污泥熱解研究現(xiàn)狀

1、污泥熱解研究現(xiàn)狀污泥熱解研究現(xiàn)狀謝鵬超09S027071摘要：摘要：污泥熱解作為一種可資源化的污泥處理技術(shù)，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究人員的重視。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外對(duì)污泥熱解的原理、影響因素、產(chǎn)物以及常用的研究方法等進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。并對(duì)當(dāng)前污泥熱解的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了概括，點(diǎn)明污泥熱解的研究方向。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：污泥熱解、熱解工藝、熱解機(jī)理、影響因素、熱解產(chǎn)物引言引言隨著人口的日益增加和全球社會(huì)的日益城鎮(zhèn)化城市污水的產(chǎn)生量越來(lái)越大作為城市污水處理副產(chǎn)

2、品的污泥的數(shù)量也在急劇增加。污水污泥是一種由有機(jī)殘片、微生物、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體污泥含有有毒有機(jī)物、致病微生物和重金屬會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危險(xiǎn)隨著污泥產(chǎn)量的急劇增加污泥的處置越來(lái)越受到人們的重視。由于污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)為其能源化利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)【1】。因此，可以用某種方法把這種貯存在污泥中的能量，以熱量或作為燃料或制造出特殊的化學(xué)品的形式釋放出來(lái)【2】。一般可采取三種方法來(lái)利用其中的能量：直接燃燒、氣化和熱解【35】。其中

3、，熱解法在最近幾年受到了越來(lái)越多的關(guān)注。污泥熱解不僅可以減少二惡英的產(chǎn)生，將大部分重金屬固定在固體殘?jiān)卸鴾p少二次污染的形成，而且還可以產(chǎn)生利用價(jià)值較高的生物油，不凝性氣體和焦炭，為污泥的減量化、無(wú)害化和資源化提供了新的有效途徑。一、一、污泥熱解的工藝污泥熱解的工藝污泥熱解工藝按加熱方式的不同可分為加熱爐加熱和微波輻射加熱兩類(lèi)。加熱爐加熱式的污泥熱解反應(yīng)器主要有固定床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等類(lèi)型【6】。根據(jù)污泥預(yù)處理方式不同，

4、加熱爐加熱熱解可分為3類(lèi)。（1）簡(jiǎn)單熱解工藝污泥經(jīng)105℃干燥后直接在電爐中加熱熱解。（2）化學(xué)活化工藝污泥經(jīng)105℃干燥后，先與化學(xué)活化劑混合，然后在電爐中加熱熱解。目前，常用的化學(xué)活化劑包括：ZnCl2、H2SO4、ZnCl2和H2SO4的混合物、KOH等【7】。（3）物理活化工藝將熱解殘?jiān)糜诜磻?yīng)爐中，在一定溫度下繼續(xù)通入CO2或水蒸氣等。熱解過(guò)程中通常通入N2保持無(wú)氧環(huán)境，但也有研究人員用CO2替代N2【8】，或者在污泥上表面覆

5、蓋一層＜1mm厚的焦碳，利用高溫下焦碳和污泥自身?yè)]發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)蒸氣燃燒消耗氧氣而得到無(wú)氧環(huán)境【9】。加熱熱解時(shí)，熱解溫度、高溫停留時(shí)間和升溫速度是影響污泥熱解產(chǎn)物收率的主要工藝條件【10】。微波輻射熱解是通過(guò)微波輻射致使污泥達(dá)到高溫并熱解的工藝。利用微波加熱污泥的耗能只有傳統(tǒng)方法的50%【11】。研究表明【1215】，微波輻射熱解處理污泥時(shí)必須在污泥中加入少量微波吸收劑才能使污泥達(dá)到熱解所需要的高溫，否則污泥溫度只能達(dá)到200℃。目前已

6、有研究中使用的微波吸收劑主要有石墨、熱解污泥殘?jiān)?、SiC和活性炭。此外，微波熱解中可考察的工藝參數(shù)有微波頻率，輻射時(shí)間，輻射模式等。2.22.2污泥熱解的溫度與反應(yīng)時(shí)間污泥熱解的溫度與反應(yīng)時(shí)間污泥熱解的速率、污泥熱解產(chǎn)物以及污泥熱解的效率都與污泥熱解溫度有著極大地關(guān)系。同時(shí)，當(dāng)熱解溫度變化時(shí)，熱解反應(yīng)機(jī)理也有可能不同，熱解的動(dòng)力學(xué)參數(shù)也需要進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)算分析【2526】。因此，污泥的熱解溫度作為污泥熱解的最重要的影響因素也受到了國(guó)內(nèi)外研

7、究人員的青睞。CamPbell【27】等人在275550℃范圍內(nèi)對(duì)生污泥和厭氧發(fā)酵污泥進(jìn)行了研究，以最大的產(chǎn)油率為目的，得出最佳反應(yīng)條件是：溫度450℃，停留時(shí)間0.5h。高現(xiàn)文【10】等人研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)熱解終溫小于450℃時(shí)，污泥的熱解時(shí)間隨熱解終溫的升高而增加，大于450℃時(shí)污泥的熱解時(shí)間隨熱解終溫的升高而減少；熱解氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨熱解終溫升高而增大，500℃前焦油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度升高而增大，500℃后隨溫度升高而減小，焦炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨

8、溫度升高而減??；焦油的熱值在500~600℃的情況下達(dá)到最大，500℃左右焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，從能耗方面看500℃也是一個(gè)最佳的產(chǎn)油熱解溫度；從焦炭的工業(yè)分析看，隨熱解終溫升高焦炭中揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，灰分和固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大。陳漢平【28】等研究發(fā)現(xiàn)不同溫度下得到的半焦具有相似的比表面積和孔徑分布趨勢(shì)，在約4nm處出現(xiàn)峰值。總孔容積和比表面積隨熱解終溫的提高而逐漸增加，而且半焦中主要存在的是微孔和中孔，有利于污泥熱解反應(yīng)的進(jìn)行。張鋪【2

9、9】等人發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度的增加，重金屬在殘?jiān)械姆植家灿兴黾印Ｋ?、四、污泥熱解的產(chǎn)物污泥熱解的產(chǎn)物污泥熱解產(chǎn)物包括氣體、液體和固體殘?jiān)糠?。其中固、液、氣三相產(chǎn)物的質(zhì)量一般為試樣入料的11%、74.6%、14.4%【30】。在污泥熱解所得的三相產(chǎn)物中，固相產(chǎn)物孔隙較多，可作為吸附劑或建材等，液相產(chǎn)物主要是生物油，經(jīng)過(guò)改性可做燃料油或化工原料，氣體則可提純氫氣以及烴類(lèi)，用作化工原料或者輸送給電廠作為發(fā)電燃料等【31】。4.14.1氣體

10、產(chǎn)物氣體產(chǎn)物污泥熱解后產(chǎn)生的氣體主要有N2、H2、CO2、CO以及低碳烴類(lèi)（CH4、C2H4、C2H6）等。這些氣體具有很高的熱值，不僅可以在反應(yīng)時(shí)提供熱解所需的溫度，還可以收集回用。Menendez【32】等研究發(fā)現(xiàn)污泥中有機(jī)成分發(fā)生了吸熱性的氣化反應(yīng)：（1）（2）（3）（4）其中，低溫度段主要發(fā)生反應(yīng)（1）和反應(yīng)（4），隨著熱解溫度達(dá)到600℃左右，污泥熱解在600℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定量的水，伴隨著污泥揮成發(fā)分的裂解產(chǎn)生的水發(fā)生了反應(yīng)（2