城市污泥低温热解技术的探讨

浙江建筑，第２９卷，第ｌ０期，２０１２年ｌ０月　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔ．２０１２　城市污泥低温热解技术的探讨　Ｏｎ　Ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ｃｉｔｙ　Ｓｌｕｄｇｅ　沈巧炼　ＳＨＥＮ　Ｑｉａｏ－－ｌｉａｎ　（浙江城建煤气热电设计院有限公司，浙江杭州３１００１２）　摘要：传统污水、污泥处理技术已不能满足环境要求，必须寻求新的污水、污泥处理技术，而污泥热解是一种有效合理的污　泥处理技术。对污泥的低温热解技术进行了探讨，分析了反应温度、反应时间、反应速率和催化剂等对污泥热解产物的影响。并　对如何更好地进行污泥处置提出了建议。　关键词：污泥；低温热解技术；污泥热懈产物　中圈分类号：［ＴＵ９９２．３］；Ｘ７０３．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００８—３７０７（２０１２）１０—００６６一ｏ４　随着城市污水处理率的提高，污水处理厂污泥　（简称城市污泥）的出路问题已经成为一个复杂的　环境问题，并引起广泛的关注。城市污泥是城市生　活污水和工业废水在进行净化处理过程中产生的沉　埋处理方法大量占用土地¨　，处理不当很容易泄露　而造成地表水和地下水的污染。由于污泥中成分复　杂，有害物质较多，导致污泥堆肥在实际应用中存在　较多的限制　；污泥填海会对海洋生物造成危害，　淀物质，是一类危害性极大的固体废弃物。如果不　加以彻底处理与控制，将会对环境造成严重的二次　污染。如何安全、经济地处理处置城市污泥已成为　世界共同面临的环境难题。　目前，我国大部分城市污泥出了污水处理厂　后，便进入无序的临时堆存或简单填埋状态，不仅　占用了大量土地资源，而且严重破坏生态环境，特　严重污染海洋环境，已被国际公约所禁止；传统的焚　烧法最大优点是污泥体积的大量减少，并且可以达　到杀菌、稳定的目的，同时改善热效率，但焚烧废气　中含有二嗯英等挥发性有机物，导致废气处理费用　非常高。　鉴于目前的剩余污泥处置方法存在各种弊端，　有必要对剩余污泥处理途径提出一些新的思路和方　法。由ＢＡＹＥＲ　首次提出的污泥低温热解技术可　以很好地解决上述问题，并且能够更有效地进行污　别是污泥中的污水侵入地下水，造成局部地下水　资源难以复原的永久性危害。国外面临城市污泥　处理难问题早于我国数十年，在长期实践中建立　了污泥处理处置的方法。然而，由于我国国情与　国外发达国家不同，国外的污泥处理处置方法难　以在我国实施。　泥处理，而且热解产生的气体和油具有很高的热值，　这能成为潜在的燃料。　２污泥热解技术　污泥热解技术是利用污泥有机质在加热条件下　进行热解裂解过程，从而产生污泥衍生燃料的技术。　一１，污泥处置的现状　传统的污泥处置方法，如填埋法、堆肥法、填海　法和焚烧法等，都必须经过无害化、稳定化处理。填　般认为，热解过程中，２００～４５０℃污泥中所含的　脂肪族化合物蒸发，＞３００℃蛋白质转化，＞３９０℃　收稿日期：２０１２—０５—２９　作者简介：沈巧炼（１９７３一），女，浙江嵊州人，高级工程师，从事能源工程设计咨询及工程管理工作。　第１０期　沈巧炼：城市污泥低温热解技术的探讨　６７　糖类化合物开始转化，主要转化反应是肽键断裂，　３．１　反应温度　基团的转移变性及支链断裂　。热解过程中，部　在研究污泥低温热解转化时，一般温度控制　分产物的燃烧可做前置干燥和热解的热源，剩余　在５００　ｏＣ以内。从经济性和有效性来考虑，污泥低　能量以油的形式回收。