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1、污泥热化学处理的试验研究随着城市污水处理率的上升，城市污水厂污泥将大量增加。污泥处理方法种类繁多，但大都存在一些弊端。土地填埋处理由于可供填埋场地越来越少，今后将受到严格控制；焚烧法处理由于设备及运行费用昂贵、投资大，也不普遍适用 1。至于目前国内广泛使用的污泥浓缩、压滤脱水后即行排放的处理方法，则有处理不彻底，易引起二次污染等缺点 2。而污泥热化学处理法具有灭菌效果好、处理迅速、占地相对较少、处置后污泥性质稳定并能进行能源回收等优点，因此能达到使污泥处置减量化、无害化、资源化的目的。 1 污泥热分解机理目前进行的污泥热解试验尚不能完全有效地阐明其作用机理。国内外学者较普遍的看法为：污泥被加热
2、至 200300，其中的脂肪族化合物发生转化；加热至 300390时，蛋白质类化合物转化；390以上，糖类化合物转化，肽链断裂，基因变性转移；与此同时，碳化合物发生转化至 450时转化完成。所以污泥热解在 500以下即可完成。本人的大量实验测试结果亦证实如此，但在无氧或缺氧条件下热解状况会略有不同 3,4。2 试验2.1 试验原理缺氧条件下，加热脱水污泥至一定温度（320），通过热解和干馏作用，使污泥性质发生变化，分解产出碳、油和不凝气体。大部分产物可进行能源回收。2.2 试验原料所取污泥为武汉水质净化厂脱水污泥，经取样和化验，其平均数据如下：表 1 污泥肥份及大肠杆菌数值项目 有机质（%）全
3、 N（%）全 P（%）全 K（%）大肠杆菌（个/100g）S(%)混合 62.1 1.520 0.735 1.04 2400 0.835初沉 64.8 1.457 1.416 1.01 2400 0.650表 2 污泥重金属含量表(mgkg -1)项目 Cu Zn Cr Cd Hg Pb As混合 148.4 543.9 72.8 0.70 0.42 55.1 18.8初沉 132.7 568.2 78.6 0.75 0.94 57.5 21.4从以上两表可看出，污泥中有机质含量较高，具有一定热值，而N、P、K 等植物营养素含量不高，部分污泥重金属含量超标（GB4284-84）。这种污泥农用不
4、会有好的效果。2.3 试验设备及方法2.3.1 主要设备： 电热干燥箱，马弗炉，热解器，氧弹测热仪，冷凝瓶，分液漏斗，日产 TAS-100 热分析仪2.3.2 测试项目：反应温度、时间、含水率、VS 含量、TG 图和放热值2.3.3 试验结果及讨论表 3 污泥含水率及 VS 含量污泥样 W1(g) W2(g) W3(g) P(%) VSS(%)1 24.972 38.128 30.698 34.222 56.4762 23.876 37.191 29.569 33.425 57.2433 24.573 37.771 30.270 34.012 56.827注：测试所用方法参见文献 5。污泥热解
5、在温度大于 200时开始有明显表象生成,至 300停留 1小时后，反应基本停止（图 1）。污泥热解产物为炭、油、水和不凝气体，主要是炭和油，故对这两类物质进行分析。从图可知，污泥热解时产炭率随温度升高而下降，产油率随温度升高而上升。得到的炭占污泥干重的 5070%，体积约为原污泥的1/31/2。一般含有机物较多的炭为无光泽的黑色块粒。污泥炭性质稳定，无异味，杀菌率为 100%，可长期贮存。所得油有浓重的气味，呈棕色，易被明火点燃，所得率在 2035%左右（重量比）。所得气体带恶臭味，主要含有 H2S、甲硫醇和氨等物质，这些气体可通过燃烧脱臭。由于在实验过程中，避开了生成二噁英等持久性污染物的最
