摘要：污水處理行業(yè)產(chǎn)生的污泥具有高含水率，常規(guī)方法不易脫除，高有機質(zhì)含量，常規(guī)方法不易利用，屬非變形牛頓液體，且對環(huán)境造成嚴重污染的特點。使用污泥泵，通過管道將含水率80%左右的污泥送入加熱爐中，在流動狀態(tài)下隔絕空氣加熱，污泥被加熱到一定溫度會發(fā)生氣化、熱解、脫氫、熱縮合、炭化等反應(yīng)，將污泥中的水分蒸發(fā)，有機物轉(zhuǎn)化為油汽混合物和有機碳。再對熱解物質(zhì)進行轉(zhuǎn)換和分離，最終形成生物炭、混合低碳有機質(zhì)等易貯存、運輸及利用的能源。徹底解決了污泥處理及資源化問題，消除了制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題，同時給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：污泥能源；污泥熱解；能源轉(zhuǎn)化

1.背景

隨著國家節(jié)能減排和生態(tài)文明建設(shè)等環(huán)境保護政策的實施，污水處理量和處理率都得到了很大程度的提高，在污水處理量不斷取得增多的同時，也面臨巨大的污泥處理壓力。污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥是一種含水率高（約80%，即使采用深度脫水技術(shù)處理，含水率也在60%左右），有機質(zhì)以一種難以利用的形式存在，給污泥的處理帶來了極大的難度，且會對環(huán)境造成嚴重的污染，因而，污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥需進行無害化處理。

2.污泥的性質(zhì)

2.1污泥有機物含量高，具有可燃燒性

有機物含量是污泥最重要的化學性質(zhì)，同時決定了污泥的熱值。通常有機物含量越高，污泥熱值也高。污泥中有機物含量通常用揮發(fā)性固體（VSS）表示。另兩項相關(guān)的重要指標是揮發(fā)性有機酸（VFA）和礦物油。不同城市、不同污水廠、不同時期污泥中的有機物含量和組分都不所不同，有學者研究了國內(nèi)16個城市和29年污水處理廠污泥的有機質(zhì)情況，結(jié)果顯示干污泥中有機質(zhì)含量為38.4%±12.7%，總氮含量為2.71%±1.35%，全磷含量為1.43%±1.16%。

2.2污泥具有流動性

含水率75%～80%的污泥屬于觸變型非牛頓液體，具有剪切變稀的特性，在脫水處理過程中，在有機、無機分散劑的共同作用下，脫水污泥的流動性能得到進一步的改善，粘度得到進一步的降低。正常情況下處于半液半固的粘稠狀態(tài)，可在機械力的作用下，通過管道輸送。

2.3污泥中的物質(zhì)具有可轉(zhuǎn)換性

由于污泥含水率較高，具有良好的自身加熱和熱傳導(dǎo)性能，污泥中水份具有加熱汽化可蒸發(fā)性、有機質(zhì)在加熱狀態(tài)下可進行熱解和熱縮合作用，低碳有機質(zhì)被析出，高碳有機質(zhì)被聚合形成生物炭。

3.污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)

由于污水處理廠產(chǎn)生的含水率80%左右的污泥具有較高的含水率，常規(guī)的脫水方法又難以脫除，有機質(zhì)含量高，熱值較高，在機械力的作用下，具有一定的流動性，但由于含水率高的原因，常規(guī)的處理方法又無法進行利用，是污泥難以處理的兩個難點，污泥中的物質(zhì)具有可轉(zhuǎn)換性，且對環(huán)境造成嚴重污染等特點，污泥的處理已成為制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題。污泥能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，以最經(jīng)濟的方式，將這種難以處理及利用的污泥轉(zhuǎn)換為易貯存、運輸及使用的能源，徹底解決制約污水處理行業(yè)發(fā)展的污泥處置問題，同時對污泥能源進行最大化的利用。

3.1污泥熱解反應(yīng)機理

熱解過程中，200～450℃污泥中所含的脂肪族化合物蒸發(fā)，大于300℃蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化，大于390℃糖類化合物開始轉(zhuǎn)化，主要反應(yīng)是肽鍵斷裂，基團的轉(zhuǎn)移變性及支鏈斷裂。

3.2污泥的熱解

在低溫階段（250～350℃）主要產(chǎn)生CO2，隨著熱解溫度的升高，其產(chǎn)量減少；在整個熱解過程中，CO的H2的量不斷升高。在600℃左右，CH4達到最大量，而在450℃左右，C2H4和C2H6達到最大量。熱解的有機質(zhì)大部分為重油，在溫度大于450℃時，會發(fā)生裂解反應(yīng)，一部分形成輕質(zhì)油。

3.3污泥能源轉(zhuǎn)化技術(shù)

