污泥能源转化技术

摘要：污水处理行业产生的污泥具有高含水率，常规方法不易脱除，高有机质含量，常规方法不易利用，属非变形牛顿液体，且对环境造成严重污染的特点。使用污泥泵，通过管道将含水率80%左右的污泥送入加热炉中，在流动状态下隔绝空气加热，污泥被加热到一定温度会发生气化、热解、脱氢、热缩合、炭化等反应，将污泥中的水分蒸发，有机物转化为油汽混合物和有机碳。再对热解物质进行转换和分离，最终形成生物炭、混合低碳有机质等易贮存、运输及利用的能源。彻底解决了污泥处理及资源化问题，消除了制约污水处理行业发展的难题，同时给企业带来巨大的经济效益。

关键词：污泥能源；污泥热解；能源转化

1.背景

随着国家节能减排和生态文明建设等环境保护政策的实施，污水处理量和处理率都得到了很大程度的提高，在污水处理量不断取得增多的同时，也面临巨大的污泥处理压力。污水处理过程中产生的剩余污泥是一种含水率高（约80%，即使采用深度脱水技术处理，含水率也在60%左右），有机质以一种难以利用的形式存在，给污泥的处理带来了极大的难度，且会对环境造成严重的污染，因而，污水处理厂产生的剩余污泥需进行无害化处理。

2.污泥的性质

2.1污泥有机物含量高，具有可燃烧性

有机物含量是污泥最重要的化学性质，同时决定了污泥的热值。通常有机物含量越高，污泥热值也高。污泥中有机物含量通常用挥发性固体（VSS）表示。另两项相关的重要指标是挥发性有机酸（VFA）和矿物油。不同城市、不同污水厂、不同时期污泥中的有机物含量和组分都不所不同，有学者研究了国内16个城市和29年污水处理厂污泥的有机质情况，结果显示干污泥中有机质含量为38.4%±12.7%，总氮含量为2.71%±1.35%，全磷含量为1.43%±1.16%。

2.2污泥具有流动性

含水率75%～80%的污泥属于触变型非牛顿液体，具有剪切变稀的特性，在脱水处理过程中，在有机、无机分散剂的共同作用下，脱水污泥的流动性能得到进一步的改善，粘度得到进一步的降低。正常情况下处于半液半固的粘稠状态，可在机械力的作用下，通过管道输送。

2.3污泥中的物质具有可转换性

由于污泥含水率较高，具有良好的自身加热和热传导性能，污泥中水份具有加热汽化可蒸发性、有机质在加热状态下可进行热解和热缩合作用，低碳有机质被析出，高碳有机质被聚合形成生物炭。

3.污泥能源转换技术

由于污水处理厂产生的含水率80%左右的污泥具有较高的含水率，常规的脱水方法又难以脱除，有机质含量高，热值较高，在机械力的作用下，具有一定的流动性，但由于含水率高的原因，常规的处理方法又无法进行利用，是污泥难以处理的两个难点，污泥中的物质具有可转换性，且对环境造成严重污染等特点，污泥的处理已成为制约污水处理行业发展的难题。污泥能源转化技术，以最经济的方式，将这种难以处理及利用的污泥转换为易贮存、运输及使用的能源，彻底解决制约污水处理行业发展的污泥处置问题，同时对污泥能源进行最大化的利用。

3.1污泥热解反应机理

热解过程中，200～450℃污泥中所含的脂肪族化合物蒸发，大于300℃蛋白质转化，大于390℃糖类化合物开始转化，主要反应是肽键断裂，基团的转移变性及支链断裂。

3.2污泥的热解

在低温阶段（250～350℃）主要产生CO2，随着热解温度的升高，其产量减少；在整个热解过程中，CO的H2的量不断升高。在600℃左右，CH4达到最大量，而在450℃左右，C2H4和C2H6达到最大量。热解的有机质大部分为重油，在温度大于450℃时，会发生裂解反应，一部分形成轻质油。

3.3污泥能源转化技术

污泥能源转化技术根据污泥的低温热解和低分子物质的闪蒸原理进行工艺设计，利用污水处理厂产生的含水率80%左右污泥的特性，使用污泥泵，通过管道将含水率80%左右的污泥送入加热炉中，使污泥在流动状态下隔绝空气加热，污泥被加热到一定的温度开始发生气化、热解、脱氢、热缩合、碳化等反应，形成气液固三相的混合物，污泥中的水分蒸发，有机物转化为混合低碳有机质和有机碳。加热后的污泥在污泥输送泵的推动下进入能源转换器，通过能量的传递，分别产生汽化、气化、离析等反应后将生物炭、油汽混合物分离，再进行冷却得到生物炭、混合低碳有机质等易贮存、运输及利用的能源。

4.技术效果

污泥能源转化技术采用简单、实用、有效的方法，将污水处理厂产生的剩余污泥转换为易贮存、运输及使用的能源形式，并且在热解转换过程中，污泥中的病原微生物和寄生虫卵全部被彻底灭杀、重金属离子被钝化。彻底解决了污泥的处置问题、污泥的资源化利用问题，使污泥能源得到充分的利用，消除了制约污水处理行业发展的难题，与此同时给企业带来了巨大的经济效益。

与现有技术相比较，本发明具有的优点在于：

4.1系统直接处理污水处理厂产生的含水率80%左右的污泥，不需要进行干化预处理。

4.2整个污泥处理为密闭系统，加热炉为系统的辅助热源，系统的动力由污泥输送泵提供，干化和炭化同时进行。

4.3系统稳定运行后，无需外界提供燃料以维持整个系统的运行，在节省大量燃料和成本的前提下，进一步节省了废液和固体废料的处理成本。

4.4本系统同时解决了污泥脱水和污泥中有机质利用的问题，工艺系统简单紧凑，具有较高的能源转化率和热能利用率，具有较高的工业应用及推广价值。

5.结论

污泥能源转换技术是一种污泥处置的方法，利用污泥自身的特性，采用适合的处理工艺，设备均为工业生产常用设备，污泥能源转换器也是一种常用的化工设备，操作简单，工艺运行方便，属连续运行的低温干馏技术，优于目前的流化床污泥焚烧工艺和干馏污泥处理技术。

污泥能源转换技术可使污泥有机质全部转换为易贮存、运输、使用的有机质能源，对污泥进行了彻底的无害化处理。污泥能源转换工艺产生两种产品，一种是富含微孔的生物炭，可以補充土壤的有机物含量，还可以改善土壤的透气性和排水性，蓄留植物根部所需水分，有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。另外生物炭可以长期稳定地存在于自然界中，具有持久性的肥田沃土，促进土壤中微生物繁殖，促进植物生长对二氧化碳吸收，具有减少空气中二氧化碳的功能。另一种是混合低碳有机质能源，是污泥中细菌、生物等被热解、热缩合的产物，被冷却后形成低碳有机质混合物，两种产品均可直接送入加热炉，作为加热炉的燃料。

污泥能源转换技术以最经济的、简单实用的方法，对污水处理厂产生的污泥进行了彻底的处理，最大化地进行了能源的利用，并可为企业带来巨大的经济效益。

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作者简介：杨明远（1967.8.1） ，男，本科，毕业于鞍山钢铁学院，煤化工专业，工程师，籍贯：河南省驻马店市，研究方向：生产管理，污水处理，污泥处理.