6、佳温度区域，故不必担心生成这类物质 6,7。采用日产 TAS-100 热分析仪进行 TG 和 DTA 测试。污泥热解自 200开始，放出烟气。大约至 300时，烟气放出速率最高，维持一段时间后浓烟消失，至 350时反应基本停止。图 3 污泥 DTA 曲线从 TG 和 DTA 曲线判断污泥热解在缺氧条件下进行的是放热反应。其中 200350对于城市污水厂污泥而言是较好的热解温度范围。当温度升至 500左右，其转化率为最高，但热解温度高，需增加大量加热设备、消耗大量热能，不经济。同时在该温度下，会产生难以处理的二噁英类物质 8。这种污泥经 200350低温热解后，各类污染物质均被去除。部分重金属离
7、子留在灰分中，不会造成二次污染。灰分体积减为原有体积的 30%以下，便于运输填埋。3炭化污泥合成燃料上述热解后的污泥称之为炭化污泥。其性质稳定，且有一定量的有机质（表 4），仍具有一定热值。这种污泥可与其他固体燃料混合供工业锅炉使用。既减少了污泥处置成本，又可作为一种能源回收，获得一定经济效益。表 4 炭化污泥分析炭化污泥样W1(g) W2(g) W3(g) P(%) VSS(%)1 24.563 44.279 39.981 1.42 21.82 24.394 44.120 39.701 1.37 22.43 25.622 45.304 41.328 1.59 20.2此外，为了充分说明炭化污
8、泥可利用的价值，本人还进行了污泥型煤燃烧可行性分析，即将所配制型煤经氧弹放热测试，其发热值可达到 20000KJkg-1，符合一般燃料用煤放热值条件 9。这种型煤具有点火快、燃烧充分等优点。表 5 列出了炭化污泥型煤与普通民用蜂窝煤比较。表 5 型煤成分分析项目 水份（%） 挥发份（%） 灰份（%） 热值 KJkg-1炭化污泥型煤7.56 10.4 34.5 18442普通蜂窝煤 5.10 8.5 38.1 190804污泥热解的能量分析由于条件所限，本文未对污泥热解进行能量平衡分析。根据国内外资料，可以得出污泥热解过程为能量净输出过程。其中污泥含水率及有机质含量是污泥热解能量回收效果的关键。
9、因此，对于有机质含量较高的污泥采用污泥热解法处置是适当的，此外，提高污泥脱水能力也是决定污泥热解成败的重要因素 8,10。结 论：采用污泥低温热解能有效去除污泥中的污染物质，灰份可填埋，不形成二次污染。污泥热解产物中的污泥炭和油类均可作为燃料回收使用。其中污泥炭又可与其它固体燃料按一定比例混合后，形成合成燃料。污泥热解是放热分解反应，对于城市污水厂污泥，其经济、有效热解温度区域在 200350。对于生活污水污泥，热解处理产油率在 2035%之间，产炭率在50%70%左右。污泥稳定化处理与资源化技术生产性研究1概述 污泥稳定化处理与资源化技术生产性研究，目的是开发高效低耗的城市污水处理厂污泥的减
10、容化、稳定化、无害化、资源化技术，实现生物能的综合利用及有效回收。主要内容有以下四个方面：（1）污泥厌氧消化是解决污泥稳定和污泥减容的最佳途径，通过提高消化池进泥浓度降低了消化池体积，减省了加热、搅拌消耗的能量，通过最佳运行参数的探索，提高了有机物去除率和产气率，实现了高效低耗的目标；（2）两相厌氧技术采用酸化和产甲烷段分开，高温酸化，中温产甲烷的技术路线，停留时间较常规厌氧消化减少 40%，其处理效果与常规厌氧相近，可以明显节省工程投资；（3）厌氧产生的沼气通过沼气利用系统可以最大限度回收利用生物能，实现污水厂部分能量自给，解决了沼气脱硫的技术关键，建成了沼气驱动鼓风机、余热回收、沼气锅炉污
11、泥加热的整体系统，实现了沼气生物能的最大回收；（4）污泥无害化处理，解决了好氧高温发酵制肥料的静态装置和工艺技术，另外采用燃气红外线烘干污泥，可以有效杀灭虫卵，实现无害化。以上几项技术基本实现了污泥高效减容、无害、沼气最大限度回收用于补充污水处理厂能量消耗的目标。消化污泥经高温堆肥或烘干可以满足卫生指示，在重金属不超标情况下，可安全用于农业，其公效明显，经济效益可观。实现了污水处理的良好生态循环。2污泥高效厌氧消化技术生产性试验是通过对天津市东郊日处理 40 万吨的污水处理厂 1.0立方米中温污泥消化池进行的，结论意见为：（1）对该厂剩余活性污泥、一沉混合污泥、浓缩污泥、一级消化污泥、二级消化
