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污泥热处理技术及应用进展

文档作者：李燕赵红梅文档来源：德州市环境保护科学研究所		点击数：	更新时间： 2024年07月31日
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污泥热处理技术及应用进展
李燕赵红梅
(德州市环境保护科学研究所山东德州253034)
摘要水处理中对污泥合理处置和利用一直是全球各地科研工作者所关注的课题。污泥作为污水处理的伴生物，成分非
常复杂，不仅含有大量有机质。还夹杂有病原微生物及有害重金属等，长期堆放风险较大，进行处理与处置则需较高费用。对
污泥热处理技术进行概述，介绍污泥热处理的内容以及城市污水厂剩余污泥热处理技术及应用。
关键词污泥热解技术处理
中图分类号：×703．1 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2012)01—064—03
0前言
目前，污泥改性技术受到了越来越多的关注．污泥改性
技术可以分为改善污泥厌氧消化性能和改善污泥脱水性能
2方面。以实现污泥细胞破碎，释放胞内大分子有机物从而
克服污泥厌氧消化固体有机物水解限速步骤的方式有机械
破碎、超声波、冻融、臭氧、化学处理以及臭氧等。以溶解污泥
中悬浮固体和挥发性悬浮固体降低污泥粘度从而提高脱水
性能的方式有热化学处理和水热技术处理。其中．以超声波
为代表的改善污泥厌氧消化的污泥改性技术在国内外得到
了广泛的研究。但是，厌氧消化污泥的脱水性能没有明显改
进，满足不了大量污泥的最终处置。水热干化技术通过将污
泥加热．在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解．
破坏污泥的胶体结构．可以同时改善脱水性能和厌氧消化性
能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞增大，颗粒间的
碰撞导致了胶体结构的破坏．使束缚水和固体颗粒分离。另
外．加热使污泥中的蛋白质分解，细胞发生破裂。胞内的水分
被释放。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下机械
脱水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏观上表现为挥发性
悬浮固体浓度的减少和COD、BOD以及氨氮等浓度的增加。
污泥水热干化技术相比于其它改性技术．可以同时实现污泥
脱水性能和厌氧消化性能改善．其处理成本比臭氧、超声波
方式低。且不像普通化学方法需要消耗大量的化学药剂。产
生新的二次污染．处理后的污泥可以根据不同地区的实际特
点，直接用于堆肥、焚烧、填埋等处理处置方式，具有较好的
推广应用前景．
1污泥热处理法概述
污泥热干化就是将已经脱水的污泥饼(含水率75％左
右)进一步降低含水率，以利于储存和运输．避免因微生物作
用而发霉发臭，使污泥处于稳定状态。按加热方式热干化可
分为直接加热和间接加热，其中直接加热方式热效率高．干
化过程一般通过回转圆筒式干燥机、筛式流化床，也有采用
燃气红外辐射器来实现，土壤工艺的干化采用回转圆筒式干
燥机。与国内外技术是吻合的。热干化过程相当于对污泥作
了1．2 h的灭菌处理(干燥温度≥95℃)．完全可以达到杀灭
病原菌的卫生要求。干燥后污泥含水率在10％左右．微生物
活性完全受到抑制。避免了产品发霉发臭．其高温灭菌较为
彻底。在20世纪90年代干化技术得到了迅速发展。
对污泥进行处理与处置主要为达到以下目的：①使污泥
稳定。通过对污泥进行处理使其停止降解．从而达到稳定避
免造成二次污染：②无害化。经过处理的污泥中的寄生虫卵
和病原微生物可以得到有效杀灭：③使污泥减量。处理后的