这样不仅可以减少二嗯英　温热解的反应温度存在一个最佳温度值，使得热　的产生，且污泥中大部分重金属被固定在固体残　解反应最强烈。但是由于热解条件、操作方法、污　渣中加以回收，不会造成环境污染。而且三相产　泥样品等因素的影响，不同的实验研究结果不尽　物有很高的利用价值，有研究表明　污泥热解所　相同。　得的油可直接作为柴油发动机燃料。国外如德　邵立明等　对污泥低温热解过程的能量平衡　国、加拿大等在这方面已经工业化，并取得了很好　进行分析，认为２７０℃为适宜反应温度，即使在国内　的效果。污泥热解技术中低温热解法和高温热解　污泥有机质含量低的情况下，污泥热解过程仍是能　法较为普遍。　量净输出过程。　２．１低温热解法　喻健良等　研究了反应温度对污水处理厂污　污泥低温热解技术是在无氧条件下，将干燥后　泥的低温催化热解制油。研究表明，在温度为　的污泥加热到一定温度（通常＜５００℃），经过干馏　２５０—３２０　ｏＣ时，污泥的产油率随着反应温度的升　和热分解，使污泥转化为油、反应水、不凝性气体　高而增加，其中当温度为２５０～２７０℃时产油率增　（ＮＧＣ）和焦炭四种产物　。污泥低温热解技术展　幅显著，当反应温度高于２７０℃后产油率的增幅　现了相当大的优势：固体残渣体积大大减少；污泥热　趋缓。　解所产生的热解油具有相对高的热值，可被用作潜　李海英等　对在２５０—７００　ｏＣ之间对有机混合　在的燃料；低温热解所需的温度比焚烧低很多，这就　物干燥后的城市生活污泥进行了中低温热解的试验　限制了热解气体中污染物如ＳＯ”ＮＯ　二嗯英的排　研究。结果表明，热解的适宜温度在４５０℃左右，该　放量；低温热解设备较简单，无需耐高温、耐高压。　温度固体减量化程度高、回收燃油的性能好，同时可　热解产生的油可以通过催化剂来改善油品的质量，　把气体产物作为热解所需的能源加以利用，可以实　有研究　表明热解油经过适当的催化重整后可以　现污泥处理的无害化、减量化、资源化。　作为石油的替代品。　３．２反应停留时间　２．２高温热解法　反应停留时间是反应达到平衡的主要控制条　污泥的高温分解是指在隔绝空气的条件下加　件之一。目前国内对污泥热解过程的反应时间还　热，使组成成分发生大分子断裂，产生小分子气体、　没有明确的定论，一般认为在达到反应的平衡点　热解溶液和碳渣的过程，反应温度通常控制在６００—　即最佳反应时间之前，产油率随反应时间的延长　１　０００　ｃＣ。在控制适当的条件下，污泥的高温分解可　而提高，反应平衡点的确定与污泥的含水率和试　以避免副产物的污染，使其成为资源回用的对象。　验条件有关。　正因如此，污水污泥的高温分解开始引起人们的广　喻健良等研究了反应停留时间对产油率的影　泛关注　。　响，得出热解约７５　ｒａｉｎ后反应趋于平衡，之后继续　与传统５００℃以下的低温热解技术相比，高温　延长反应时间反而会使产油率下降。何品晶等¨　热解对实现污泥高效减容、重金属有效固定、减少烟　研究了能使污泥热解效率达到最高的条件，即产物　气污染具有更重要的意义。但是高温热解法需要的　热值最高的条件。研究认为污泥热解能量输出最大　设备要求高，存在一定的风险，并且高温下易形成致　时的温度是２７０℃，气体停留时间为３０　ｍｉｎ。　癌物质，危害较大。　ＣＡＭＰＢＥＬＬ等在２７５～５５０℃范围内对生污泥和厌氧　３污泥低温热解影响因素　发酵污泥进行了研究，以最大的产油率为目的，得出　最佳反应条件是温度为４５０℃，停留时间０．５　ｈ。　污泥在热解过程中发生一系列物理化学反应，　３．３　加热速率　从而产生气、液、固三相产物。影响三相产物产率的　因为污泥热解是吸热反应，内部物质挥发和分　因素有很多，其中包括反应温度、反应停留时间、加　解需要一定时间，所以加热速率越大，反应物内越活　热方式和速率、物料尺寸等。　