污泥熱分解是一種新興的污泥熱處置工藝。熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無(wú)氧或缺氧條件下受熱分解，形成氣體、液體和固體殘留物的過(guò)程。

近年來(lái)污泥熱解炭化得到了越來(lái)越多的關(guān)注，污泥熱解炭化為污泥的減量化、無(wú)害化和資源化提供了新的有效途徑。

污泥熱解技術(shù)的發(fā)展

從70年代開始，熱解技術(shù)作為從城市垃圾和工業(yè)固體廢物等可燃性固體廢物回收能量的技術(shù)得到了廣泛的開發(fā)。但是，對(duì)于具有負(fù)熱值的污泥，該技術(shù)的應(yīng)用不能以回收能量為主要目的，其重點(diǎn)主要放在解決焚燒存在的問題，即實(shí)現(xiàn)污泥的節(jié)能型低污染處理。

污泥熱解爐型通常采用豎式多段爐，為了提高熱解爐的熱效率，在能夠控制的二次污染物質(zhì)（Cr6+、NOx）產(chǎn)生的范圍內(nèi)，盡量采用較高的燃燒率（空氣比0.6～0.8）。

此外，熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及NH3（氨）、HCN（氫化氰）等有害氣體組分必須經(jīng)過(guò)二燃室以實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化，通常情況下，HCN的熱解溫度在800～900℃，還應(yīng)對(duì)二燃室排放的高溫氣體進(jìn)行余熱回收。

污泥熱解技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)際上對(duì)熱解技術(shù)的開發(fā)過(guò)程，一是以美國(guó)為代表，以回收貯存性能源（燃料氣、燃料油和炭黑）為目的；另一個(gè)是以日本為代表，以無(wú)公害型處理系統(tǒng)的開發(fā)為目的，將污泥焚燒爐改進(jìn)為熱解爐。西歐、北美正在研制帶加熱夾套的臥式攪拌反應(yīng)器。

污泥低溫?zé)峤馓幚淼?好，總成本在理論上低于直接焚燒法，而且熱解過(guò)程可以將廢物轉(zhuǎn)化為有能量的物質(zhì)和有用的化學(xué)物，符合污泥資源化利用的要求，且能量回收率較高。以低溫?zé)峤?/span>(200-500℃)為主要反應(yīng)機(jī)理的污泥低溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化制油技術(shù)作為焚燒的替代技術(shù)已逐步發(fā)展為生產(chǎn)性技術(shù)，并顯現(xiàn)出了能量經(jīng)濟(jì)性與二次污染可控性的顯著優(yōu)勢(shì) 。

污泥的熱解反應(yīng)及燃燒反應(yīng)

污泥的熱解反應(yīng)

可燃?xì)?/span>：主要包括 C1～5的烴類、氫和CO氣體。

液態(tài)油：主要包括 C25的烴類、乙酸、*、甲醇等液態(tài)燃料。

固體燃料：主要包括含純碳和聚合高分子的含碳物。

污泥的燃燒反應(yīng)

有機(jī)物+O2=CO2+H2O+其它簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物+熱量

污泥熱解發(fā)和焚燒法比較

熱解法和焚燒法是兩個(gè)完全不同的過(guò)程。

1  焚燒的產(chǎn)物主要是二氧化碳和水；而熱解的產(chǎn)物主要是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的有氫氣、甲烷、一氧化碳；液態(tài)的有甲醇、*、醋酸、乙醛等有機(jī)物及焦油、溶劑油等；固態(tài)的主要是焦炭或碳黑。

2  焚燒是一個(gè)放熱過(guò)程；而熱解需要吸收大量熱量。

3  焚燒產(chǎn)生的熱能量大的可用于發(fā)電量小的只可供加熱水或產(chǎn)生蒸汽，適于就近利用；熱解的產(chǎn)物是炭黑、燃料油及燃料氣，便于貯藏和遠(yuǎn)距離輸送。

固體廢物的熱解與焚燒相比的優(yōu)點(diǎn)

