué)參數(shù)求解成果【22】污泥熱解慣用研究辦法為熱重法（TG）和差熱分析法（DTA）。熱分析法是研究物質(zhì)物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及其變化過程一種重要手段，采用熱分析法可以較好模仿污泥熱解過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化。污泥熱解影響因素污泥熱解是一種復(fù)雜過程，影響其熱解重要因素有污泥種類、熱解溫度及熱解反映時間。2.1污泥種類由于污泥熱解重要是運用污泥中有機質(zhì)，并將其能量化一種污泥處置辦法，因而不同種類污泥對污泥熱解影響較大?？倎碇v，有機質(zhì)含量越高污泥越利于污泥熱解；同步污泥按有機組分可以看作由類纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成，不同有機質(zhì)構(gòu)成污泥，其熱解時機理以及反映歷程亦有較大差別，因而，研究人員在研究污泥熱解機理時，常將三組物質(zhì)獨立反映，然后再線性疊加【20，23】。此外，由于大多數(shù)污泥中都具有重金屬，而不同種類污泥具有污泥重金屬種類有所不同，許多重金屬在熱解時都會成為良好催化劑，而在一定限度上加快熱解反映【24】。并且，不同種類污泥粒徑亦不相似，總體而言粒徑可以影響污泥顆粒升溫速率乃至揮發(fā)成分析出速率，從而變化污泥熱解行為。邵敬愛【21】等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)選用污泥粒徑越小時，比表面積越大，污泥熱解反映速率越快。2.2污泥熱解溫度與反映時間污泥熱解速率、污泥熱解產(chǎn)物以及污泥熱解效率都與污泥熱解溫度有著極大地關(guān)系。同步，當(dāng)熱解溫度變化時，熱解反映機理也有也許不同，熱解動力學(xué)參數(shù)也需要進(jìn)行獨立計算分析【25-26】。因而，污泥熱解溫度作為污泥熱解最重要影響因素也受到了國內(nèi)外研究人員青睞。CamPbell【27】等人在275-550℃范疇內(nèi)對生污泥和厭氧發(fā)酵污泥進(jìn)行了研究，以最大產(chǎn)油率為目，得出最佳反映條件是：溫度450℃，停留時間0.5h。高現(xiàn)文【10】等人研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)熱解終溫不大于450℃時，污泥熱解時間隨熱解終溫升高而增長，不不大于450℃時污泥熱解時間隨熱解終溫升高而減少；熱解氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨熱解終溫升高而增大，500℃前焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大，500℃后隨溫度升高而減小，焦炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而減??；焦油熱值在500~600℃狀況下達(dá)到最大，500℃左右焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，從能耗方面看500℃也是一種最佳產(chǎn)油熱解溫度；從焦炭工業(yè)分析看，隨熱解終溫升高焦炭中揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，灰分和固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。陳漢平【28】等研究發(fā)現(xiàn)不同溫度下得到半焦具備相似比表面積和孔徑分布趨勢，在約4nm處浮現(xiàn)峰值?？偪兹莘e和比表面積隨熱解終溫提高而逐漸增長，并且半焦中重要存在是微孔和中孔，有助于污泥熱解反映進(jìn)行。張鋪【29】等人發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度增長，重金屬在殘渣中分布也有所增長。