趙 喆，湛晨宇，唐 勛，馬 躍，岳長濤

［1.國能龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，北京 100039；2.中國石油大學(xué)（北京），北京 102249］

污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的一種不可避免的副產(chǎn)品，污泥的產(chǎn)量不斷增加，2019年，我國的污泥總產(chǎn)量已經(jīng)超過了9 000萬t，但是由于過去對污泥的處理重視程度較低，現(xiàn)今污泥的處理仍是一大問題[1]。

目前污泥的處理方式主要有衛(wèi)生填埋法[2-3]、建材利用法[4]、土地利用法[5-7]和焚燒法[8-9]。隨著人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，常用的填埋法和土地利用法均提高了對污泥處理標(biāo)準(zhǔn)，污泥處理的成本隨之提高，焚燒法則因?yàn)槟軌蚩焖偾掖罅康靥幚砦勰啵艿礁鲊闹匾?。對污泥的焚燒主要分為污泥的單?dú)焚燒和混合焚燒。單獨(dú)焚燒對污泥的要求較高，會增加處理成本。污泥的混合燃燒主要是將污泥與煤、木屑或者秸稈等高熱值的燃料進(jìn)行混合。煤炭作為發(fā)電的主要能源，占全球發(fā)電比例的36%[10]，直接的燃煤發(fā)電利用率低下，加入適量的污泥可以明顯改善煤和污泥的燃燒特性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

樣品為：一種煤樣（陜西省神木縣升興礦區(qū)煤）、一種污泥樣（東南污泥，來自江蘇省印染廠），將樣品研磨后保存至密封袋中。

1.2 熱重實(shí)驗(yàn)

稱量50±1g樣品，在10mL/min流量的空氣下實(shí)驗(yàn)，25℃恒溫10min后，以10℃/min的速率升至800℃，在800℃恒溫3h。

2 結(jié)果與討論

2.1 污泥和煤的基本性質(zhì)

基本性質(zhì)如表1所示。

表1 基本性質(zhì)

由表1可知，污泥的含水率遠(yuǎn)高于煤，煤的含油率高于污泥。煤中半焦的含量遠(yuǎn)超污泥。工業(yè)分析表明，污泥的表面水含量遠(yuǎn)高于煤，固定碳的含量不足1%。煤的熱值遠(yuǎn)超過污泥。

2.2 煤的燃燒特性

煤的熱重曲線主要有兩個峰，第一個峰出現(xiàn)在0～200℃，失去的主要是自由水和結(jié)合水，第二個峰出現(xiàn)在400～510℃，主要是由于揮發(fā)分的析出，該階段會產(chǎn)生CO、CO2、CH4等氣體。結(jié)合TG曲線來看，在650～800℃，煤的質(zhì)量仍然在減少，在該階段揮發(fā)分基本燃盡，失重的主要原因是固定碳的燃燒。

2.3 污泥的燃燒特性

污泥的DTG曲線結(jié)果表明，在172℃以前，失重速率不斷增加，172℃之后，失重速率開始降低，最后趨于平緩。通過TG曲線可知，在200℃之前失去的主要是大量的水分，在200～400℃，由于污泥中揮發(fā)分含量較少，TG曲線仍然平緩下降，在700℃之后，TG曲線趨于平緩，污泥基本不再失重。

2.4 煤摻燒污泥的燃燒特性

不同摻混比下樣品的熱重曲線，如圖1所示。通過圖1的TG曲線可以看出，摻混1%污泥的失重曲線和煤燃燒的失重曲線相似，失重主要發(fā)生在200℃之前和380～800℃，200℃之前失去的主要是污泥和煤中的水分，380～800℃失去的主要是煤中的揮發(fā)分和固定碳。摻混3%污泥的失重曲線和煤燃燒以及摻混1%污泥的失重曲線相似，失重主要發(fā)生在200℃之前和380～800℃。摻混5%的污泥對整體摻燒過程仍然影響不大，整體失重趨勢與煤相近?？傮w分析來看，摻混5%以內(nèi)的污泥對煤的燃燒過程影響不大，混燒的失重情況表現(xiàn)出兩者在不同失重區(qū)間的失重和。

圖1 煤摻燒不同比例的污泥的TG/DTG曲線

2.5 煤摻燒污泥的微量元素的遷移規(guī)律研究

由煤摻燒污泥的微量元素結(jié)果可知，污泥的摻混比為1%時，As的含量為0.08mg/kg，污泥的摻混比為3%時，As的含量為0.05mg/kg，污泥的摻混比為5%時，As的含量為0.08mg/kg，隨著污泥摻混比例的增加，燃燒后的殘?jiān)蠥s的含量呈現(xiàn)出現(xiàn)先減小后增加的趨勢。在煤燃燒后，殘?jiān)蠵b的濃度為0.20mg/kg，之后隨著摻混污泥比例的增加，Pb的含量逐漸增加。在摻混比為1%時，摻燒后Pb的含量為0.04mg/kg，摻混比為3%時，摻燒后Pb的含量為0.12mg/kg，摻混比為5%時，Pb的含量為0.24mg/kg。

3 結(jié)束語

以一種煙煤和一種污泥為研究對象，可知：①對煤與污泥的基本性質(zhì)分析，煤具有高揮發(fā)分、高灰分、高固定碳和高熱值的特點(diǎn)，污泥則具有含水量高、固定碳低和熱值低的特點(diǎn)。②根據(jù)熱重實(shí)驗(yàn)，污泥的失重過程主要是水分蒸發(fā)和揮發(fā)分析出的過程，由于污泥中水分含量較多以及揮發(fā)分含量較少，兩者的失重速率峰重合為一個峰，在揮發(fā)分析出過程中，有機(jī)質(zhì)開始逐漸分解，最后由于固定碳含量較少，在700℃之后，污泥的失重曲線逐漸趨于平緩。煤的失重過程主要包括水分的失去、揮發(fā)分析出和固定碳燃燒三個過程，失去的水分主要包括自由水和結(jié)合水，在揮發(fā)分析出過程中會產(chǎn)生CO、CO2、CH4等氣體，最后是固定碳逐漸燃燒。通過對煤與污泥在不同摻混比下的熱重實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，由于摻混的污泥都是少量的，所以熱重曲線和煤的熱重曲線相近，隨著摻混比例的增加，同溫度下的失重量有所增加。③對煤與污泥不同摻燒比下的殘?jiān)形⒘吭睾糠治觯勰嗯c煤摻燒后，隨著摻混比的增加，As的含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，Pb的含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。