污泥能源轉化技術

摘要：污水處理行業(yè)產生的污泥具有高含水率，常規(guī)方法不易脫除，高有機質含量，常規(guī)方法不易利用，屬非變形牛頓液體，且對環(huán)境造成嚴重污染的特點。使用污泥泵，通過管道將含水率80%左右的污泥送入加熱爐中，在流動狀態(tài)下隔絕空氣加熱，污泥被加熱到一定溫度會發(fā)生氣化、熱解、脫氫、熱縮合、炭化等反應，將污泥中的水分蒸發(fā)，有機物轉化為油汽混合物和有機碳。再對熱解物質進行轉換和分離，最終形成生物炭、混合低碳有機質等易貯存、運輸及利用的能源。徹底解決了污泥處理及資源化問題，消除了制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題，同時給企業(yè)帶來巨大的經濟效益。

關鍵詞：污泥能源；污泥熱解；能源轉化

1.背景

隨著國家節(jié)能減排和生態(tài)文明建設等環(huán)境保護政策的實施，污水處理量和處理率都得到了很大程度的提高，在污水處理量不斷取得增多的同時，也面臨巨大的污泥處理壓力。污水處理過程中產生的剩余污泥是一種含水率高（約80%，即使采用深度脫水技術處理，含水率也在60%左右），有機質以一種難以利用的形式存在，給污泥的處理帶來了極大的難度，且會對環(huán)境造成嚴重的污染，因而，污水處理廠產生的剩余污泥需進行無害化處理。

2.污泥的性質

2.1污泥有機物含量高，具有可燃燒性

有機物含量是污泥最重要的化學性質，同時決定了污泥的熱值。通常有機物含量越高，污泥熱值也高。污泥中有機物含量通常用揮發(fā)性固體（VSS）表示。另兩項相關的重要指標是揮發(fā)性有機酸（VFA）和礦物油。不同城市、不同污水廠、不同時期污泥中的有機物含量和組分都不所不同，有學者研究了國內16個城市和29年污水處理廠污泥的有機質情況，結果顯示干污泥中有機質含量為38.4%±12.7%，總氮含量為2.71%±1.35%，全磷含量為1.43%±1.16%。

2.2污泥具有流動性

含水率75%～80%的污泥屬于觸變型非牛頓液體，具有剪切變稀的特性，在脫水處理過程中，在有機、無機分散劑的共同作用下，脫水污泥的流動性能得到進一步的改善，粘度得到進一步的降低。正常情況下處于半液半固的粘稠狀態(tài)，可在機械力的作用下，通過管道輸送。

2.3污泥中的物質具有可轉換性

由于污泥含水率較高，具有良好的自身加熱和熱傳導性能，污泥中水份具有加熱汽化可蒸發(fā)性、有機質在加熱狀態(tài)下可進行熱解和熱縮合作用，低碳有機質被析出，高碳有機質被聚合形成生物炭。

3.污泥能源轉換技術

由于污水處理廠產生的含水率80%左右的污泥具有較高的含水率，常規(guī)的脫水方法又難以脫除，有機質含量高，熱值較高，在機械力的作用下，具有一定的流動性，但由于含水率高的原因，常規(guī)的處理方法又無法進行利用，是污泥難以處理的兩個難點，污泥中的物質具有可轉換性，且對環(huán)境造成嚴重污染等特點，污泥的處理已成為制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題。污泥能源轉化技術，以最經濟的方式，將這種難以處理及利用的污泥轉換為易貯存、運輸及使用的能源，徹底解決制約污水處理行業(yè)發(fā)展的污泥處置問題，同時對污泥能源進行最大化的利用。

3.1污泥熱解反應機理

熱解過程中，200～450℃污泥中所含的脂肪族化合物蒸發(fā)，大于300℃蛋白質轉化，大于390℃糖類化合物開始轉化，主要反應是肽鍵斷裂，基團的轉移變性及支鏈斷裂。

