污泥熱化學處理的試驗研究

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隨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)生轉化；加熱至300℃~390℃時，蛋白質類化合物轉化；390℃以上，糖類化合物轉化，肽鏈斷裂，基因變性轉移；與此同時，碳化合物發(fā)生轉化至450℃時轉化完成。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
　?。?）全N
　?。?）全P
　?。?）全K
　?。?）大腸桿菌
　?。▊€/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試驗設備及方法
　　2.3.1 主要設備： 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：反應溫度、時間、含水率、VS含量、TG圖和放熱值
　　2.3.3 試驗結果及討論
　　表3 污泥含水率及VS含量
　　污泥樣W1(g)W2(g)W3(g)P(%)VSS(%)
　　124.97238.12830.69834.22256.476
　　223.87637.19129.56933.42557.243
　　324.57337.77130.27034.01256.827
　　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，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，故不必擔心生成這類物質[6,7]。