跃，内部物质挥发所需时间就越少，热解速率就越　６８　浙江建筑　２０１２年第２９卷　大。但是，加热速率对污泥热解的影响具有阶段性。　当温度处于低温阶段时，加热速率越高，热解效率就　物料尺寸的大小将影响物料的升温速率，进而　影响挥发的析出速率，从而改变物料的热解速率。　粒径越小，反应面积越大，反应更容易进行，反应也　更快；然而粒径太小，将使试验失去代表性。所以在　进行污泥热解实验研究时，应控制好污泥粒径的　大小。　越高；当温度处于高温阶段时，加热速率对热解效率　的影响可忽略不计。　ＩＮＧＵＡＮＺＯ等¨　研究了加热速率对热解产物　产率的影响。研究表明，只有在低温阶段加热速率　对产物产率有明显的影响：在４５０　ｏＣ时，高的加热速　率能够使热解效率更高，产生更多的液体和气体产　物；当温度高于６５０℃时这种影响几乎可以忽略。　４　结　语　随着经济的不断发展，世界各国的污泥排放　目前国内研究污泥热解时，主要处在低温阶段，所以　要考虑加热速率对其的影响，但相当多的研究没有　考虑这点。　３．４　催化剂　在污泥的热解过程中，添加适当的催化剂能够　缩短热解时间，降低所需温度，提高热解能力，减少　剩余固体的量，并控制热解产品的分布范围。　污泥中含有的重金属，在污泥热解中本身就起　着催化剂的作用，因此可以在污泥热解前去除其中　的重金属，再对其进行热解，然后分析其中重金属对　其热解的影响效果，目前这方面的研究还比较少。　但在污泥热解中添加其他催化剂的研究有很多。　ＢＲＩＤＧＷＡＴＥＲ等　研究发现在污泥热解过程　中，添加一定的催化剂可以提高液体产物的产率和　质量，同时还可以提高热解效率和减少工艺的成本。　喻健良等研究了催化剂对产油率的影响，得出当催　化剂用量大于４　ｇ／１００　ｇ（催化剂用量／污泥量）后，　随催化剂用量的增加则污泥的产油率增幅较小，故　确定催化剂的最佳用量为４　ｇ／１００　ｇ。李娣等　在　实验室研究了不同热解温度下，经污泥低温热解残　留物催化作用，污泥低温催化热解产物的产率及特　性。结果表明，与无催化剂相比，污泥低温热解所得　的液体产率、油品产率、气体产率等明显增加。油品　最大产率所需温度从４４０℃降低至４００℃，油品最　大产率从２０．５％增加到２４．５％，油品的品质有一定　的提高。　３．５　其他因素　污泥热解的加热方式包括传统电热、高温介　质加热和微波加热等加热方式。传统加热方式加　热缓慢，热量从物质外部传人，受热不均匀，气相　物质从内部向外扩散，易引起产物二次裂解等，但　是对热解物质的适用性较好。与传统热解对比，　微波热解具有绿色、高效、少污染的特点，越来越　受到关注。　量将大大增加，剩余污泥是一种很有利用价值的　潜在资源。污泥热解具有减少固体残渣体积，基　本无二次污染，污泥热解产物油可被用作潜在的　燃料等特点，是污泥处置的新热点。当然，污泥热　解还是有一定缺点的：热解时产生的气体气味极　度难闻，燃烧时会产生一定有害物质。热解的技　术还不够成熟，热解机理至今尚未清楚，工业化应　用还有些难度。但随着人们Ｅｔ益深入的研究，污　泥热解的优势会越来越明显，污泥热解最终能够　成为一项净输出技术。　由于污泥热解特性较为复杂，很多因素影响热　解产物的生产，热解过程较难控制，因此暂时无法对　污泥热解特性做一个全面的、适用性广的标准。在　处置污泥时，应对污泥成分进行详细地分析，充分考　虑热解特性因素，选择合适的处置方案，再根据实际　情况对所选技术加以改进之后投入实施。　污泥热处理的最终产品要向绿色产品发展，不　仅产品本身的质量要符合环境、卫生和健康标准，而　且其生产、使用和处置过程也要符合环境标准，这样　才符合保护生态环境和社会环境的要求。　