污泥熱解研究現(xiàn)狀

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1、污泥熱解研究現(xiàn)狀謝鵬超09S027071摘要：污泥熱解作為一種可資源化的污泥處理技術(shù)，越來越受到國內(nèi)外研究人員的重視。本文對國內(nèi)外對污泥熱解的原理、影響因素、產(chǎn)物以及常用的研究方法等進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。并對當(dāng)前污泥熱解的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了概括，點(diǎn)明污泥熱解的研究方向。關(guān)鍵詞：污泥熱解、熱解工藝、熱解機(jī)理、影響因素、熱解產(chǎn)物引言隨著人口的日益增加和全球社會的日益城鎮(zhèn)化,城市污水的產(chǎn)生量越來越大,作為城市污水處理副產(chǎn)品的污泥的數(shù)量也在急劇增加。污水污泥是一種由有機(jī)殘片、微生物、無機(jī)顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體,污泥含有有毒有機(jī)物、致病微生物和重金屬,會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重危險(xiǎn)

2、,隨著污泥產(chǎn)量的急劇增加,污泥的處置越來越受到人們的重視。由于污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì),為其能源化利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)【1】。因此，可以用某種方法把這種貯存在污泥中的能量，以熱量或作為燃料或制造出特殊的化學(xué)品的形式釋放出來【2】。一般可采取三種方法來利用其中的能量：直接燃燒、氣化和熱解【3-5】。其中，熱解法在最近幾年受到了越來越多的關(guān)注。污泥熱解不僅可以減少二惡英的產(chǎn)生，將大部分重金屬固定在固體殘?jiān)卸鴾p少二次污染的形成，而且還可以產(chǎn)生利用價(jià)值較高的生物油，不凝性氣體和焦炭，為污泥的減量化、無害化和資源化提供了新的有效途徑。一、污泥熱解的工藝污泥熱解工藝按加熱

3、方式的不同可分為加熱爐加熱和微波輻射加熱兩類。加熱爐加熱式的污泥熱解反應(yīng)器主要有固定床反應(yīng)器、旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器等類型【6】。根據(jù)污泥預(yù)處理方式不同，加熱爐加熱熱解可分為3類。（1）簡單熱解工藝污泥經(jīng)105℃干燥后直接在電爐中加熱熱解。（2）化學(xué)活化工藝污泥經(jīng)105℃干燥后，先與化學(xué)活化劑混合，然后在電爐中加熱熱解。目前，常用的化學(xué)活化劑包括：ZnCl2、H2SO4、ZnCl2和H2SO4的混合物、KOH等【7】。（3）物理活化工藝將熱解殘?jiān)糜诜磻?yīng)爐中，在一定溫度下繼續(xù)通入CO2或水蒸氣等。熱解過程中通常通入N2保持無氧環(huán)境，但也有研究人員用CO2替

4、代N2【8】，或者在污泥上表面覆蓋一層＜1mm厚的焦碳，利用高溫下焦碳和污泥自身揮發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)蒸氣燃燒消耗氧氣而得到無氧環(huán)境【9】。加熱熱解時(shí)，熱解溫度、高溫停留時(shí)間和升溫速度是影響污泥熱解產(chǎn)物收率的主要工藝條件【10】。微波輻射熱解是通過微波輻射致使污泥達(dá)到高溫并熱解的工藝。利用微波加熱污泥的耗能只有傳統(tǒng)方法的50%【11】。研究表明【12-15】，微波輻射熱解處理污泥時(shí)必須在污泥中加入少量微波吸收劑才能使污泥達(dá)到熱解所需要的高溫，否則污泥溫度只能達(dá)到200℃。目前已有研究中使用的微波吸收劑主要有石墨、熱解污泥殘?jiān)?、SiC和活性炭。此外，微波熱解中可考察的

5、工藝參數(shù)有微波頻率，輻射時(shí)間，輻射模式等。。一、污泥熱解的機(jī)理污泥熱解【16】過程中,很多熱分解反應(yīng)可能同時(shí)發(fā)生,因而很難確定污泥的轉(zhuǎn)化途徑。污泥熱解的原理研究，包括動(dòng)力學(xué)特性和模型研究目前仍然還處于探索階段。但是目前比較公認(rèn)的污泥熱解的轉(zhuǎn)化途徑可以大致分為三個(gè)階段：水分析出階段、易揮發(fā)成分析出階段和無機(jī)物分解階段【17-18】。由于污泥中的水分和少量的外在水分會在第一階段揮發(fā)，所以這一階段污泥失重較少；由于生物污泥中含有大量的生物質(zhì)，存在大量的易揮發(fā)物質(zhì)，同時(shí)污泥中的含碳化合物的C-C鍵會在第二階段斷裂，所以第二階段污泥失重最多；第三階段主要是無機(jī)物質(zhì)的分

6、解階段，這一階段的失重主要是由碳酸鹽引起的，失重最少【18,19,20】。當(dāng)前，由于污泥熱解的詳細(xì)途徑以及動(dòng)力學(xué)特性等機(jī)理目前仍然存在爭論，因此，污泥熱解的機(jī)理仍然是研究的熱點(diǎn)。邵敬愛【21】等研究發(fā)現(xiàn)污泥的熱解并不是一個(gè)簡單的一級反應(yīng)，而是主要由隨機(jī)成核機(jī)制所控制的多種反應(yīng)機(jī)制并存的過程。魏立安【22】等運(yùn)用Coats-Redfem方程求得污泥熱解的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如下表：動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解結(jié)果【22】污泥熱解常用的研究方法為熱重法（TG）和差熱分析法（DTA）。熱分析法是研究物質(zhì)物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及其變化過程的一種重要手段，采用熱分析法可以很好的模擬污泥熱解過程中

7、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。二、污泥熱解的影響因素污泥熱解是一個(gè)復(fù)雜的過程，影響其熱解的主要因素有污泥的種類、熱解的溫度及熱解的反應(yīng)時(shí)間。2.1污泥種類由于污泥熱解主要是利用污泥中的有機(jī)質(zhì)，并將其能量化的一種污泥處置方法，因此不同種類的污泥對污泥熱解的影響較大?？偟膩碇v，有機(jī)質(zhì)含量越高的污泥越利于污泥熱解；同時(shí)污泥按有機(jī)組分可以看作由類纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，不同有機(jī)質(zhì)組成的污泥，其熱解時(shí)的機(jī)理以及反應(yīng)歷程亦有較大的差別，因此，研究人員在研究污泥熱解機(jī)理時(shí)，常將三組物質(zhì)獨(dú)立反應(yīng)，然后再線性疊加【20，23】。此外，由于大多數(shù)污泥中都含有重金屬，而不同種類的污泥含有的污

8、泥的重金屬種類有所不同，許多重金屬在熱解時(shí)都會成為良