污泥熱解技術(shù)特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保環(huán)境工程有限公司，杭州 310012)

污泥熱解技術(shù)特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保環(huán)境工程有限公司，杭州 310012)

介紹了污泥熱解技術(shù)的特點(diǎn)和基本原理，對(duì)其工藝流程進(jìn)行了概括性描述。重點(diǎn)分析了污泥熱解技術(shù)無二英產(chǎn)生、固化重金屬、高能量利用率和低能量損失的特點(diǎn)，指出污泥熱解技術(shù)是節(jié)能環(huán)保技術(shù)，是污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的有效途徑。

污泥;熱解;二英;節(jié)能環(huán)保

1 前言

熱解是一種有悠久歷史的技術(shù)，如對(duì)木材、泥炭以及頁(yè)巖的氣化都是熱解。根據(jù)所用化工工藝的不同，熱解被稱為干餾、焦化、氣化以及熱分解等[1]。近年來，熱解被做為焚燒的替代技術(shù)越來越受到各方的關(guān)注[2]。

熱解技術(shù)的顯著特點(diǎn)有：1）沒有二次污染；2）能源利用率高、減容率高、運(yùn)行費(fèi)用低；3）可從根本上解決污泥中的重金屬問題；4）無二英和呋喃產(chǎn)生，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境問題擾民；5）燃燒后，需要處理的廢氣量?。?）能回收可再生能源；7）處理對(duì)象較廣泛，包括污泥、工業(yè)垃圾、生物質(zhì)、塑料、電子垃圾、廢輪胎等。

2 污泥熱解技術(shù)基本原理

污泥熱解是利用污泥中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對(duì)其加熱，使污泥中的有機(jī)物發(fā)生熱裂解，形成利用價(jià)值較高的氣相（熱解氣）和固相（固體殘?jiān)┊a(chǎn)品，這些產(chǎn)品具有易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸及使用方便等特點(diǎn)，為污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化提供了有效途徑。

影響熱解過程及產(chǎn)物產(chǎn)率及組成的因素有熱解溫度、壓力、升溫速率、氣固相停留時(shí)間及物料的尺寸等，其中熱解溫度是最主要的影響因素[3]。

根據(jù)熱解的過程，操作溫度可分為低溫、中溫和高溫?zé)峤猓?00℃以下的為低溫?zé)峤猓?00℃～800℃為中溫?zé)峤猓?00℃以上的為高溫?zé)峤?。不同溫度的熱解過程見表1。

表1 不同溫度的熱解過程表

3 污泥熱解工藝概況

一個(gè)完整的污泥熱解工藝包括儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、熱解系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)和尾氣凈化系統(tǒng)（見圖1）。污泥的存儲(chǔ)和輸送是整個(gè)工藝流程的開始，起到儲(chǔ)存污泥和將污泥輸送進(jìn)入干燥裝置的作用。污水處理廠脫水污泥的含水率一般在80%左右，不能直接熱解，通過干燥系統(tǒng)可去除污泥中的水分，將污泥含水率降低至20%～25%，采用熱解技術(shù)在無氧環(huán)境下即可將固態(tài)污泥裂解，生成氣態(tài)和固態(tài)的產(chǎn)物。

污泥熱解后的氣態(tài)產(chǎn)物為熱解氣，是一種可燃?xì)怏w。從熱解設(shè)備（熱解鼓）中生成的熱解氣含有一定的有害物質(zhì)，可以采取燃燒的方法進(jìn)行處理，這樣既可以利用能量，同時(shí)也可將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為完全氧化的煙氣。熱解氣也可以用處理煙氣的方法將其中的有害物質(zhì)去除，干凈的熱解氣可用于發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。系統(tǒng)的無氧環(huán)境則減少或阻止了多環(huán)芳香烴的生成。

污泥熱解后的固態(tài)產(chǎn)物是污泥熱解后的殘?jiān)錁O易濕潤(rùn)，所以出渣裝置需設(shè)置防堵塞措施。另外，熱解殘?jiān)幕瘜W(xué)性能穩(wěn)定，可耐強(qiáng)酸腐蝕，污泥中的重金屬被固化在其中很難再次析出。

熱解產(chǎn)生的熱解氣經(jīng)過旋風(fēng)除塵器后與污泥儲(chǔ)存?zhèn)}的廢氣一同進(jìn)入燃燒室燃燒，這樣可以防止異味外泄。燃燒室產(chǎn)生的煙氣優(yōu)先用于熱解鼓的加熱，熱解鼓出口煙氣溫度為600℃，這部分煙氣再進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行余熱利用。當(dāng)系統(tǒng)自身能量不能維持自身平衡時(shí)，燃燒室需外加燃料（天然氣或油）作為補(bǔ)充，以達(dá)到維持系統(tǒng)能量平衡的目的。

經(jīng)熱解加熱后的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生的蒸氣可用于干燥污泥。對(duì)于不同的工藝條件，可以選擇不同的能量回收方案。

固廢的熱解在常壓下進(jìn)行，但實(shí)際上為了避免異味泄漏，一般在熱解鼓內(nèi)維持一定的負(fù)壓。

4 污泥熱解技術(shù)的節(jié)能環(huán)保性

4.1 有效抑制二英的生成

4.2 固化重金屬

由于污泥中均含有一定量的重金屬元素，通過熱解處理后大部分可濃縮于固體殘?jiān)?。大量?shù)據(jù)表明：污泥經(jīng)歷熱解后，重金屬都富集在固體殘留物中，且重金屬形態(tài)發(fā)生了顯著改變，可交換態(tài)含量降低，殘?jiān)鼞B(tài)含量升高，浸出濃度都低于監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)熱解殘?jiān)治鰣?bào)告見表2。

