污泥熱解技術特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保環境工程有限公司，杭州 310012)

污泥熱解技術特性分析

蔡炳良，辛玲玲

(浙江利保環境工程有限公司，杭州 310012)

介紹了污泥熱解技術的特點和基本原理，對其工藝流程進行了概括性描述。重點分析了污泥熱解技術無二英產生、固化重金屬、高能量利用率和低能量損失的特點，指出污泥熱解技術是節能環保技術，是污泥減量化、穩定化、無害化、資源化的有效途徑。

污泥;熱解;二英;節能環保

1 前言

熱解是一種有悠久歷史的技術，如對木材、泥炭以及頁巖的氣化都是熱解。根據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越來越受到各方的關注[2]。

熱解技術的顯著特點有：1）沒有二次污染；2）能源利用率高、減容率高、運行費用低；3）可從根本上解決污泥中的重金屬問題；4）無二英和呋喃產生，不會因為環境問題擾民；5）燃燒后，需要處理的廢氣量小；6）能回收可再生能源；7）處理對象較廣泛，包括污泥、工業垃圾、生物質、塑料、電子垃圾、廢輪胎等。

2 污泥熱解技術基本原理

污泥熱解是利用污泥中有機物的熱不穩定性，在無氧條件下對其加熱，使污泥中的有機物發生熱裂解，形成利用價值較高的氣相（熱解氣）和固相（固體殘渣）產品，這些產品具有易儲存、易運輸及使用方便等特點，為污泥的減量化、穩定化、無害化、資源化提供了有效途徑。

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

根據熱解的過程，操作溫度可分為低溫、中溫和高溫熱解，在500℃以下的為低溫熱解，500℃～800℃為中溫熱解，800℃以上的為高溫熱解。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

一個完整的污泥熱解工藝包括儲存和輸送系統、干燥系統、熱解系統、燃燒系統、能量回收系統和尾氣凈化系統（見圖1）。污泥的存儲和輸送是整個工藝流程的開始，起到儲存污泥和將污泥輸送進入干燥裝置的作用。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%，采用熱解技術在無氧環境下即可將固態污泥裂解，生成氣態和固態的產物。

污泥熱解后的氣態產物為熱解氣，是一種可燃氣體。從熱解設備（熱解鼓）中生成的熱解氣含有一定的有害物質，可以采取燃燒的方法進行處理，這樣既可以利用能量，同時也可將有害物質轉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去除，干凈的熱解氣可用于發動機或燃氣輪機。系統的無氧環境則減少或阻止了多環芳香烴的生成。

污泥熱解后的固態產物是污泥熱解后的殘渣，其極易濕潤，所以出渣裝置需設置防堵塞措施。另外，熱解殘渣的化學性能穩定，可耐強酸腐蝕，污泥中的重金屬被固化在其中很難再次析出。

熱解產生的熱解氣經過旋風除塵器后與污泥儲存倉的廢氣一同進入燃燒室燃燒，這樣可以防止異味外泄。燃燒室產生的煙氣優先用于熱解鼓的加熱，熱解鼓出口煙氣溫度為600℃，這部分煙氣再進入余熱鍋爐進行余熱利用。當系統自身能量不能維持自身平衡時，燃燒室需外加燃料（天然氣或油）作為補充，以達到維持系統能量平衡的目的。

經熱解加熱后的煙氣進入余熱鍋爐，產生的蒸氣可用于干燥污泥。對于不同的工藝條件，可以選擇不同的能量回收方案。

固廢的熱解在常壓下進行，但實際上為了避免異味泄漏，一般在熱解鼓內維持一定的負壓。

4 污泥熱解技術的節能環保性

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渣中。大量數據表明：污泥經歷熱解后，重金屬都富集在固體殘留物中，且重金屬形態發生了顯著改變，可交換態含量降低，殘渣態含量升高，浸出濃度都低于監測標準。德國熱解殘渣分析報告見表2。

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

熱解后的污泥殘渣是完全惰性、疏松和干燥的物質，富含鉀和磷，因此具有很多利用價值。

（1）從表2中的數據可知，污泥熱解后的殘渣中的有害物質的浸出量很少，符合德國一類填埋物標準。并且該廢渣的物理特性有利于填埋場的穩定，因此把污泥的熱解殘渣填埋到生活垃圾填埋場是可行的。

（2）根據污泥熱解殘渣的物理構造，其還可作為添加劑用于瀝青生產，可降低相應生產原料的消耗。

（3）污泥熱解殘渣因有害物質含量少，可被用于填充地下開挖點或堆積，因殘渣富含無機物，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）污泥熱解殘渣的含磷量很高，可在肥料生產中用以代替磷礦石，此過程可實現大量二氧化碳減排。

表2 德國的污泥熱解殘渣分析報告

4.3 高能量利用率，低能量損失

污泥熱解工藝能否達到能量自平衡，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，如果直接進行熱解，熱解設備的尺寸將相當大，并且熱解產生的熱解氣由于混有大量的水蒸氣因而熱值較低，不具有利用價值。所以污泥在熱解之前必須進行干燥處理，降低污泥的含水率至20%～25%。在整個系統的能量平衡中，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在熱解產生的熱解氣的熱值，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。熱解氣熱值直接關系到燃燒后的煙氣能量及余熱鍋爐產生的蒸氣量，最終對污泥的干燥系統也會產生影響。此外，干燥設備、熱解設備、燃燒室、余熱鍋爐的能量利用率也會影響到整個系統的能量平衡（見圖2）。離開系統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熱燃燒用的空氣等。可根據不同工藝流程選擇最為經濟的能量利用方式。

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渣中，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 結論

污泥熱解技術是一項很有發展潛力并已成熟應用的技術。污泥熱解方法可以制得有利用價值的氣體和固體，且操作系統封閉，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，對環境的影響大大減小，并且運行成本低于焚燒方式。因此污泥熱解技術是一種節能環保的固廢處理方法，大有發展前景。

[1]楊順生.污泥低溫熱解技術在德國的應用實踐[A].污泥處理與綜合利用暨污泥處理新設備、新技術交流研討會[C].上海：住房和城鄉建設部政策研究中心，2009，25.

[2]李海英.生物污泥熱解資源化技術研究.天津大學博士學位論文[C].天津：天津大學出版社，2006，112.

[3]王智敏.城市生活垃圾和污泥低溫熱解技術研究[A]. 天津大學碩士學位論文[C].天津：天津大學出版社，2005，9.

[4]鐘聲，趙士彬.焚燒煙氣中二英類的產生和控制[J].環境科學，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