污泥体积会减少，降低了处置污泥的费用；④资源的有效回
收利用。经过处理的污泥更容易循环利用．实现了对环境的
保护。对污泥的处理和处置有多种方法．实际应用当中应如
何选择或进行怎样的结合，需要根据具体的情况决定．如污
泥的成分、性质、工艺的技术水平、所处环境的外界条件以及
最终的处理方式等。将污水处理厂的污泥在不进行稳定化和
无害化处理的情况下．直接进行填埋和堆置是不正确的。
污泥通常来自于污水处理厂的初次和二次沉淀池．这些
混合的污泥通常含有60％～80％诸如蛋白质、脂肪、碳水化合
物的有机物．以及大量不同种类的微生物．在污泥的堆放过
程中这些物质极易自发进行厌氧生物反应，产生异味并且使
污泥的脱水性降低。这些都是处理过程中不希望发生的。对
污泥进行稳定化处理以达到以下目的：避免上述状况的发
生．或者促进其向着有利方向进行；使污泥脱水性质得到改
善从而减少污泥量；通过稳定化处理，为污泥利用于农业、林
业、城市绿化以及便于进行垃圾填埋方面创造条件。对污泥
的稳定化处理主要有生物法和化学法。
事实上．对污泥进行热干化和焚烧的稳定方法是最完全
的措施。目前．以厌氧消化为主的污泥稳定化方法在国内外
的应用较为广泛。污泥厌氧消化也称污泥厌氧生物稳定．该
方法通过降解作用使污泥中高分子化合物转变为低分子氧
化物，从而降低以蛋白质、脂肪、碳水化合物形式存在的高能
量物质的含量．与此同时提高污泥的脱水性质并减少其中产
生异味物质和病原体的含量。在欧美、日本及独联体等国家
和地区50％以上的污泥采用这种方法进行处理。我国在城市
作者简介：李燕(1984~)，女，山东平原人．助理工程坪，大学本科．主要从事环境影响评价领域的研完与业务。
2012．No．1． o
万方数据
污水处理厂污泥处理方面起步较晚．到80年代中期．借助国
外贷款建设城市大型污水厂的项目．不仅在技术上得到了改
进，还引进了新设备。到目前为止．我国城市污水厂在污泥处
理的技术和设备方面都有了极大发展．并积累了丰富的经
验．例如中温厌氧消化技术。
2污泥热处理内容
2．1湿式氧化法
湿式氧化，指在一定温度压力条件下，在水相下。以纯氧
或空气作为氧化剂，通过降解、水解、氧化作用，使污泥中的
有机成分最终转化为C0、H：O和N：等的过程。满足湿式氧
化过程实现有2种不同的条件：①低于374℃和lOMPa压力
的亚临界条件；②高于374℃和21．8 MPa压力的超Il缶界条
件。比较而言。第1种条件更容易控制和实现。因此该方法在
国外得到较好的商业应用．污泥湿式氧化技术适合处理含有
难降解有机物的污泥．但该方法存在设备复杂、运行维护费
用高的缺点。
2．2焚烧法
污泥焚烧技术是目前主要的污泥处置方法．通过该技术
处理的污泥有以下优点：处理彻底、减容率达95％左右、有机
物可被完全氧化。污泥焚烧普遍的方法是将脱水干化后的污
泥送入焚烧炉焚烧。或者也可以直接将脱水污泥进行焚烧。
此外，污泥还可与垃圾混合进行焚烧。随着技术发展，国内外
在污泥焚烧方面研究并开发了多种设备．其中流化床锅炉由
于其对燃料的高适应性的优势得到广泛的使用和研究．它不
仅能够使用高水分、低热值燃料而且燃烧温度低。另外多段
炉、回转窑焚烧炉等也是常用设备。
污泥焚烧技术也存在诸多缺点．主要是二次污染的产生
和高焚烧成本。污泥中存在多种有害成分，在焚烧的过程中
会产生二氧化硫、氮氧化物、金属烟雾、二a恶英和呋喃等；焚
烧污泥产生的灰渣中重金属元素得到富集．易造成二次污
染，必须对灰渣进行诸如灰渣熔融等无害化处理；处理燃烧
过程中产生的不良气体需要庞大的烟气净化设备．处理灰渣
亦需要加装相应的设备。这都增加了污泥焚烧处理的成本。
2．3热解法
污泥热解系指在300。900℃温度范围内．在惰性气氛下
污泥中的有机物受热分解，发生热分解、缩聚反应而生成气
态、液态和固态产物。其中气态产物中主要有H：、CH。、CO、
C0：等成分；液态产物则主要指焦油成分；固态产物为热解
