污泥热化学处理的试验研究

污泥热化学处理的试验研究
摘要：本文介绍了污水厂污泥低温热解试验的初步研究成果，它能有效去除污泥
中的污染物质，同时污泥热解的产物还可作为能源加以回收。

关键词：低温热解污泥处置能量回收
随着城市污水处理率的上升，城市污水厂污泥将大量增加。

污泥处理方法种类繁多，但大都存在一些弊端。

土地填埋处理由于可供填埋场地越来越少，今后将受到严
格控制；焚烧法处理由于设备及运行费用昂贵、投资大，也不普遍适用[1]。

至于目前国内广泛使用的污泥浓缩、压滤脱水后即行排放的处理方法，则有处理不彻底，易引
起二次污染等缺点[2]。

而污泥热化学处理法具有灭菌效果好、处理迅速、占地相对较少、处置后污泥性质稳定并能进行能源回收等优点，因此能达到使污泥处置减量化、
无害化、资源化的目的。

1．污泥热分解机理
目前进行的污泥热解试验尚不能完全有效地阐明其作用机理。

国内外学者较普遍
的看法为：污泥被加热至200℃~300℃，其中的脂肪族化合物发生转化；加热至
300℃~390℃时，蛋白质类化合物转化；390℃以上，糖类化合物转化，肽链断裂，基
因变性转移；与此同时，碳化合物发生转化至450℃时转化完成。

所以污泥热解在500℃以下即可完成。

本人的大量实验测试结果亦证实如此，但在无氧或缺氧条件下热解状
况会略有不同[3,4]。

2．试验
2.1试验原理
缺氧条件下，加热脱水污泥至一定温度（＜320℃），通过热解和干馏作用，使污泥性质发生变化，分解产出碳、油和不凝气体。

大部分产物可进行能源回收。

2.2试验原料
所取污泥为武汉水质净化厂脱水污泥，经取样和化验，其平均数据如下：
表1污泥肥份及大肠杆菌数值项目
有机质
（%）
全N
（%）
全P
（%）
全K
（%）
大肠杆菌
（个/100g）
S
(%)
混合
62.1
1.520
0.735
1.04
＜2400
0.835
64.8
1.457
1.416
1.01
＜2400
0.650
表2污泥重金属含量表(g﹒kg-1) 项目
u
Zn
r
d
Hg
Pb
As
混合
148.4
543.9
72.8
0.70
55.1
18.8
初沉
132.7
568.2
78.6
0.75
0.94
57.5
21.4
从以上两表可看出，污泥中有机质含量较高，具有一定热值，而N、P、K等植物营养素含量不高，部分污泥重金属含量超标（GB4284-84）。

这种污泥农用不会有好的效果。

2.3试验设备及方法
2.3.1主要设备：电热干燥箱，马弗炉，热解器，氧弹测热仪，冷凝瓶，分液漏斗，日产TAS-100热分析仪
2.3.2测试项目：反应温度、时间、含水率、VS含量、TG图和放热值
2.3.3试验结果及讨论
表3污泥含水率及VS含量
污泥样
1(g)
3(g) P(%) VSS(%) 1
24.972 38.128 30.698 34.222 56.476 2
23.876 37.191 29.569 33.425 57.243 3
24.573 37.771 30.270 34.012
注：测试所用方法参见文献5。

