污泥热解研究现状

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1、污泥热解研究现状谢鹏超09S027071摘要：污泥热解作为一种可资源化的污泥处理技术，越来越受到国内外研究人员的重视。本文对国内外对污泥热解的原理、影响因素、产物以及常用的研究方法等进行了详细的总结。并对当前污泥热解的研究热点进行了概括，点明污泥热解的研究方向。关键词：污泥热解、热解工艺、热解机理、影响因素、热解产物引言随着人口的日益增加和全球社会的日益城镇化,城市污水的产生量越来越大,作为城市污水处理副产品的污泥的数量也在急剧增加。污水污泥是一种由有机残片、微生物、无机颗粒、胶体等组成的非均质体,污泥含有有毒有机物、

2、致病微生物和重金属,会对环境产生严重危险,随着污泥产量的急剧增加,污泥的处置越来越受到人们的重视。由于污泥中含有大量的有机质,为其能源化利用提供了物质基础【1】。因此，可以用某种方法把这种贮存在污泥中的能量，以热量或作为燃料或制造出特殊的化学品的形式释放出来【2】。一般可采取三种方法来利用其中的能量：直接燃烧、气化和热解【3-5】。其中，热解法在最近几年受到了越来越多的关注。污泥热解不仅可以减少二恶英的产生，将大部分重金属固定在固体残渣中而减少二次污染的形成，而且还可以产生利用价值较高的生物油，不凝性气体和焦炭，为污泥

3、的减量化、无害化和资源化提供了新的有效途径。一、污泥热解的工艺污泥热解工艺按加热方式的不同可分为加热炉加热和微波辐射加热两类。加热炉加热式的污泥热解反应器主要有固定床反应器、旋转反应器和流化床反应器等类型【6】。根据污泥预处理方式不同，加热炉加热热解可分为3类。（1）简单热解工艺污泥经105℃干燥后直接在电炉中加热热解。（2）化学活化工艺污泥经105℃干燥后，先与化学活化剂混合，然后在电炉中加热热解。目前，常用的化学活化剂包括：ZnCl2、H2SO4、ZnCl2和H2SO4的混合物、KOH等【7】。（3）物理活化工艺将

4、热解残渣置于反应炉中，在一定温度下继续通入CO2或水蒸气等。热解过程中通常通入N2保持无氧环境，但也有研究人员用CO2替代N2【8】，或者在污泥上表面覆盖一层＜1mm厚的焦碳，利用高温下焦碳和污泥自身挥发产生的有机蒸气燃烧消耗氧气而得到无氧环境【9】。加热热解时，热解温度、高温停留时间和升温速度是影响污泥热解产物收率的主要工艺条件【10】。微波辐射热解是通过微波辐射致使污泥达到高温并热解的工艺。利用微波加热污泥的耗能只有传统方法的50%【11】。研究表明【12-15】，微波辐射热解处理污泥时必须在污泥中加入少量微波吸收

5、剂才能使污泥达到热解所需要的高温，否则污泥温度只能达到200℃。目前已有研究中使用的微波吸收剂主要有石墨、热解污泥残渣、SiC和活性炭。此外，微波热解中可考察的工艺参数有微波频率，辐射时间，辐射模式等。。一、污泥热解的机理污泥热解【16】过程中,很多热分解反应可能同时发生,因而很难确定污泥的转化途径。污泥热解的原理研究，包括动力学特性和模型研究目前仍然还处于探索阶段。但是目前比较公认的污泥热解的转化途径可以大致分为三个阶段：水分析出阶段、易挥发成分析出阶段和无机物分解阶段【17-18】。由于污泥中的水分和少量的外在水分

6、会在第一阶段挥发，所以这一阶段污泥失重较少；由于生物污泥中含有大量的生物质，存在大量的易挥发物质，同时污泥中的含碳化合物的C-C键会在第二阶段断裂，所以第二阶段污泥失重最多；第三阶段主要是无机物质的分解阶段，这一阶段的失重主要是由碳酸盐引起的，失重最少【18,19,20】。当前，由于污泥热解的详细途径以及动力学特性等机理目前仍然存在争论，因此，污泥热解的机理仍然是研究的热点。邵敬爱【21】等研究发现污泥的热解并不是一个简单的一级反应，而是主要由随机成核机制所控制的多种反应机制并存的过程。魏立安【22】等运用Coats-

7、Redfem方程求得污泥热解的动力学参数如下表：动力学参数求解结果【22】污泥热解常用的研究方法为热重法（TG）和差热分析法（DTA）。热分析法是研究物质物理性质、化学性质及其变化过程的一种重要手段，采用热分析法可以很好的模拟污泥热解过程中物质的转化。二、污泥热解的影响因素污泥热解是一个复杂的过程，影响其热解的主要因素有污泥的种类、热解的温度及热解的反应时间。2.1污泥种类由于污泥热解主要是利用污泥中的有机质，并将其能量化的一种污泥处置方法，因此不同种类的污泥对污泥热解的影响较大。总的来讲，有机质含量越高的污泥越利于污

8、泥热解；同时污泥按有机组分可以看作由类纤维素、半纤维素和木质素组成，不同有机质组成的污泥，其热解时的机理以及反应历程亦有较大的差别，因此，研究人员在研究污泥热解机理时，常将三组物质独立反应，然后再线性叠加【20，23】。此外，由于大多数污泥中都含有重金属，而不同种类的污泥含有的污泥的重金属种类有所不同，许多重金属在热解时都会成为良