基于工業示范的市政污泥熱解炭化機理研究

周學坤　景元琢　肖培蒙　孟輝

摘? ?要：市政污泥熱解炭化技術因其環保方面的優勢，日益成為國內外重點推廣的環保技術。但由于目前投入產業化的污泥炭化項目不多，相關的污泥熱解炭化的研究大多局限于實驗室或中試規模，雖有一定的指導意義，但與工業化的大型項目的研究相比，仍缺乏一定的工程準確性。本文在污泥處理規模為300t/d（含水率80%）污泥熱解炭化工業化項目基礎上，對熱解過程相關機理進行了研究，有一定的借鑒和工程指導意義。

關鍵詞：熱解? 炭化? 工業示范

中圖分類號：X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098 X （2019）07（a）-0067-03

本文選取天津市青凝候淤泥填埋場的污泥作為研究對象，以日處理300t污泥（含水率80%）工業化生產線為研究平臺，進行污泥熱解特性及主要營養物遷徙規律的研究。

1? 污泥炭化項目介紹

天津青凝候污泥填埋場生態修復項目為2017年度世界銀行貸款項目，建設日處理300t含水率80%污泥的污泥機械脫水、熱力干化和熱解炭化的生產線一條。該填埋場填埋了天津主城區過去10年的主要污水處理廠的剩余污泥，污泥平均含水量為85%左右。污泥挖掘后，先采用高壓壓濾機在壓榨壓力為2MPa的壓力下進行壓濾。壓濾后的污泥含水量為60%左右。壓濾后的泥餅經過炭化系統的余熱進行直接接觸干燥，水分降低到30%左右，干燥后的污泥在外熱式炭化爐中被加熱到500℃左右進行炭化。

2? 污泥來源與特性

本次試驗研究所選用的污泥為天津市青凝候淤泥填埋場內市政污泥，基本性質如表1所示。

從表1可以看出，污泥的長期填埋，并未對污泥含水率、灰分、揮發分、固定碳和熱值產生顯著影響，其性質與污水處理廠新產生污泥性質類似。

3? 污泥熱解炭化

3.1 固體產物的特性分析

表2為脫水耦合熱解制備生物炭過程中固體產物的特性分析結果，由于熱解過程中產生了大量富含C、H和N的熱解揮發分，致使生物炭中的C、H和N含量以及熱值均降低。

第一次炭化后所得生物炭的C含量低的主要原因是炭化爐惰性氣體密封未開啟，存在一定的漏氣現象，物料發生燃燒反應。第二次實驗時啟動了惰性氣體密封消除了漏氣現象，C含量有所增加。

研究也發現，機械脫水分離液中P與K的含量較低，污泥中的P與K大部分留在熱解炭中。

固體產物的TG/DTG分析曲線如圖5，實驗條件為：60 mL/min的氮氣氣氛和20℃/min升溫速度，升至900℃是維持30min，然后改用60mL/min的空氣燃燒60min。由圖5可以看出，水熱脫水污泥經炭化后失重率很低，主要是因為炭化過程中有大量揮發分產生并隨著熱解氣排出。

3.2 機械脫水耦合熱解所得污泥生物炭中營養元素的分析

圖6所示為產物中P濃度的分析，從圖發現污泥脫水處理后P主要存在于固體產物中，脫水分離液中的P含量較低。炭化后所得污泥生物炭的P含量再次增高。說明P在機械脫水耦合熱解制備生物炭過程中主要存在于生物炭中。

圖7所示為產物中K濃度的分析，從圖發現污泥水熱處理后k也主要存在于固體產物中，水熱分離液中的K含量較P含量有所提高，但是絕大多數留在固體中。炭化后所得污泥生物炭的K含量與P含量一致，也是再次增高。

4? 結語

本文以天津市青凝候淤泥填埋場內市政污泥為研究對象，通過日處理300t市政污泥的熱解炭化處理線，對污泥熱解過程中成分變化及主要營養物的遷徙規律進行了研究，研究結果表明，污泥熱解炭化技術有效的保留了污泥中的固定碳，同時污泥中的磷和鉀主要營養元素幾乎全部保留在污泥炭中，具有良好的再應用價值，為市政污泥的處理提供了一條解決方案。

參考文獻

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