污泥热解在温度大于200℃时开始有明显表象生成,至300℃停留1小时后，反应
基本停止（图1）。

污泥热解产物为炭、油、水和不凝气体，主要是炭和油，故对这
两类物质进行分析。

从图１可知，污泥热解时产炭率随温度升高而下降，产油率随温度升高而上升。

得到的炭占污泥干重的50~70%，体积约为原污泥的1/3~1/2。

一般含有机物较多的炭
为无光泽的黑色块粒。

污泥炭性质稳定，无异味，杀菌率为100%，可长期贮存。

所得
油有浓重的气味，呈棕色，易被明火点燃，所得率在20~35%左右（重量比）。

所得气
体带恶臭味，主要含有H2S、甲硫醇和氨等物质，这些气体可通过燃烧脱臭。

由于在
实验过程中，避开了生成二噁英等持久性污染物的最佳温度区域，故不必担心生成这
类物质[6,7]。

采用日产TAS-100热分析仪进行TG和DTA测试。

污泥热解自200℃开始，放出烟气。

大约至300℃时，烟气放出速率最高，维持一段时间后浓烟消失，至350℃时反应基本停止。

图3污泥DTA曲线
从TG和DTA曲线判断污泥热解在缺氧条件下进行的是放热反应。

其中200~350℃
对于城市污水厂污泥而言是较好的热解温度范围。

当温度升至500℃左右，其转化率
为最高，但热解温度高，需增加大量加热设备、消耗大量热能，不经济。

同时在该温
度下，会产生难以处理的二噁英类物质[8]。

这种污泥经200~350℃低温热解后，各类
污染物质均被去除。

部分重金属离子留在灰分中，不会造成二次污染。

灰分体积减为
原有体积的30%以下，便于运输填埋。

3．炭化污泥合成燃料
上述热解后的污泥称之为炭化污泥。

其性质稳定，且有一定量的有机质（表4），仍具有一定热值。

这种污泥可与其他固体燃料混合供工业锅炉使用。

既减少了污泥处
置成本，又可作为一种能源回收，获得一定经济效益。

表4炭化污泥分析炭化污泥样
1(g)
2(g)
3(g)
P(%)
VSS(%)
1
24.563
44.279
39.981
1.42
21.8
2
24.394
44.120
39.701
1.37
22.4
3
25.622
45.304
41.328
1.59
20.2
此外，为了充分说明炭化污泥可利用的价值，本人还进行了污泥型煤燃烧可行性分析，即将所配制型煤经氧弹放热测试，其发热值可达到20000KJ·kg-1，符合一般燃料用煤放热值条件[9]。

这种型煤具有点火快、燃烧充分等优点。

表5列出了炭化污泥型煤与普通民用蜂窝煤比较。

表5型煤成分分析
项目
水份（%）
挥发份（%）
灰份（%）
热值KJkg-1
炭化污泥型煤
7.56
10.4
34.5
18442
普通蜂窝煤
5.10
8.5
38.1
19080
4．污泥热解的能量分析
由于条件所限，本文未对污泥热解进行能量平衡分析。

根据国内外资料，可以得
出污泥热解过程为能量净输出过程。

其中污泥含水率及有机质含量是污泥热解能量回
收效果的关键。

因此，对于有机质含量较高的污泥采用污泥热解法处置是适当的，此外，提高污泥脱水能力也是决定污泥热解成败的重要因素[8,10]。

结论：
采用污泥低温热解能有效去除污泥中的污染物质，灰份可填埋，不形成二次污染。

污泥热解产物中的污泥炭和油类均可作为燃料回收使用。

其中污泥炭又可与其它固体
燃料按一定比例混合后，形成合成燃料。

污泥热解是放热分解反应，对于城市污水厂污泥，其经济、有效热解温度区域在200℃~350℃。

对于生活污水污泥，热解处理产油率在20~35%之间，产炭率在50%~70%左右。

参考文献
1．高庭耀.水处理手册.北京.高教出版社,1983
2．邓晓林.上海城市污水处理厂的污泥处置途径探讨.中国给水排
水,2000,Vl.16(5)
3．邵立明.污水厂污泥低温热解过程能量平衡分析.上海环境科学,1996,Vl15(6)
4．BayerB.Kutubuddin.Pr.ftheInternatinalReylingngress.Berlin:EFVerlag,1987, 314-318
5．5．金儒霖污泥处理北京：中国建筑工业出版社，1982
6．汪恂.二噁英的危害与防治.武汉科技大学学报,2001,Vl24(4)
7．apellH..andBridleT.R.nversinfsludgetil:anvelapprahtsludgeanageent.at.Si. Teh,1989,Vl.21.1467~1475
8．J.erther,T.gada.Seagesludgebustin.PrgressinEnergyandbustinSiene,1999,Vl. 25:55~116
9．大内公耳.煤炭的利用技术.西安交大出版社
10何品晶,顾国维.低温热化学转化污泥制油技术.环境科
学,1996,Vl.16(5):82~86。