污泥熱解產(chǎn)物污泥熱解產(chǎn)物涉及氣體、液體和固體殘渣三某些。其中固、液、氣三相產(chǎn)物質(zhì)量普通為試樣入料11%、74.6%、14.4%【30】。在污泥熱解所得三相產(chǎn)物中，固相產(chǎn)物孔隙較多，可作為吸附劑或建材等，液相產(chǎn)物重要是生物油，通過改性可做燃料油或化工原料，氣體則可提純氫氣以及烴類，用作化工原料或者輸送給電廠作為發(fā)電燃料等【31】。4.1氣體產(chǎn)物污泥熱解后產(chǎn)氣憤體重要有N2、H2、CO2、CO以及低碳烴類（CH4、C2H4、C2H6）等。這些氣體具備很高熱值，不但可以在反映時提供熱解所需溫度，還可以收集回用。Menendez【32】等研究發(fā)現(xiàn)污泥中有機成分發(fā)生了吸熱性氣化反映：（1）（2）（3）（4）其中，低溫度段重要發(fā)生反映（1）和反映（4），隨著熱解溫度達(dá)到600℃左右，污泥熱解在600℃時會產(chǎn)生一定量水，隨著著污泥揮成發(fā)分裂解產(chǎn)生水發(fā)生了反映（2）和反映（3）【33】。高標(biāo)【17】等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)熱解溫度在低溫階段時，污泥熱解氣體成分以CO2為主，但含量隨溫度升高而減少，CO和H2含量隨溫度升高而升高。丁兆軍【30】等研究發(fā)現(xiàn)，污泥熱解時，在200-300℃和600-700℃溫度區(qū)間各有一種產(chǎn)氣高峰。熱解產(chǎn)氣憤體是由H2、CO2、CO、CH4、C2H4等氣體構(gòu)成富氫氣體。污泥熱解制氫需要600℃以上高溫，當(dāng)溫度處在100-900℃時，H2大量產(chǎn)出，階段最高產(chǎn)率達(dá)51.61%。H2作為一種清潔能源，在污泥熱解中，如何提高污泥熱解氣體中氫氣含量依然是當(dāng)前污泥熱解研究熱點方向。4.2液體產(chǎn)物污泥熱解液相產(chǎn)物重要是生物油，通過改性可做燃料油或化工原料。ShenLilly【34】等研究發(fā)現(xiàn)，污泥熱解油類產(chǎn)物存在著產(chǎn)油高峰期，在高峰期之前，產(chǎn)油量隨著反映時間和熱解溫度逐漸增大，達(dá)到高峰期之后，污泥熱解油類產(chǎn)物會有所下降而最后穩(wěn)定在一種平衡狀態(tài)。這是由于到達(dá)高峰期后，污泥熱解產(chǎn)生油類產(chǎn)物會發(fā)生二次分解，生成某些熱解氣。高現(xiàn)文【10】等研究發(fā)現(xiàn)焦油熱值在500-600℃狀況下達(dá)到最大，500℃左右焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，從能耗方面看500℃也是一種最佳產(chǎn)油熱解溫度。由于污泥熱解產(chǎn)氣憤態(tài)物質(zhì)具備更高運用價值，因而如何經(jīng)濟合理控制熱解條件，促使熱解產(chǎn)生油類物質(zhì)發(fā)生二次熱解成為了當(dāng)前研究一種熱點和難點。4.3固體產(chǎn)物當(dāng)前，熱解固體殘渣重要被嘗試用于各類污染物吸附脫除，如水中金屬離子、染料、COD以及氣流中SO2、H2S等，或者用作建筑材料，其中用作吸附材料具備更大發(fā)展前景和經(jīng)濟價值。因而，關(guān)于熱解殘渣構(gòu)造研究也重要集中于與吸附關(guān)于表面構(gòu)造分析，以及影響殘渣表面構(gòu)造各種因素，而污泥構(gòu)成和熱解溫度、活化預(yù)解決方式等工藝條件則是影響固體殘渣構(gòu)造重要因素。元素構(gòu)成：污泥熱解殘渣中具有豐富碳元素和少量金屬元素。污泥來源不同，熱解條件變化，與否進(jìn)行活化都會影響殘渣中元素種類和含量。AndresFullana【35】等測得都市污水解決廠污泥在850℃下熱解殘渣中非金屬元素重要有C、H、N和很少量S，其中碳元素含量最高，從29.2%到35.3%不等；而殘渣中金屬元素種類較多，但含量較低，重要有Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr和Pb等，其中Fe含量相對最高，最多可達(dá)4.5%。