污泥微波熱解與傳統熱解過程硫轉化途徑解析

權 熙，張 軍，尹琳琳，左 薇，張 杰

（城市水資源與水環境國家重點實驗室，哈爾濱工業大學，黑龍江 哈爾濱 150090）

譯者：權 熙；審查： 張 軍；單位：哈爾濱工業大學

1 研究亮點

*微波熱解和傳統熱解污泥過程中，均發現硫醇、脂肪族含硫化合物和芳香族含硫化合物生成H2S 的相似路徑；

*與微波熱解相比，污泥傳統熱解H2S 產率大幅增加主要歸因于焦油中芳香族含硫化合物和噻吩類含硫化合物的二次裂解，兩者產率分別提高了10.4%和11.3%；

*500～800 ℃時，微波熱解促進固體焦中硫的積累，同時減少了H2S 產率。

2 背景

當前，我國污泥存量巨大且其產生量仍以5%～10%的幅度遞增，污水污泥安全處理與處置已成為影響污水處理行業發展的重要環境問題之一。污泥熱解是在隔絕空氣的情況下對污泥進行加熱，將污泥轉化為可回收利用的熱解油、熱解氣以及固體焦過程。在溫度超過650 ℃時，污泥熱解的優勢產物是熱解燃氣，其中H2+CO 含量達到熱解氣體總量的53%～72%。然而，熱解氣體中H2S 的存在影響了熱解氣的資源化利用且降低了燃氣品質，必須去除。基于課題組前期研究成果，本研究通過分析不同熱解溫度下污泥含硫化合物在氣液固三相分配行為，以揭示微波熱解和傳統熱解兩種不同熱解方式下污泥釋放H2S 的反應機理；同時利用生石灰共熱解方式進行H2S 捕獲固定，解析了鈣基物質對H2S 的原位控制機制。

3 研究方法

通過間歇運行自主設計搭建的微波熱解裝置，運用XPS、GC-MS、GC、FTIR、SEM 等方法定性/定量表征不同熱解條件下，污泥三相產物中的含硫物質種類及含量；通過構建各相產物中含硫物質與熱解溫度的關聯體系，得到污泥含硫物質與H2S 生成之間的轉化規律；并通過生石灰與污泥混合共熱解的方法，實現對H2S 的原位固定。

4 主要研究結果

在微波熱解和傳統熱解過程中均發現了如下3 條相似的H2S 轉化途徑：300 ℃以下，污泥中不穩定的硫醇結構裂解釋放H2S；300～500 ℃，焦油中脂肪族含硫化合物分解形成H2S；500～800 ℃，熱解油中芳香族含硫化合物開環裂解產生H2S。其中，在傳統熱解700 ℃以上溫度發生噻吩類含硫化合物的二次裂解，而該途徑在微波熱解過程未發生。對比微波熱解和傳統熱解條件下H2S 產率發現：在500～800 ℃下，微波熱解可有效促進固體焦中硫的積累并減少氣態H2S 的產率；傳統熱解過程中H2S 產率的顯著提高主要歸因于芳香族含硫化合物和噻吩類含硫化合物的分解，研究發現兩者產率分別增加了10.4%和11.3%。此外，通過污泥與生石灰共熱解，發現CaO 與H2S 形成CaS 類物質進而實現氣態含硫化合物向固態含硫化合物轉化，同時微波熱解抑制了噻吩類含硫化合物在高溫下的二次裂解，兩者共同實現了生物氣中含硫物質的去除。

5 結論與展望

本研究系統分析了污泥微波熱解和傳統熱解條件下，熱解三相產物（固體焦、液態焦油和生物氣）中含硫物質的轉化規律，解析了兩種熱解條件下H2S 的生成機理，揭示了微波熱解污泥過程H2S 的原位控制機制。未來應致力于開發污染氣體的綜合處理技術以及熱解產物的多元利用技術，最終實現污泥無害化和資源化處理技術的工程應用。