由于熱解對(duì)重金屬的固化能力，在國(guó)外熱解還被用于處理受到重金屬六價(jià)鉻及汞污染的土壤。土壤中的高毒性六價(jià)鉻通過熱解還原為三價(jià)鉻，同時(shí)，在還原條件下還能抑制底泥中含有的三價(jià)鉻被氧化為六價(jià)鉻，實(shí)現(xiàn)污染土壤的再生。

熱解后的污泥殘?jiān)峭耆栊?、疏松和干燥的物質(zhì)，富含鉀和磷，因此具有很多利用價(jià)值。

（1）從表2中的數(shù)據(jù)可知，污泥熱解后的殘?jiān)械挠泻ξ镔|(zhì)的浸出量很少，符合德國(guó)一類填埋物標(biāo)準(zhǔn)。并且該廢渣的物理特性有利于填埋場(chǎng)的穩(wěn)定，因此把污泥的熱解殘?jiān)盥竦缴罾盥駡?chǎng)是可行的。

（2）根據(jù)污泥熱解殘?jiān)奈锢順?gòu)造，其還可作為添加劑用于瀝青生產(chǎn)，可降低相應(yīng)生產(chǎn)原料的消耗。

（3）污泥熱解殘?jiān)蛴泻ξ镔|(zhì)含量少，可被用于填充地下開挖點(diǎn)或堆積，因殘?jiān)缓瑹o機(jī)物，也可在土地返墾中用作底層填料。

圖1 污泥熱解工藝流程圖

（4）污泥熱解殘?jiān)暮琢亢芨?，可在肥料生產(chǎn)中用以代替磷礦石，此過程可實(shí)現(xiàn)大量二氧化碳減排。

表2 德國(guó)的污泥熱解殘?jiān)治鰣?bào)告

4.3 高能量利用率，低能量損失

污泥熱解工藝能否達(dá)到能量自平衡，主要取決于污泥的含水率和熱值。由于污水處理廠的脫水污泥的含水率在80%左右，如果直接進(jìn)行熱解，熱解設(shè)備的尺寸將相當(dāng)大，并且熱解產(chǎn)生的熱解氣由于混有大量的水蒸氣因而熱值較低，不具有利用價(jià)值。所以污泥在熱解之前必須進(jìn)行干燥處理，降低污泥的含水率至20%～25%。在整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡中，污泥干燥是主要的能量消耗單元。污泥熱值的影響主要體現(xiàn)在熱解產(chǎn)生的熱解氣的熱值，污泥熱值高，熱解得到的熱解氣的熱值也就高，反之熱解得到的熱解氣的熱值就低。熱解氣熱值直接關(guān)系到燃燒后的煙氣能量及余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸氣量，最終對(duì)污泥的干燥系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生影響。此外，干燥設(shè)備、熱解設(shè)備、燃燒室、余熱鍋爐的能量利用率也會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡（見圖2）。離開系統(tǒng)的能量主要是煙氣的排放，可以利用排放的煙氣為車間廠房冬季供暖或預(yù)熱燃燒用的空氣等?？筛鶕?jù)不同工藝流程選擇最為經(jīng)濟(jì)的能量利用方式。

圖2 污泥熱解能量平衡圖

與焚燒工藝相比，熱解工藝產(chǎn)生的廢氣量要小得多，所以尾氣帶出的能量要小的多。雖然在熱解過程中，物料中的部分碳被固定在熱解殘?jiān)?，但與焚燒尾氣帶走的能量相比微乎其微。所以，從能量利用角度講，熱解比焚燒的能量利用率更高，能量損失更小。

5 結(jié)論

污泥熱解技術(shù)是一項(xiàng)很有發(fā)展?jié)摿Σ⒁殉墒鞈?yīng)用的技術(shù)。污泥熱解方法可以制得有利用價(jià)值的氣體和固體，且操作系統(tǒng)封閉，無污染氣體排放，幾乎所有的重金屬都可被固定在固體剩余物中，對(duì)環(huán)境的影響大大減小，并且運(yùn)行成本低于焚燒方式。因此污泥熱解技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的固廢處理方法，大有發(fā)展前景。

[1]楊順生.污泥低溫?zé)峤饧夹g(shù)在德國(guó)的應(yīng)用實(shí)踐[A].污泥處理與綜合利用暨污泥處理新設(shè)備、新技術(shù)交流研討會(huì)[C].上海：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部政策研究中心，2009，25.

[2]李海英.生物污泥熱解資源化技術(shù)研究.天津大學(xué)博士學(xué)位論文[C].天津：天津大學(xué)出版社，2006，112.

[3]王智敏.城市生活垃圾和污泥低溫?zé)峤饧夹g(shù)研究[A]. 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文[C].天津：天津大學(xué)出版社，2005，9.

[4]鐘聲，趙士彬.焚燒煙氣中二英類的產(chǎn)生和控制[J].環(huán)境科學(xué)，2010：191.

Sludge Pyrolysis Technology

CAI Bing-liang, XIN Ling-ling
(Zhejiang Libo Environmental Engineering Co., Ltd, Hangzhou 310012, China)

This paper describes the characteristics and basic principles of sludge pyrolysis technology, analyzes the features of the sludge pyrolysis technology with no releasing of dioxins, solidification of heavy metals, high energy efficiency and low energy loss, and rightly proves the pyrolysis technology is an effective way for energy saving and environmental protection,sludge minimization, stabilization, decontamination, and a well-deserved resources.

sludge; pyrolysis; dioxin; energy saving and environmental protection

X703

A

1006-5377（2011）08-0051-04