規模化糞池污泥熱解及與農業廢棄物共熱解的資源回收和生物炭特性分析

Benedict C.Krueger，Geoffrey D.Fowler，Michael R.Templeton，Berta Moya

（1. 英國帝國理工學院土木與環境工程系，英國 倫敦 SW7 2AZ；2. 美國康涅狄格州Biomass Controls LLC 公司，美國 伍德斯托克）

譯者： 趙玉瑩，程世昆；審查： 李子富；單位： 北京科技大學環境科學與工程系

1 研究亮點

*首次對規模化糞池污泥制備生物炭進行了全面研究；

*生物炭具備作為固體燃料和土壤改良劑的應用潛力；

*化糞池污泥制備生物炭可以完全殺死病原體并且使重金屬部分穩定化；

*化糞池污泥和農業廢棄物共處理提高了生物炭的理化特性。

2 背景

生物炭是由有機原料在缺氧或無氧的條件下，經高溫熱解（350～800 ℃） 制備的一種類似木炭的材料。同時，熱解作為一種有效可行的廢物資源化方法，在市政污泥和糞便的處理方面也有應用。盡管近年來有很多科學家已經研究了一些化糞池污泥的熱化學處理技術，包括燃燒、氣化、水熱碳化，也特別指出了化糞池污泥制備生物炭的可行性，但這方面的研究仍然比較缺乏。化糞池污泥含水率高，熱解過程的能源效率較低，選擇一些富含碳的廢棄物（甚至塑料） 共熱解可以改善這一情況。迄今為止，有關化糞池污泥制備生物炭的研究只局限于實驗室階段，因此，對規模化的化糞池污泥資源化回收處理技術進行論證和研究十分必要。

3 研究方法

研究樣品取自印度泰倫加納邦的Warangal 糞便處理廠和安得拉邦的Narsapur 糞便處理廠。采用對照試驗，化糞池污泥單獨熱解作為對照組，以0.3 kg 生物質顆粒燃料與1.0 kg 糞便污泥干基的比例混合共熱解作為試驗組，對比分析所得生物炭的特性。其中，生物質顆粒燃料由農業廢棄物加工而來。通過增量式橫流取樣，連續4 d 每天采集3 個樣品。采用熱重分析法，探究原料的熱解特性；通過比較試驗組與對照組生物炭的理化性質，論證化糞池污泥與富含碳物質共熱解的可行性；通過測定生物炭的pH、碳酸鈣當量和營養成分，評估生物炭的農用價值；對比重金屬遷移率的變化，分析生物炭對重金屬的固定作用；通過分析生物炭的粒徑分布和結構特性，確定原料組成和工藝流程對產品性能的影響。

4 主要研究結果

生物炭的熱值受到高灰分含量的限制，但Narsapur 糞便處理廠污泥制得的生物炭平均熱值高達14.9 MJ/kg，凸顯其作為固體燃料的潛力。Warangal 糞便處理廠污泥制得的生物炭碳酸鈣當量為20.1%，非常適合改良酸性土壤。化糞池污泥中的重金屬富集在生物炭中，但是其遷移率顯著降低，特別是銅和鋅，分別降低了51.2%～65.2%和48.6%～59.6%。化糞池污泥與富含碳的廢棄物共熱解可以影響生物炭的特性，例如營養物質的富集、固定碳的含量和產出更多固體燃料。

5 結論與展望

本研究首次報道了化糞池污泥規模化制備生物炭的綜合研究結果，分析了原料及所制備生物炭的特性，評估了其作為土壤改良劑和固體燃料的可行性。研究結果為化糞池污泥基生物炭的最終用途提供了初步證據，但未來仍需加強對生物炭中可能存在的有機污染物和其作為固體燃料及土壤改良劑的實際應用方面的研究。