濕污泥

通常把污水廠污泥的穩(wěn)定和脫水 ( 一般脫水至含水率達(dá)70% ～80% )稱作濕污泥的處理;將濕污泥的堆肥、填埋、干化和焚燒及最終利用，稱為濕污泥的處置。濕污泥填埋是我國目前使用最多的方法，但是必須占用大量土地資源，并且往往伴隨著不良?xì)馕兜纳l(fā)，如果處理不當(dāng)還可能污染地下水、傳播傳染病等;土地利用例如堆肥法是污泥資源化的好途徑，問題在于如何降低重金屬含量和提高堆肥肥力以維持市場化運(yùn)作; 焚燒法是有效地對污泥進(jìn)行減容和無害化處理的方法之一，但也存在著一定的弊端，例如焚燒廠的基建投資和運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)高，控制運(yùn)行不當(dāng)將有不完全燃燒產(chǎn)物和有害氣體產(chǎn)生，對大氣造成二次污染，焚燒后的爐渣還要填埋或處理，也可能對環(huán)境產(chǎn)生二次污染 。

濕污泥加熱模式對熱解產(chǎn)物的影響

將含水率84%的污泥原樣分別在兩種加熱模式下進(jìn)行熱解:①室溫作為起始溫度,在10℃·min的升溫速率下加熱至1000℃,并保溫30min;②當(dāng)爐溫升至500℃時(shí),將污泥迅速送入反應(yīng)區(qū),并在平均升溫速率為10℃·min的情況下加熱至1000℃,保溫30min.一般而言,當(dāng)溫度達(dá)到150℃左右時(shí),污泥中的揮發(fā)份開始析出(Cabaleroetal., 1997;甘義群, 2005),故模式1從150℃開始, 每隔100℃收集2min氣體作氣相色譜分析;而在模式2 作用下,樣品推入爐中反應(yīng)即刻發(fā)生,為詳細(xì)了解氣體組分的變化, 故該模式下是每隔50℃收集2min氣體.當(dāng)溫度升至1000℃后,間隔10min收集同樣時(shí)間的氣體以比較氣相產(chǎn)物組成的變化(1000℃測定了0、10、20、30min的數(shù)據(jù)).加熱模式對不同溫度段產(chǎn)生的熱解氣體組分的影響 .在模式1 條件下,當(dāng)溫度升至1000℃時(shí)才有H2生成,而CO則是在熱解溫度達(dá)到650℃時(shí)出現(xiàn)大幅增長;在模式2條件下,當(dāng)熱解溫度為850℃時(shí), H2體積分?jǐn)?shù)已經(jīng)達(dá)到11%,并在后續(xù)反應(yīng)中保持平穩(wěn)上升趨勢, 與此同時(shí), CO的體積分?jǐn)?shù)也隨著溫度的升高逐漸從2%增至26%,且模式2中各溫度段所生成的其他氣體比率明顯比模式1 作用下產(chǎn)生的氣體比率高.綜合考慮, 將溫度升至設(shè)定溫度后再將物料送入反應(yīng)區(qū)的加熱模式2有利于得到富含H₂、CO和CH₄的高品質(zhì)可燃?xì)怏w.這是由于在模式1條件下,污泥經(jīng)歷了較長的反應(yīng)時(shí)間,且能量供給過程較為平緩, 揮發(fā)份在析出并分解的初期所產(chǎn)生的重質(zhì)烴等中間產(chǎn)物會由載氣帶出高溫區(qū)間,經(jīng)冷凝形成焦油和少量氣體, 令樣品揮發(fā)份及中間產(chǎn)物含量降低, 使得后續(xù)裂解所得的氣體量減少;而模式2中,脫水污泥在經(jīng)歷了初始熱解階段后,產(chǎn)生的大分子碳?xì)浠衔镅杆侔l(fā)生二次裂解,生成大量H2、CO、CH4等小分子氣體, 使得相同溫度段下的可燃?xì)怏w積比率顯著增大,令燃?xì)馄焚|(zhì)得到提高.因此, 在以回收富氫燃?xì)鉃槟康牡母邷責(zé)峤膺^程中,宜采用當(dāng)爐溫升至設(shè)定溫度后再投入物料的加熱模式.