1  可以將固體廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；

2  由于是缺氧分解，排氣量少，有利于減輕對(duì)大氣環(huán)境的二次污染；

3  廢物中的硫、重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中。熱解雖不能去除重金屬，但固體殘留物在高溫下被玻璃化，重金屬固化在玻璃體中，可避免重金屬二次污染的危害。

4  由于保持還原條件，Cr3+(鉻離子）不會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr6+；

5  NOx（氮氧化物）的產(chǎn)生量少。

污泥熱解產(chǎn)物資源化

1  制作吸附劑

對(duì)于含碳較多的污水處理剩余活性污泥，在無(wú)氧或缺氧條件下高溫?zé)峤馓蓟?/span>—活化，可將其制成吸附劑。例如，用剩余活性污泥為原料，添加一定的活化藥品，隔絕空氣，在一定的溫度下炭化可得到活性炭。制成的活性炭對(duì)難處理的農(nóng)藥廢水，COD的去除率也可達(dá)到63.25%。

2  作為炭基肥

國(guó)內(nèi)外各種研究報(bào)告認(rèn)為，土壤施用生物黑炭對(duì)于改良土壤，節(jié)能減排，減緩氣候變化效益明顯，炭基肥是今后改良土壤的重要手段。污泥熱解碳化產(chǎn)物可作為炭基肥的基本原料。

污泥熱解技術(shù)研究

研究利用小型及實(shí)際生產(chǎn)用回轉(zhuǎn)熱解爐，針對(duì)不同市政污水處理廠的脫水活性污泥，進(jìn)行不同溫度情況下的熱解實(shí)驗(yàn)，探尋：熱解的*佳溫度；熱解能耗；實(shí)測(cè)可燃?xì)怏w產(chǎn)量；碳化料產(chǎn)物得率；對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定及性能實(shí)驗(yàn)（重點(diǎn)關(guān)注了污水處理吸附性能）。分析熱解過(guò)程、物料平衡及熱量平衡。

污泥熱解及活性炭再生實(shí)驗(yàn)室

污泥熱解實(shí)驗(yàn)室主體設(shè)備有：蒸汽發(fā)生器、臥式電加熱回轉(zhuǎn)爐、尾氣凈化及計(jì)量裝置、無(wú)紙記錄儀等。下圖為污泥熱解實(shí)驗(yàn)室。

污泥熱解/活化*終產(chǎn)物—活性炭

污水處理脫水活性污泥熱解處置工藝設(shè)計(jì)

新型污泥熱解處置工藝流程

目前污水處理廠脫水污泥熱解處置工藝存在能耗及運(yùn)行成本高的主要原因是濕污泥中80%水分的去除，干燥1噸濕污泥約需80m3天然氣。本工藝從兩個(gè)方面進(jìn)行熱能 回收，以降低能耗。

一是，將污泥熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及熱解高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生飽和蒸汽，用于槳葉干燥機(jī)對(duì)濕污泥的干燥。二是，利用熱泵技術(shù)，回收污泥蒸汽的潛熱。也就是：利用蒸汽壓縮機(jī)，將污泥蒸汽在真空蒸發(fā)器中加熱干燥機(jī)清潔蒸汽冷凝水產(chǎn)生的負(fù)壓蒸汽，使其成為高品位蒸汽，再用于槳葉干燥機(jī)對(duì)濕污泥的干燥。由于現(xiàn)行槳葉干燥機(jī)污泥蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定，需在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)干燥機(jī)進(jìn)料進(jìn)行改進(jìn)，故第二項(xiàng)節(jié)能措施暫不實(shí)施，僅留出安裝位置，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行改進(jìn)，污泥蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定后再實(shí)施污泥蒸汽的潛熱回收系統(tǒng)。

脫水污泥熱解處置工藝流程圖

（有污泥蒸汽潛熱回收方案）

（無(wú)污泥蒸汽潛熱回收方案）

污泥熱解處置工藝布置圖

污泥熱解爐實(shí)景

污泥熱解技術(shù)特點(diǎn)及前景

技術(shù)特點(diǎn)

