污泥熱化學(xué)處理的試驗

污泥熱化學(xué)處理的試驗研究

摘要：本文介紹了污水廠污泥低溫?zé)峤庠囼灥某醪窖芯砍晒?，它能有效去除污泥中的污染物質(zhì)，同時污泥熱解的產(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地越來越少，今后將受到嚴格控制；焚燒法處理由于設(shè)備及運行費用昂貴、投資大，也不普遍適用[1]。至于目前國內(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[2]。而污泥熱化學(xué)處理法具有滅菌效果好、處理迅速、占地相對較少、處置后污泥性質(zhì)穩(wěn)定并能進行能源回收等優(yōu)點，因此能達到使污泥處置減量化、無害化、資源化的目的。1．污泥熱分解機理目前進行的污泥熱解試驗尚不能完全有效地闡明其作用機理。國內(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，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，碳化合物發(fā)生轉(zhuǎn)化至450℃時轉(zhuǎn)化完成。所以污泥熱解在500℃以下即可完成。本人的大量實驗測試結(jié)果亦證實如此，但在無氧或缺氧條件下熱解狀況會略有不同[3,4]。2．試驗2.1試驗原理缺氧條件下，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)物可進行能源回收。2.2試驗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，其平均數(shù)據(jù)如下：表1污泥肥份及大腸桿菌數(shù)值項目有機質(zhì)（%）全N（%）全P（%）全K（%）大腸桿菌（個/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，污泥中有機質(zhì)含量較高，具有一定熱值，而N、P、K等植物營養(yǎng)素含量不高，部分污泥重金屬含量超標（GB4284-84）。這種污泥農(nóng)用不會有好的效果。2.3試驗設(shè)備及方法2.3.1主要設(shè)備：電熱干燥箱，馬弗爐，熱解器，氧彈測熱儀，冷凝瓶，分液漏斗，日產(chǎn)TAS-100熱分析儀2.3.2測試項目：反應(yīng)溫度、時間、含水率、VS含量、TG圖和放熱值2.3.3試驗結(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：測試所用方法參見文獻5。污泥熱解在溫度大于200℃時開始有明顯表象生成,至300℃停留1小時后，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，故對這兩類物質(zhì)進行分析。從圖1可知，污泥熱解時產(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%，可長期貯存。所得油有濃重的氣味，呈棕色，易被明火點燃，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。由于在實驗過程中，避開了生成二噁英等持久性污染物的最佳溫度區(qū)域，故不必擔(dān)心生成這類物質(zhì)[6,7]。采用日產(chǎn)TAS-100熱分析儀進行TG和DTA測試。污泥熱解自200℃開始，放出煙氣。大約至300℃時，煙氣放出速率最高，維持一段時間后濃煙消失，至350℃時反應(yīng)基本停止。圖3污泥DTA曲線從TG和DTA曲線判斷污泥熱解在缺氧條件下進行的是放熱反應(yīng)。其中200~350℃對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。同時在該溫度下，會產(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，不會造成二次污染?；曳煮w積減為原有體積的30%以下，便于運輸填埋。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，為了充分說明炭化污泥可利用的價值，本人還進行了污泥型煤燃燒可行性分析，即將所配制型煤經(jīng)氧彈放熱測試，其發(fā)熱值可達到20000KJ·kg-1，符合一般燃料用煤放熱值條件[9]。這種型煤具有點火快、燃燒充分等優(yōu)點。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，本文未對污泥熱解進行能量平衡分析。根據(jù)國內(nèi)外資料，可以得出污泥熱解過程為能量凈輸出過程。其中污泥含水率及有機質(zhì)含量是污泥熱解能量回收效果的關(guān)鍵。因此，對于有機質(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)，對于城市污水廠污泥，其經(jīng)濟、有效熱解溫度區(qū)域在200℃~350℃。對于生活污水污泥，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1．高庭耀.水處理手冊.北京.高教出版社,19832．鄧曉林.上海城市污水處理廠的污泥處置途徑探討.中國給水排水,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,Vol15(6)4．BayerB.KutubuddinM.Proc.oftheInternationalRecyclingCongress.Berlin:EFVerlag,1987,314-3185．5．金儒霖污泥處理北京：中國建筑工業(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,2001,Vol24(4)7．CampellH.W.andBridleT.R.Conversionofsludgetooil:anovelapproachtosludgemanagement.Wat.Sci.Tech,1989,Vol.21.1467~14758．J.Werther,T.Ogada.Sewag