基于工業(yè)示范的市政污泥熱解炭化機(jī)理研究

周學(xué)坤　景元琢　肖培蒙　孟輝

摘? ?要：市政污泥熱解炭化技術(shù)因其環(huán)保方面的優(yōu)勢，日益成為國內(nèi)外重點(diǎn)推廣的環(huán)保技術(shù)。但由于目前投入產(chǎn)業(yè)化的污泥炭化項(xiàng)目不多，相關(guān)的污泥熱解炭化的研究大多局限于實(shí)驗(yàn)室或中試規(guī)模，雖有一定的指導(dǎo)意義，但與工業(yè)化的大型項(xiàng)目的研究相比，仍缺乏一定的工程準(zhǔn)確性。本文在污泥處理規(guī)模為300t/d（含水率80%）污泥熱解炭化工業(yè)化項(xiàng)目基礎(chǔ)上，對熱解過程相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了研究，有一定的借鑒和工程指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：熱解? 炭化? 工業(yè)示范

中圖分類號：X705? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)化生產(chǎn)線為研究平臺，進(jìn)行污泥熱解特性及主要營養(yǎng)物遷徙規(guī)律的研究。

1? 污泥炭化項(xiàng)目介紹

天津青凝候污泥填埋場生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目為2017年度世界銀行貸款項(xiàng)目，建設(shè)日處理300t含水率80%污泥的污泥機(jī)械脫水、熱力干化和熱解炭化的生產(chǎn)線一條。該填埋場填埋了天津主城區(qū)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(jī)在壓榨壓力為2MPa的壓力下進(jìn)行壓濾。壓濾后的污泥含水量為60%左右。壓濾后的泥餅經(jīng)過炭化系統(tǒng)的余熱進(jìn)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(jìn)行炭化。

2? 污泥來源與特性

本次試驗(yàn)研究所選用的污泥為天津市青凝候淤泥填埋場內(nèi)市政污泥，基本性質(zhì)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(fā)分、固定碳和熱值產(chǎn)生顯著影響，其性質(zhì)與污水處理廠新產(chǎn)生污泥性質(zhì)類似。

3? 污泥熱解炭化

3.1 固體產(chǎn)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(chǎn)物的特性分析結(jié)果，由于熱解過程中產(chǎn)生了大量富含C、H和N的熱解揮發(fā)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(xiàn)象，物料發(fā)生燃燒反應(yīng)。第二次實(shí)驗(yàn)時啟動了惰性氣體密封消除了漏氣現(xiàn)象，C含量有所增加。

研究也發(fā)現(xiàn)，機(jī)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(chǎn)物的TG/DTG分析曲線如圖5，實(shí)驗(yàn)條件為：60 mL/min的氮?dú)鈿夥蘸?0℃/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(jīng)炭化后失重率很低，主要是因?yàn)樘炕^程中有大量揮發(fā)分產(chǎn)生并隨著熱解氣排出。

3.2 機(jī)械脫水耦合熱解所得污泥生物炭中營養(yǎng)元素的分析

圖6所示為產(chǎn)物中P濃度的分析，從圖發(fā)現(xiàn)污泥脫水處理后P主要存在于固體產(chǎn)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(jī)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(chǎn)物中K濃度的分析，從圖發(fā)現(xiàn)污泥水熱處理后k也主要存在于固體產(chǎn)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(shù)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(jié)語

本文以天津市青凝候淤泥填埋場內(nèi)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(yǎng)物的遷徙規(guī)律進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，污泥熱解炭化技術(shù)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(yǎng)元素幾乎全部保留在污泥炭中，具有良好的再應(yīng)用價(jià)值，為市政污泥的處理提供了一條解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴曉虎.我國城鎮(zhèn)污泥處理處置現(xiàn)狀及思考[J].給水排水，2012（2）：1-5.

[2] 姚金玲，王海燕，于云江，等.城市污水處理廠污泥處理處置技術(shù)評估及工藝選擇[J].環(huán)境工程，2012，2（1）：81-82.

[3] 李博，王飛，嚴(yán)建華，等.污水處理廠干化焚燒處理可行性分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，10（10）：3399-3400.

[4] 楊新海，張辰.上海市石洞口城市污水處理廠污泥干化焚燒工程[J].給水排水，2003，29（9）：19-22.