3.2污泥的熱解

在低溫階段（250～350℃）主要產生CO2，隨著熱解溫度的升高，其產量減少；在整個熱解過程中，CO的H2的量不斷升高。在600℃左右，CH4達到最大量，而在450℃左右，C2H4和C2H6達到最大量。熱解的有機質大部分為重油，在溫度大于450℃時，會發(fā)生裂解反應，一部分形成輕質油。

3.3污泥能源轉化技術

污泥能源轉化技術根據污泥的低溫熱解和低分子物質的閃蒸原理進行工藝設計，利用污水處理廠產生的含水率80%左右污泥的特性，使用污泥泵，通過管道將含水率80%左右的污泥送入加熱爐中，使污泥在流動狀態(tài)下隔絕空氣加熱，污泥被加熱到一定的溫度開始發(fā)生氣化、熱解、脫氫、熱縮合、碳化等反應，形成氣液固三相的混合物，污泥中的水分蒸發(fā)，有機物轉化為混合低碳有機質和有機碳。加熱后的污泥在污泥輸送泵的推動下進入能源轉換器，通過能量的傳遞，分別產生汽化、氣化、離析等反應后將生物炭、油汽混合物分離，再進行冷卻得到生物炭、混合低碳有機質等易貯存、運輸及利用的能源。

4.技術效果

污泥能源轉化技術采用簡單、實用、有效的方法，將污水處理廠產生的剩余污泥轉換為易貯存、運輸及使用的能源形式，并且在熱解轉換過程中，污泥中的病原微生物和寄生蟲卵全部被徹底滅殺、重金屬離子被鈍化。徹底解決了污泥的處置問題、污泥的資源化利用問題，使污泥能源得到充分的利用，消除了制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題，與此同時給企業(yè)帶來了巨大的經濟效益。

與現有技術相比較，本發(fā)明具有的優(yōu)點在于：

4.1系統(tǒng)直接處理污水處理廠產生的含水率80%左右的污泥，不需要進行干化預處理。

4.2整個污泥處理為密閉系統(tǒng)，加熱爐為系統(tǒng)的輔助熱源，系統(tǒng)的動力由污泥輸送泵提供，干化和炭化同時進行。

4.3系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，無需外界提供燃料以維持整個系統(tǒng)的運行，在節(jié)省大量燃料和成本的前提下，進一步節(jié)省了廢液和固體廢料的處理成本。

4.4本系統(tǒng)同時解決了污泥脫水和污泥中有機質利用的問題，工藝系統(tǒng)簡單緊湊，具有較高的能源轉化率和熱能利用率，具有較高的工業(yè)應用及推廣價值。

5.結論

污泥能源轉換技術是一種污泥處置的方法，利用污泥自身的特性，采用適合的處理工藝，設備均為工業(yè)生產常用設備，污泥能源轉換器也是一種常用的化工設備，操作簡單，工藝運行方便，屬連續(xù)運行的低溫干餾技術，優(yōu)于目前的流化床污泥焚燒工藝和干餾污泥處理技術。

污泥能源轉換技術可使污泥有機質全部轉換為易貯存、運輸、使用的有機質能源，對污泥進行了徹底的無害化處理。污泥能源轉換工藝產生兩種產品，一種是富含微孔的生物炭，可以補充土壤的有機物含量，還可以改善土壤的透氣性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。另外生物炭可以長期穩(wěn)定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促進土壤中微生物繁殖，促進植物生長對二氧化碳吸收，具有減少空氣中二氧化碳的功能。另一種是混合低碳有機質能源，是污泥中細菌、生物等被熱解、熱縮合的產物，被冷卻后形成低碳有機質混合物，兩種產品均可直接送入加熱爐，作為加熱爐的燃料。

污泥能源轉換技術以最經濟的、簡單實用的方法，對污水處理廠產生的污泥進行了徹底的處理，最大化地進行了能源的利用，并可為企業(yè)帶來巨大的經濟效益。

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作者簡介：楊明遠（1967.8.1） ，男，本科，畢業(yè)于鞍山鋼鐵學院，煤化工專業(yè)，工程師，籍貫：河南省駐馬店市，研究方向：生產管理，污水處理，污泥處理.