污泥能源轉(zhuǎn)化技術(shù)根據(jù)污泥的低溫熱解和低分子物質(zhì)的閃蒸原理進行工藝設(shè)計，利用污水處理廠產(chǎn)生的含水率80%左右污泥的特性，使用污泥泵，通過管道將含水率80%左右的污泥送入加熱爐中，使污泥在流動狀態(tài)下隔絕空氣加熱，污泥被加熱到一定的溫度開始發(fā)生氣化、熱解、脫氫、熱縮合、碳化等反應(yīng)，形成氣液固三相的混合物，污泥中的水分蒸發(fā)，有機物轉(zhuǎn)化為混合低碳有機質(zhì)和有機碳。加熱后的污泥在污泥輸送泵的推動下進入能源轉(zhuǎn)換器，通過能量的傳遞，分別產(chǎn)生汽化、氣化、離析等反應(yīng)后將生物炭、油汽混合物分離，再進行冷卻得到生物炭、混合低碳有機質(zhì)等易貯存、運輸及利用的能源。

4.技術(shù)效果

污泥能源轉(zhuǎn)化技術(shù)采用簡單、實用、有效的方法，將污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥轉(zhuǎn)換為易貯存、運輸及使用的能源形式，并且在熱解轉(zhuǎn)換過程中，污泥中的病原微生物和寄生蟲卵全部被徹底滅殺、重金屬離子被鈍化。徹底解決了污泥的處置問題、污泥的資源化利用問題，使污泥能源得到充分的利用，消除了制約污水處理行業(yè)發(fā)展的難題，與此同時給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有的優(yōu)點在于：

4.1系統(tǒng)直接處理污水處理廠產(chǎn)生的含水率80%左右的污泥，不需要進行干化預(yù)處理。

4.2整個污泥處理為密閉系統(tǒng)，加熱爐為系統(tǒng)的輔助熱源，系統(tǒng)的動力由污泥輸送泵提供，干化和炭化同時進行。

4.3系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，無需外界提供燃料以維持整個系統(tǒng)的運行，在節(jié)省大量燃料和成本的前提下，進一步節(jié)省了廢液和固體廢料的處理成本。

4.4本系統(tǒng)同時解決了污泥脫水和污泥中有機質(zhì)利用的問題，工藝系統(tǒng)簡單緊湊，具有較高的能源轉(zhuǎn)化率和熱能利用率，具有較高的工業(yè)應(yīng)用及推廣價值。

5.結(jié)論

污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種污泥處置的方法，利用污泥自身的特性，采用適合的處理工藝，設(shè)備均為工業(yè)生產(chǎn)常用設(shè)備，污泥能源轉(zhuǎn)換器也是一種常用的化工設(shè)備，操作簡單，工藝運行方便，屬連續(xù)運行的低溫干餾技術(shù)，優(yōu)于目前的流化床污泥焚燒工藝和干餾污泥處理技術(shù)。

污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)可使污泥有機質(zhì)全部轉(zhuǎn)換為易貯存、運輸、使用的有機質(zhì)能源，對污泥進行了徹底的無害化處理。污泥能源轉(zhuǎn)換工藝產(chǎn)生兩種產(chǎn)品，一種是富含微孔的生物炭，可以補充土壤的有機物含量，還可以改善土壤的透氣性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和養(yǎng)料，提高土壤肥力。另外生物炭可以長期穩(wěn)定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促進土壤中微生物繁殖，促進植物生長對二氧化碳吸收，具有減少空氣中二氧化碳的功能。另一種是混合低碳有機質(zhì)能源，是污泥中細菌、生物等被熱解、熱縮合的產(chǎn)物，被冷卻后形成低碳有機質(zhì)混合物，兩種產(chǎn)品均可直接送入加熱爐，作為加熱爐的燃料。

污泥能源轉(zhuǎn)換技術(shù)以最經(jīng)濟的、簡單實用的方法，對污水處理廠產(chǎn)生的污泥進行了徹底的處理，最大化地進行了能源的利用，并可為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]唐明星，城市污水處理廠污泥現(xiàn)狀及處置對策[J].山西建筑，Vol.37，No.14，2011（5）192，193

[2]李素慧，許智華，樊小軍.污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀分析及建議[J].能源研究與信息，Vol.27，No.4，2011（4）187-192

[3]郭廣慧，楊軍，陳同斌等.中國城市污泥的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量及變化趨勢[J].給水排水，Vol.25，No.13，2009（7）120-121

作者簡介：楊明遠（1967.8.1） ，男，本科，畢業(yè)于鞍山鋼鐵學院，煤化工專業(yè)，工程師，籍貫：河南省駐馬店市，研究方向：生產(chǎn)管理，污水處理，污泥處理.