残留物。热解过程的气体和液态产物可以作为能源再利用，
特别是焦油。近年来的能源价值越来越受到人们的关注。热
解的固态产物即残留物可以与煤一起混合燃烧．从而得到一
定的同收利用。也可通过加工改性用作吸附剂。污泥热解与
污泥焚烧相比而言．可以实现能量的再利用。从而降低了处
理的成本费用。虽然污泥热解处理有诸多优点．但仍没有焚
烧技术得到的应用广泛。
另外．湿污泥微波热解法较干燥污泥热解法在处理过程
中能产生更多的气体，且H：含量高。该方法是将湿污泥用微
波干燥、热解和气化。产生气体和同态物质．气体中富含C0
2012．No．’．
和H：，固态残留物则在高温下被玻璃化。将重金属固化在玻
璃体中。这种方法可以避免重金属产生的二次污染危害。微
波热解具有省时、节能的优点，且产生的气体比热解法多，具
有较好的应用前景。
2．4气化法
污泥气化法是以空气、氧气或水蒸气作气化剂．分解污
泥中有机成分为H：、CH。、CO、CO：等的气体，这些气体即可
作为发电和供热的燃料，也可用作燃料电池和化工原料。气
化法处理污泥可以将污泥中的无机成分转化为灰．这些占湿
污泥体积的1％一5％。污泥气化不产生焚烧时的烟气．可有效
避免二次污染．另外．污泥热解所产生的固态残留物有剩余
能量需要进行再次利用，气化就解决了这个问题。有关研究
表明，气化法可使大部分的重金属残留在灰中。且非常稳定，
即使在浓硝酸中也很难被渗滤出来。H只和Cd无法残留在灰
中，气化过程中大部分被截留在过滤器中。基于以上优点，污
泥气化可以说是当前污泥处理技术中极有发展潜力的技术．
而目前这一方面的研究工作还相对较少。
3污水处理厂污泥热处理技术及应用
3．1 2种模式
在污泥处理问题中．世界环保界面临这样一个问题，即
如何利用已有的设备对污水处理厂产生的污泥进行适当的
处理，并最大限度地发挥剩余污泥所含热量的作用．针对这
个问题，国外目前的解决方法主要参照以下2种模式。
(1)日本模式。1993年。日本秩夫小野田公司利用剩余
污泥经过处理生产了“生态水泥”(bio—Cemerit)。该方法将污
水厂的剩余污泥与垃圾一起焚烧至l000。1300℃．利用焚烧
灰生产水泥，该公司还建成了50叫的试验生产线，由这种方
法生产的水泥有60％的原料是剩余污泥和城市垃圾．该处理
方法消除了一次污染．且生产出的水泥经测试完全符合相关
的要求。基于该方法的日本模式：利用剩余污泥与城市垃圾
的焚烧灰．通过一定的配比计算加入到水泥生料中，烧制成
水泥。这种模式的缺点在于工艺路线复杂，设备投资大。
(2)德国模式。20世纪80年代中后期，德国的洪堡、保
利休斯等公司进行了一些工业性试验．他们将加工过的剩余
污泥、废弃轮胎等具有可燃性的工业废弃物使用于水泥窑预
分解系统．这项研究取得了一定成果并很快应用于工业生
产。1995年。德国汉馒附近便建成了l台用于处理生活垃圾
的4500洲水泥同转窑。德国模式即将处理过的剩余污泥与
生活垃圾作为原料与燃料一起送人回转窑煅烧．用于制作水
泥。这种方法也使回转窑具有了烧制水泥和焚烧垃圾的双重
作用。该方法的不足之处是无法处理所有的垃圾．适应性较
差。
3．2剩余污泥热处理技术及其应用
(1)低温热解法。低温热解技术是指在一定的条件下．借
助污泥自身所含物质的催化作用将污泥中的部分有机物质
转变成碳氢化合物，最终产生油、碳、水和非冷凝气体，产物
又可作为低级燃料使用。张树国、吴志超在常压和缺氧400％
．500％条件下对污泥进行低温热解．将产物用于为热解前污
。
万方数据
泥干燥提供能量．一方面热解产物可用于发电，另一方面也
实现了能量的循环利用。在澳大利亚柏斯有1座日处理干污
泥25t的工厂．这是第l座具工业规模的利用污泥炼油的工
厂。Lutz等在温度为300420℃的条件下将污泥转变为油和
木炭，以低温热解技术处理巴西市政和工业污泥，其结果显
示．剩余污泥60％的能量得以回收，产油量很高，而污泥中的