濕污泥溫度對熱解產(chǎn)物的影響

在100℃·min的升溫速率下,熱解終溫對含水率84%污泥熱解后產(chǎn)物產(chǎn)率分布及氣相產(chǎn)物熱值的影響如表2 所示.從表2中可以看出,當(dāng)溫度從700℃升至1000℃時(shí),氣相產(chǎn)物產(chǎn)率得到明顯提高,液相和固相產(chǎn)物的產(chǎn)率則相應(yīng)降低,且液相產(chǎn)物產(chǎn)率的降低幅度明顯高于固相產(chǎn)物,說明氣體的增加主要來自液相組分即焦油的二次裂解.另外, 隨著溫度的升高,熱解氣體的熱值與其產(chǎn)率的變化趨勢一致,從12624kJ·m提高至14248kJ·m,說明溫度的提高有利于得到高熱值的可燃?xì)怏w.其中, CO和H2的組成對后續(xù)制氫工藝有較大作用.由圖3可知, 當(dāng)溫度從700℃提高到1000℃時(shí), H2體積分?jǐn)?shù)從11%增加到30%.這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí),熱解所提供的能量得到相應(yīng)增大,一方面令污泥中有機(jī)物料的C— H鍵在該能量作用下迅速斷裂,生成H2;另一方面, 高溫下水蒸氣氣化反應(yīng)也有利于H2的生成.另外,氣體組分中CO 體積分?jǐn)?shù)由15%增長為32%;CO H2體積分?jǐn)?shù)從31.7%增加為61.8%, H2與CO體積比則從0.56增至0.91;CO2體積分?jǐn)?shù)雖然在700 ～800℃的階段減小,但溫度繼續(xù)升高后CO2體積分?jǐn)?shù)又有所增加; CH4產(chǎn)量的變化趨勢較為平緩;而C2H4、C2H6和C3H8組分比率則出現(xiàn)相應(yīng)降低.這是因?yàn)樵诟邷叵?脫水污泥中固有的大量水分迅速轉(zhuǎn)化為高溫水蒸氣, 并和熱解產(chǎn)物如C、CH4等發(fā)生如下吸熱反應(yīng)。

濕污泥升溫速率對熱解產(chǎn)物的影響

不同升溫速率對含水率為84%的污泥在1000℃下熱解的影響.當(dāng)熱解升溫速率從22℃· min提高到100℃·min時(shí), 氣態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)量由31.9%升至36%, 液態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)量則由57.8%下降到53.9%,固態(tài)產(chǎn)物產(chǎn)量變化不大.這說明在高溫條件下提高污泥熱解的升溫速率有利于液態(tài)產(chǎn)物的二次裂解和氣態(tài)產(chǎn)物的生成.這主要是因?yàn)闅怏w和焦油的產(chǎn)率在很大程度上是由揮發(fā)分的一次裂解和焦油的二次裂解反應(yīng)決定的,提高升溫速率可使物料在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度,令揮發(fā)分在高溫環(huán)境下的停留時(shí)間增加,促進(jìn)二次裂解的進(jìn)行, 使得燃?xì)猱a(chǎn)率提高,焦油產(chǎn)率下降.另外, 在一定的熱解時(shí)間內(nèi), 低升溫速率可延長物料在低溫區(qū)的停留時(shí)間, 促進(jìn)脫水和炭化反應(yīng), 導(dǎo)致炭產(chǎn)率增加.由于本實(shí)驗(yàn)中的熱解溫度高達(dá)1000℃,物料在反應(yīng)區(qū)內(nèi)也經(jīng)歷了足夠長的停留時(shí)間,反應(yīng)較為完全, 改變升溫速率對其影響不大,故所得氣體的熱值無明顯變化趨勢.2100433B

