污泥燃料化技术1

污泥燃料化技术赵玉军污泥燃料化技术污泥是一种由有机残片、细菌菌体、胶体、各种微生物及有机、无机颗粒组成的极其复杂的非均质体。随着污泥量的不断增加及污泥成分的变化，现有的污泥处理技术逐渐不能满足要求，例如燃烧含水率80%的污泥，每吨污泥（干基）的辅助燃料需消耗304~565L重油，能耗大；污泥填埋必须预先脱水到含水率至少小于70%，而达到这样的含水率目前的污泥脱水技术需要消耗大量的药剂，既增加了成本，也增加了污泥量；土地还原是目前污泥消纳量最大的处理方法，但很多工业废水中含有重金属和有毒有害的有机物，不能作肥料或土壤改良剂。因此寻找一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现减量化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。污泥燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有前途的方法之一。污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统，简称HERS法（HyperionEnergySystem），第二种是污泥燃料化法，简称SF法（SludgeFuel）。（一）、HERS法HERS法工艺流程如图1所示。它是将剩余活性污泥和初沉池污泥分别进行厌氧消化，产生的消化气经过脱硫后，用作发电的燃料。混合消化污泥、离心脱水至含水率80%，加入轻溶剂油，使其变成流动型浆液，送入四效蒸发器蒸发，然后经过脱轻油，变成含水率2.6%、含油率0.15%的污泥燃料。轻油再返回到前端做脱水污泥的流动媒体，污泥燃料燃烧产生的蒸汽一部分用来蒸发干燥污泥，多余用来蒸汽发电。HERS法所用的物料是经过机械脱水的消化污泥。污泥干燥采用的多效蒸发法一般是用蒸发干燥法，不能获得能量收益，而采用CG法可以有能量收益；污泥能量回收两种方式，即厌氧产生消化气和污泥燃烧产生热能，然后以电力形式回收利用。图1HERS法工艺流程（二）、SF法SF法工艺流程如图2所示。它将未消化的混合污泥经过机械脱水后，加入重油，调制成流动浆液送入四效蒸发器蒸发，然后经过脱油，变成含水率约5%、含油率10%以下，热值为23027kJ的污泥燃料。重油返回作污泥流动介质重复利用，污泥燃料燃烧产生蒸汽，作为污泥干燥的热源和发电，回收能量。图2SF法工艺流程图HERS法与SF法不同，一是前者污泥先经过消化，消化气和蒸汽发电相结合回收能量。后者不经过污泥热值降低的消化过程，直接将生成污泥蒸发干燥制成燃料；二是HERS法使用的污泥流动媒体是轻质溶剂油，黏度低，与含水率80%左右的污泥很难均匀混合，蒸发效率低，而SF法采用的是重油，与脱水污泥混合均匀。三是HERS法轻溶剂油回收率接近100%，而SF法重油回收率较低，流动介质要不断补充。二污泥燃烧化的手段在污泥的燃料化手段中，热化学方法主要有污泥干化焚烧、污泥制氢、污泥低温热解、污泥改质新技术等，下面分别介绍。2．１污泥干化焚烧由于机械干化很难把污泥的含水率降到８０％以下，因此，热干化的方法被广泛采用，该技术目前已较为成熟。日本６０％以上、欧洲１０％以上的污泥采用了干化焚烧处理方式。热干化按照加热方式可分为直接加热和间接加热：直接加热方法有转鼓式和循环流化床式，以英国的Ｂｒａｎｓａｎｄｓ工厂（可蒸发水量为７×５０００ｋｇ／ｈ）为代表；间接加热方法有转盘式和多层台阶式，以西班牙的巴塞罗那处理厂（可蒸发水量为４×５０００ｋｇ／ｈ）为代表。2．２污泥制氢氢是一种理想的洁净能源，具有广泛的用途，污泥中含有大量的有机质，可以作为获取氢能的来源。污泥制氢除了生物化学方法、热化学方法外，还有高温气化制氢、超临界水气化制氢等技术（１）污泥高温气化制氢。国内外的学者对污泥高温气化制氢技术进行了相当多的研究，所采用的反应器有固定床和流化床２种形式。例如，英国Ｎｅｗｃａｓｔｌｅ大学的Ｍｉｄｉｌｌｉａ等采用下引式气化器，中科院广州能源所的吕鹏梅等使用流化床反应器进行了相应的研究。所采用的催化剂主要有煅烧白云石、蒸汽重整催化剂和镍基催化剂等。试验结果表明，产氢率在３０～８０ｇ／ｋｇ范围内变化。污泥气化气中含有相当多的焦油，对尾气处理造成困难，这是目前污泥气化制氢所面临的最大难题。（２）超临界水气化制氢。污泥超临界水气化制氢是在水的温度和压力均高于其临界温度和临界压力时，以超临界水作为反应介质与溶解于其中的有机物发生强烈的化学反应。日本三菱水泥、日本东京大学、美国能源部等都对该技术进行了相应的试验研究。超临界水能与空气、氧气和有机物以任意比例混溶形成均一相，即气－液相界面消失，消除了相间传质阻力，反应速度不再受氧的传质控制，从而加快了反应速度、缩短了反应时间。有研究表明，该技术可以实现碳的１００％转换，但该技术目前还处于实验室阶段。2．３污泥低温热解污泥低温热解制油技术是在３００℃～５００℃、常压（或高压）和缺氧的条件下，借助污泥中所含硅酸铝和重金属（尤其是铜）的催化作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，其最终产物为油、碳、不凝结气体等。国外从２０世纪８０年代就开始了污泥热解技术研究，该技术首先由ＢＢａｙｅｒ提出。日本采用高温、高压直接液化工艺，也取得了较好的结果。低温热解处理成本应为直接焚烧的８０％以下。污泥热解制油技术具有以下优点：能有效控制重金属的排放，特别是对污泥中的重金属Ｈｇ，Ｔｉ起到钝化作用；可回收易于利用、易于储藏的液体燃油；可以破坏有机氯化物的生成，可减少蒸汽中金属的排放量，气体净化过程简单且经济。低温热解虽然适合于各种污泥，且都能够制得衍生油，其中属活性污泥的产油率最高，消化污泥的产油率较低。低温热解要求进料为干污泥，虽然衍生油的发热量较高，但仍然不足以弥补制得干污泥的能耗，因而其经济性与广泛运用的前提是解决污泥的干化。为此，英国、美国和日本的一些学者也在研究对含水率７０％～８０％的污泥的直接热化学液化的方法。