1  減量化

污泥經(jīng)熱解處置后，污泥體積和重量減少90%以上，實(shí)現(xiàn)“減量化”。

2  無(wú)害化

高溫?zé)峤庥袡C(jī)物被分解碳化，*完全滅殺，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)化和“無(wú)害化”。熱解產(chǎn)生的有害氣體（HCN、NH3、二噁英等）及焦油通常情況下的熱解溫度在800～900℃，它們進(jìn)入二燃室的焚燒溫度高達(dá)1500℃，不僅可得到充分分解，還能回收熱能，不會(huì)造成二次污染。

3  資源化

熱解產(chǎn)品可作為吸附劑或改良土壤的炭基肥，實(shí)現(xiàn)“資源化”。熱解雖不能去除污泥中的重金屬，但固體殘留物在高溫下被玻璃化，重金屬固化在玻璃體中，可避免重金屬二次污染的危害。大量資料和實(shí)驗(yàn)證明，我國(guó)市政污水的污泥熱解碳化料中絕大部分重金屬含量可滿足農(nóng)用肥標(biāo)準(zhǔn)，唯Zn超標(biāo)（見碳化料化學(xué)成分分析），但，我國(guó)北方人群存在缺Zn問題，是眾所周知的。

作為土壤改良劑，土壤的理化性質(zhì)也決定了重金屬的富集影響，在北方堿性土壤其影響是較小的。

4   兩次節(jié)能降耗

《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》重點(diǎn)支持“低品位余熱利用”，熱泵技術(shù)屬于十二五規(guī)劃鼓勵(lì)類型。污泥處置能耗*大的是干燥，本工藝?yán)脽峤猱a(chǎn)生的可燃?xì)怏w及高溫?zé)煔庥酂嵘a(chǎn)蒸汽用于槳葉干燥機(jī)；利用熱泵技術(shù)回收污泥二次蒸汽潛熱，也用作槳葉干燥機(jī)污泥干燥；此兩項(xiàng)使本工藝處置每噸濕污泥運(yùn)行成本僅180元左右，優(yōu)于其他工藝。

5   投資及運(yùn)行成本低

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析知，本工藝噸污泥處理成本小于200元/噸.濕污泥（不考慮生物炭銷售），是各種污泥處置工藝中，性價(jià)比*好的。

技術(shù)前景

2008年，美國(guó)聯(lián)邦首次在聯(lián)邦層面建立了對(duì)世界上生物黑炭研究、生產(chǎn)、應(yīng)用與推廣的鼓勵(lì)機(jī)制，專門設(shè)立了農(nóng)業(yè)基金支持生物黑炭研究與示范；2009年8月10日，美國(guó)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)表示美國(guó)農(nóng)業(yè)部正在組織一系列的生物黑炭研究、技術(shù)開發(fā)與推廣和培訓(xùn)的合作項(xiàng)目，旨在*推進(jìn)生物黑炭這項(xiàng)綠色技術(shù)在農(nóng)業(yè)和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。2011年9月在中國(guó)南京召開國(guó)際生物質(zhì)黑炭與綠色農(nóng)業(yè)專題研討，呼吁在中國(guó)推行以生物黑炭技術(shù)改良土壤為核心的新土地革命，恢復(fù)健康綠色農(nóng)業(yè)。國(guó)內(nèi)外各種研究報(bào)告認(rèn)為，土壤施用生物黑炭對(duì)于改良土壤，固化重金屬，節(jié)能減排，減緩氣候變化效益明顯。

結(jié)    語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)有的污泥處置技術(shù)有的雖簡(jiǎn)單易行，但占地面積大，有嚴(yán)重二次污染；有的雖處置*尚可，但必須采用高溫、高壓或微波等復(fù)雜手段才能實(shí)現(xiàn)。。經(jīng)綜合比較，可看出污泥熱解處置技術(shù)具有工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，制約因素少，投資及運(yùn)行成本合理，符合我國(guó)污泥處置的三化原則，是標(biāo)準(zhǔn)的綠色環(huán)保工藝，應(yīng)大力推廣。