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

表2 污泥重金属含量表(mg﹒kg^-1)

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

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。