而Bandosz【36】等發(fā)現(xiàn)，不同于都市污水廠污泥熱解殘渣中金屬元素以鐵含量最高，在含油污泥熱解殘渣中以鎂為主，幾乎是含油污泥熱解殘渣中鐵含量2倍。孔構(gòu)造分布:由于殘渣作為吸附劑核心在于其孔構(gòu)造分布，因而對孔構(gòu)造和比表面積研究是人們關(guān)注重點，而熱解溫度、活化工藝和污泥構(gòu)成對孔構(gòu)造形成與分布有著重要影響。當(dāng)前，已有研究均表白，熱解殘渣中形成了以中孔為主、微孔為輔孔構(gòu)造，在高溫下熱解甚至?xí)刑技{米管形成【37】。污泥構(gòu)成，特別是污泥中腐殖酸與富里酸比值越小，熱解后殘渣比表面積越大，從而更有助于作吸附劑使用。研究發(fā)現(xiàn)【38】，活化方式不同對熱解殘渣孔構(gòu)造影響不同：CO2物理活化和磷酸化學(xué)活化對孔構(gòu)造影響很小，而對污泥進(jìn)行簡樸酸洗前解決即可以加倍熱解殘渣吸附容量，如用NaOH或KOH化學(xué)活化則可明顯提高孔體積，當(dāng)用磨細(xì)NaOH或KOH堿粒與污泥混合時，比表面積分別可以達(dá)到：689～1224m2/g和853～1686m2/g。普紅平【39】等進(jìn)一步分析了氯化鋅作為化學(xué)活化劑作用機制，以為氯化鋅重要作用是脫水，擬制了熱解過程中焦油產(chǎn)生，增進(jìn)了纖維素降解，提高了吸附劑中含碳量，從而有助于微孔形成。由于污泥熱解殘渣中是活性炭和無機相混合，因而其作為吸附劑，不但可以脫除水中有機物，也可以吸附金屬離子，進(jìn)而可以達(dá)到脫色和減少COD作用。有關(guān)研究重要集中在污水解決效果和污染物吸附機理兩方面。當(dāng)前，在水污染中，用熱解殘渣作為吸附劑對象有染料廢水、垃圾滲濾液、都市污水、含油污水等，實驗室研究均獲得了較好效果，如余蘭蘭【40】等用化學(xué)活化法制備污泥熱解殘渣解決都市污水，投加量為0.5%時，COD去除率可達(dá)68.18%。吸附平衡時間約為60min，吸附容量為41.24mg/g。同步污水色度也有了較大改進(jìn)，解決效果好于商品顆粒活性炭。在作為氣體污染物吸附劑中，余蘭蘭等【41-42】等以石化污泥制備熱解殘渣作為煙氣脫硫吸附劑，對干煙氣中SO2平衡吸附量為9.8mg/g，而對濕煙氣中SO2平衡吸附量達(dá)到了15.20mg/g，作者以為兩者差別較大因素在于前者僅存在物理吸附，而后者同步存在化學(xué)吸附，且殘渣中無機組分在濕式脫硫過程中起到了催化劑作用。翟云波等【43-44】以氯化鋅和硝酸鐵為活化藥劑制備熱解殘渣可以作為NH3選取性催化還原NOx催化劑，在反映溫度400℃時NOx最高轉(zhuǎn)化率可達(dá)98.3%。為提高污泥綜合運用價值，以污泥殘渣作為污染物吸附劑研究已成為研究熱點。特別是如何調(diào)節(jié)熱解固體殘渣孔徑以及表面改性研究，具備巨大應(yīng)用價值和經(jīng)濟前景。污泥熱解發(fā)展方向污泥熱解作為一種可資源化優(yōu)良污泥解決工藝具備著十分遼闊發(fā)展空間。但是由于污泥熱解反映復(fù)雜性，當(dāng)前對該技術(shù)研究應(yīng)用依然需要很長一段時間。詳細(xì)而言重要有如下幾種熱點方向。污泥熱解機理研究。如何控制反映歷程，如何合理構(gòu)造污泥熱解反映模型，如何合理劃分污泥熱解階段，污泥熱解特性以及影響因素有哪些。污泥熱解產(chǎn)物研究。如何合理經(jīng)濟地提高污泥熱解氣體產(chǎn)物，特別是氫氣產(chǎn)量，如何高效回收污泥裂解油回收，如何提高污泥熱解固體產(chǎn)物孔隙率，減少污泥固體產(chǎn)物顆粒，以及改進(jìn)污泥熱解固體表面活性。低溫高效污泥熱解技術(shù)研究應(yīng)用。

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