隨著我國城市化進(jìn)程的加快, 污水處理率逐年提高,污泥產(chǎn)量也隨之急劇增加,一般而言,污水處理流程中產(chǎn)生的污泥通常含有 95%的水分, 為減少體積、降低運(yùn)輸成本及便于后續(xù)處理,一般都會采用真空過濾法、壓濾法 、離心法和壓帶法對污泥進(jìn)行機(jī)械脫水 .然而處理后的脫水污泥含水率仍高達(dá) 70% ～ 80%, 這部分水分只能通過熱干燥的方式去除, 而正是該過程增加了污泥處理處置的成本 .熱解法作為城市污水污泥焚燒處理的替代技術(shù),因其經(jīng)濟(jì)性好、二次污染小、熱解產(chǎn)物利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注.同時(shí), 我國城市污泥中有機(jī)物含量和熱值日漸增高,也使其具備了熱處理的潛力.目前,通過對干污泥及其他生物質(zhì)進(jìn)行中高溫?zé)峤鈦砘厥漳茉吹墓に囈殉蔀閲庋芯咳绾翁幹霉腆w廢棄物的重點(diǎn), 而國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究仍處于起步階段, 尤其是針對含水率高達(dá)80%左右的脫水污泥進(jìn)行高溫?zé)峤獾难芯窟€鮮見報(bào)道.

污水廠的柵渣常用破碎機(jī)割裂后回入廢水。污水廠污泥因富含有機(jī)物常予穩(wěn)定，方法有生物法（污泥消化、堆肥）、焚燒法和濕氧化法(也稱濕燒法)等。這些方法同時(shí)有殺滅病原菌和寄生蟲卵的效果。

污泥含水量常在95%以上。污泥的體積約與其含固（體）率成反比；含固率從5%提高到10%時(shí),體積約減為1/2。為了便于處理和處置,常分三階段減少其含水率，即污泥濃縮、污泥脫水和污泥干化。 濃縮污泥的含水率常在90%以上，仍為流體。脫水污泥的含水率一般在80%左右，已呈固態(tài)。用焚燒法處理脫水污泥時(shí)，可將部分濕泥干化為含水率低于10%的粉狀干泥，可作為園肥出售。消化污泥（見污泥消化）脫水前常先混凝，為降低混凝劑用量，常用廢水淘洗以降低污泥的堿度。

空調(diào)區(qū)的夏季散濕量應(yīng)考慮散濕源的種類、人員群集系數(shù)、同時(shí)使用系數(shù)以及通風(fēng)系數(shù)等，并根據(jù)下列各項(xiàng)確定：

1 人體散濕量

2 滲透空氣帶入的濕量

3 化學(xué)反應(yīng)過程的散濕量

4 非圍護(hù)結(jié)構(gòu)各種潮濕表面、液面或液流的散濕量

5 食品或氣體物料的散濕量

6 設(shè)備散濕量

7 圍護(hù)結(jié)構(gòu)散濕量

污水廠污泥經(jīng)處理后，犁入土壤(肥田)、投海、填地（掩埋）或棄置。濕泥和脫水污泥都可用于肥田。英國有20多個(gè)城市用專門設(shè)計(jì)的車輛，把污泥均勻地施放到田地上并犁入土壤。每年施放的污泥如果平鋪在田地上，厚度在2.3～5.6厘米之間。

英國還盛行污泥投海。在1909年就開始了，直到現(xiàn)在倫敦等城市仍在使用。用管道將濕泥輸送到海濱后，可以用船運(yùn)到遠(yuǎn)離海岸的水域投放。也可以就近排入深水，利用海潮的擴(kuò)散能力將其稀釋,經(jīng)長期密切監(jiān)測,沒有發(fā)現(xiàn)不合要求的情況。但是，把廢棄物投放海洋是有爭議的。

棄置和填地在美國比較盛行。棄置指把污泥直接傾倒在廢礦井或洼地。僅適用于消化污泥、有機(jī)物少的沉砂池沉渣和污泥焚燒爐灰渣。填地不是簡單的傾倒，常和城市垃圾一起掩埋在土壤中，傾倒之后立即壓實(shí)并用泥土覆蓋。掩埋只適用于有合適的土地的場合。位置要恰當(dāng)，運(yùn)泥車輛不要穿越人口眾多的城區(qū)，不要影響城區(qū)的衛(wèi)生。場地的雨水和下滲水不得污染地表水和地下水。

給水處理廠的柵渣和污泥在脫水后常作為一般垃圾予以棄置、掩埋或投海。