参考文献　［１］　ＺＡＢＡＮＩＯＴＯＵ　Ａ，ＴＨＥＯＦＬＯＵ　Ｃ．Ｇｒｅｅｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｔｃｅｍｅｎｔ　ｋｉｌｎ　ｉｎ　Ｃｙｐｒｕｓ　Ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ａｓ　ａ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｆｕｅｌ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ［Ｊ］．Ｒｅ－　ｎｅｗａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗｓ，２００８，１２（２）：５３１—　５４１．　［２］　ＳＨＡＯ　Ｊ，ＹＡＮ　Ｒ，ＣＨＥＮ　Ｈ，ｅｔ　ｔ１．Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ａｎｄ　ｏｒｇ　ａｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｗａｇｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｉｎ　ａ　ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ　ｂｅｄ　ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｆｕｅｌｓ，２００８，２２　（４）：２２７８—２２８３．　［３］　ＢＡＹＥＲ　Ｂ，ＫＵＴＵＢＵＤＤＩＮ　Ｍ．Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｌｕｄｇｅ　ａｎｄ　ＷａｓｔｅＴｏ　Ｏｉｌ［ｃ］／／Ｔｈｏｍｅ－Ｋｏｚｍｉｅｎｄｓｙ　Ｋ　Ｊ，Ｅｄｓ．　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ．Ｂｅｒｌｉｎ：Ｅ　Ｆ　Ｖｅｒｌａｇ，１９８７：３１４—３１８．　［４］蒋旭光，池涌，严建华，等．污泥的热解动力学特性研究［Ｊ］．环　境科学学报，１９９９（２）：２２１—２２４．　第１０期　沈巧炼：城市污泥低温热解技术的探讨　６９　（上接第６２页）　ｒ一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一１　『＿一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一—］　ａ　Ｊ，．，＿、一　：＿三一－８：　：　：　．　一一ａ　Ｌ　ａ　　Ｉｌ　ｂ　』　ｂ　　ｌＩ　，、　、一ｂ　－墨Ｌ　ｂ　．　．．　．一　ｌＩ　－三Ｉ＿　ｃ　Ｉ　Ｉ　Ｊ＿＿，＿＿＿一　Ｃ　＿墨Ｌ　ｃ　Ｉ　Ｉ　ＰＥＮ　＿ｌ　Ｎ　　Ｉ—Ｊ　Ｐ　＿ｌ　Ｎ　，　　ｌｌ　，　Ｉ—　婴　Ｉ　ｌ　’一‘　…１‘．『－　—＿＿　　＿●－●　　＿－●●　　．一ｊ　　ｌ　，　一・・　■…－　ｌ『　｝　上　上　｛　尊　滕绕端旱格　ｒＪ　ｌ—－Ｉ　１－｝　—　『　１－●●＿　—ｌ　：　ｌ　，　：ＬＬＬ　！Ｉ　＝　；　用电设备　『　Ｕ用　电话　　Ｕ　Ｌ备　　Ｌ一………………………．．．．．Ｊ　图５变压器中性点接地和ＰＥ排接地　图６变压器中性点接地２　３　结　语．　参考文献　＿二＿般　，即使　生杂散电流，也可能不会立刻　［１］王厚　．低压电气装置的设计安装和检验［Ｍ］．２版．北京：中　．．．造成危害，但作为设计人员应该防微杜渐，力争做到　国电力出版社，２００７：７—８．　更安全。