重金属则有90％留在了木炭中．其中活性炭质量较差。UUy
等进行了一系列用流化床低温热解污泥的实验研究，考察不
同因素(温度、气体停留时间)对反应产物组分的影响情况，
以获得更高的产油率。温度为300一600℃、气体停留时间为
1．5—3．5s时．热解产生非冷凝气体、液体和固体3种产物；在
525℃、气体停留1．5s时．得到污泥质量30％的产油量，此时
产油量最高。用色谱——质谱法分析产生油的成分，主要是
具有l～3个芳香环并带有羟基的长直链碳水化合物。
(2)污泥热干化法。污泥热干化法是利用热能将污泥烘
干．烘干后的污泥呈粉末或颗粒状，容量减少，且便于其他方
面使用。日本和欧美的一些国家在污泥热干化技术上起步较
早．在20世纪60年代便以直接加热鼓式干燥器的方法来烘
干污泥。虽然热干化处理有诸多优势，但由于当时的技术限
制导致管理复杂、处理成本较高。直到20世纪80年代末期，
污泥热干化技术才在雅典等国推广使用．到20世纪90年代
该技术得到迅速的发展。朱南文进行了相关试验考察进泥含
水率与出泥干化情况的相关性，利用26只红外辐射器，控制
进泥量为27．6kg，}I，通风量为0．34从，污泥炉内停留时间为
25min．在其他条件不变的情况下改变进泥含水率．结果表
明，进泥含固率为20％，出泥含固率为90％，干污泥产生量
为8k肌。煤气消耗量为15．9mⅦ。自热干化法用于污泥处理
已有几十年时间．通过不断的改进，该方法的优势也逐步显
现，热干化处理的污泥产物具有稳定、无臭、安全、用途广泛
的优点，可用作土壤改良剂，用于施肥，亦可作为能源使用。
综上．污泥热干化必将成为一种极具发展前景的污泥处理技
术得以广泛应用．
4结语与展望
随着世界各国污水处理事业的蓬勃发展．污水处理过程
中产生的剩余污泥的安全、环保、有效处置已成为亟待解决
的问题。剩余污泥是一种很有利用价值的潜在资源。最好的
方法是将其稳定化、资源化．使其重新实现应有的价值。污泥
的工业化利用．使得污泥处置不再仅仅是简单、被动地将其
无害化、减量化，而是一个主动、创造性的生产工序，这样一
方面可以将污泥处置费用转移到生产有价值的产品上来．另
一方面可以降低因无资金保障而使污泥处置停顿的风险。
目前．国内外已开发出了多种污泥处置方法。在诸多工
业化污泥利用过程中，污泥热处理技术具有显著的优势．它
充分利用了污泥中的有机组分和热值．能够及时消纳城市污
水处理厂、河道、湖泊及城市下水道等地产生的大量剩余污
泥。基本避免了二次污染，可达到污泥减量化、无害化、稳定
化、资源化的目的，变废为宝，获取可观的经济效益和环境效
益。但随着经济的快速发展。剩余污泥成份的多样化、复杂
化．污泥热处理技术需要进一步完善，还应构建完善的市场
化污泥消纳机制．
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5年来全球风电增长迅猛
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长．据<全球风能展望20lO>报告预漠I．到2020年全球风电
装机容量将达到lO亿kW，可满足全球12％的电力需求。
据全球风能协会统计．到去年底全球约有67万人在与
风电有关的各领域工作，其产值也已达到5000亿美元。
重金属污染防治立法正在积极推进
现在中国的重金属污染形势比较严峻。多是血铅问题。
我国对已经发生的每一起重金属污染事件进行了严厉查处。
并及时通报。2010年下达重金属污染防治专项资金15亿
元。
2012．No．1．
国务院已经批复了重金属污染综合防治“十二五”规划。
重金属污染防治包括土壤污染防治方面(因为重金属影响最
严重的就是土壤)的相关立法也在积极推进中。
o </全球风能展望20lO>

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