12、污泥、脱水污泥共计 42 个项目的化验分析，及对近几年东郊污水处理厂污泥化验数据的整理分析，其结果认为，天津市东郊污水处理厂污泥具有我国大城市污水污泥的典型性和代表性，它为低有机份、低脂肪、高碳水化合物污泥。具体指标为：浓缩污泥有机份年平均值为 53.57%，与欧美国家 7080%的有机份相比少得多。有机份中碳水化合物仅占 50%，脂肪占 10%，与欧美国家正好相反，这种低脂肪、高碳水化合物污泥属产气量少、沼气中甲烷含量低的污泥。（2）为了研究污泥厌氧消化过程中有机物的降解规律，平行进行了两组规模为 10 升/池的污泥中温 (352) 厌氧消化模拟小试。小试仍以天津市东郊污水处理厂浓缩池出泥为
13、试验泥样，一次投泥，连续搅拌运行。运行 19 天时，有机分解率为 32.72%已趋于稳定。通过对小试试验结果的分析，得出： 浓缩后污泥有机分解率在 32.72%时，理论产沼气量为7.148.42m 3气 m3泥。 在干泥中有机成分的比例为：碳水化合物:脂肪:蛋白质4.8:1:3.73.9理论上分解 1 克有机物产沼气量为 825 mLgvss 左右； 经试验分析，各有机物的产气量为：碳水化合物产 4448%脂肪产 2123%蛋白质产 3033%；（3）以天津市东郊污水处理厂 2# 消化池及其相应的设备、装置、仪表为试验设施，以浓缩池出泥为试验用泥样，在保持泥含水率、pH 值、酸碱度、碳氮比、重
14、金属等原有特性的情况下，按照污泥消化温度、污泥投配率、沼气搅拌间隔、投泥间隔的不同，做了4 组生产性试验。通过试验结果的分析及近几年来实际运行状况的总结，得出东郊污水处理厂污泥中温消化稳定运行的最佳工艺参数为：pH 值：6.57.5；含水率：94.896.5%；消化温度：352；消化时间：不低于 16.7 天；搅拌：连续沼气搅拌，搅拌强度 l m3m 2h；有机投配负荷：0.71.7 kg（md）。（4）搅拌方式是影响产气率的重要因素，为此，以正在运行中的消化池为实验模型，进行了大型的示踪剂动态和静态的生产试试验。在研究中参考化学工程理论，应用 LevenspieL 化学工程反应器混合模型，推
15、导了污泥消化池污泥混合效果的数学表达式：1n（CCO）ttaLn(v 1VV 2)ta经数据分析得出：当投泥量为 600 m3d 时，该消化池的平均水力停留时间约为12 天，池内死容积约占总容积的 28%，池内短流率占活区总流率的39%。这样的试验结果与国外运行比较好的消化池大体相当，进而说明，东郊污水处理厂消化池采用的管束式沼气搅拌方式搅拌效果比较理想，能够在池内大部分区域达到均匀搅拌。（5）降低消化池进泥的含水率是降低运行成本，提高产气率的关键。为此本课题组对东郊污水处理厂的剩余活性污泥、混合污泥、初沉生污泥进行了重力浓缩试验，并对剩余活性污泥进行了气浮浓缩试验。通过污泥的浓缩试验和生产实
16、际的考察，剩余活性污泥重力浓缩和气浮浓缩均取得了较好的小试效果。但是剩余污泥与初沉污泥分别进行单独浓缩，不但要增加处理设施，而且初沉污泥流动性差，易堵塞，也不宜单独处理。而将剩余活性污泥回流到初沉池，不但可提高初沉池的处理效率，使初沉池底流含水率提高到 98%，具有较好的流动性，不易堵塞，浓缩池的底流含水率也达到 95%，达到了污泥消化所需要的含水率。（6）污泥厌氧消化的进泥浓度由 30 gL 提高到 50 gL，可以减少消化池约 40%的体积。采用剩余污泥回流至一沉池，由一沉池排泥至浓缩池的运行方式，合理设置浓缩时间，浓缩池排泥浓度可达 50 gL，可省去一般机械浓缩方法简便，经济实用；获得了消化池运行的最佳工况，在最佳工艺条件下，消化池运行的效率参数为：产气率：5.878.36 m 3气m 3泥；分
