基于工业示范的市政污泥热解炭化机理研究

周学坤　景元琢　肖培蒙　孟辉

摘   要：市政污泥热解炭化技术因其环保方面的优势，日益成为国内外重点推广的环保技术。但由于目前投入产业化的污泥炭化项目不多，相关的污泥热解炭化的研究大多局限于实验室或中试规模，虽有一定的指导意义，但与工业化的大型项目的研究相比，仍缺乏一定的工程准确性。本文在污泥处理规模为300t/d（含水率80%）污泥热解炭化工业化项目基础上，对热解过程相关机理进行了研究，有一定的借鉴和工程指导意义。

关键词：热解  炭化  工业示范

中图分类号：X705                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098 X （2019）07（a）-0067-03

本文选取天津市青凝候淤泥填埋场的污泥作为研究对象，以日处理300t污泥（含水率80%）工业化生产线为研究平台，进行污泥热解特性及主要营养物迁徙规律的研究。

1  污泥炭化项目介绍

天津青凝候污泥填埋场生态修复项目为2017年度世界银行贷款项目，建设日处理300t含水率80%污泥的污泥机械脱水、热力干化和热解炭化的生产线一条。该填埋场填埋了天津主城区过去10年的主要污水处理厂的剩余污泥，污泥平均含水量为85%左右。污泥挖掘后，先采用高压压滤机在压榨压力为2MPa的压力下进行压滤。压滤后的污泥含水量为60%左右。压滤后的泥饼经过炭化系统的余热进行直接接触干燥，水分降低到30%左右，干燥后的污泥在外热式炭化炉中被加热到500℃左右进行炭化。

2  污泥来源与特性

本次试验研究所选用的污泥为天津市青凝候淤泥填埋场内市政污泥，基本性质如表1所示。

从表1可以看出，污泥的长期填埋，并未对污泥含水率、灰分、挥发分、固定碳和热值产生显著影响，其性质与污水处理厂新产生污泥性质类似。

3  污泥热解炭化

3.1 固体产物的特性分析

表2為脱水耦合热解制备生物炭过程中固体产物的特性分析结果，由于热解过程中产生了大量富含C、H和N的热解挥发分，致使生物炭中的C、H和N含量以及热值均降低。

第一次炭化后所得生物炭的C含量低的主要原因是炭化炉惰性气体密封未开启，存在一定的漏气现象，物料发生燃烧反应。第二次实验时启动了惰性气体密封消除了漏气现象，C含量有所增加。

研究也发现，机械脱水分离液中P与K的含量较低，污泥中的P与K大部分留在热解炭中。

固体产物的TG/DTG分析曲线如图5，实验条件为：60 mL/min的氮气气氛和20℃/min升温速度，升至900℃是维持30min，然后改用60mL/min的空气燃烧60min。由图5可以看出，水热脱水污泥经炭化后失重率很低，主要是因为炭化过程中有大量挥发分产生并随着热解气排出。

3.2 机械脱水耦合热解所得污泥生物炭中营养元素的分析

图6所示为产物中P浓度的分析，从图发现污泥脱水处理后P主要存在于固体产物中，脱水分离液中的P含量较低。炭化后所得污泥生物炭的P含量再次增高。说明P在机械脱水耦合热解制备生物炭过程中主要存在于生物炭中。

图7所示为产物中K浓度的分析，从图发现污泥水热处理后k也主要存在于固体产物中，水热分离液中的K含量较P含量有所提高，但是绝大多数留在固体中。炭化后所得污泥生物炭的K含量与P含量一致，也是再次增高。

4  结语

本文以天津市青凝候淤泥填埋场内市政污泥为研究对象，通过日处理300t市政污泥的热解炭化处理线，对污泥热解过程中成分变化及主要营养物的迁徙规律进行了研究，研究结果表明，污泥热解炭化技术有效的保留了污泥中的固定碳，同时污泥中的磷和钾主要营养元素几乎全部保留在污泥炭中，具有良好的再应用价值，为市政污泥的处理提供了一条解决方案。

参考文献

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