市政污泥干化特性研究

叶资源节约与环保曳2019年第4期摘要：以上海市青浦区市政污水厂脱水污泥为原料袁这篇文章从工业分析尧微观形态尧基本成分及热值等方面研究了污泥干化前后的性状差异袁为实现污泥的干化焚烧提供基础数据遥关键词：市政污泥曰干化污泥曰污泥特性引言污泥是污水处理过程的副产物，具有含水量高（一般约98%）、体积大、不易处置的特点，且污泥成分复杂，含有大量的有机物质、重金属、盐类、难降解物质及病原微生物、寄生虫卵等。随着污水处理的深化，污泥的合理处理处置日益重要，未处理的污泥是环境的一大威胁[1]。根据E20研究院数据可知，目前我国污水处理厂产生的污泥，一半以上是采用卫生填埋的方式进行处理处置，超过18%的污泥不知去向。超过50%的含水率80%的脱水污泥使用填埋的简易方法处置，这种处置方法不但环境二次污染严重，而且占地大，长此以往将无地可埋。“水十条”、“十三五”规划中关于污泥处理处置要求的提出，政策利好的条件下促进了污泥处理处置市场的增长，相关的处理技术和设备也随之迅速发展。《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》认为：污泥干化焚烧是今后我国提倡的方向。为实现污泥高效、低能耗干化焚烧，需要多角度对污泥干化前后的特征进行系统的研究。本文以上海市青浦区脱水污泥为原料，从基本分析、微观形态、基本成分及热值等方面研究了脱水污泥干化前后的性状差异，为实现污泥的干化焚烧提供基础数据。1实验设备利用薄层干化机对市政脱水污泥进行干化，薄层干化机结构图如图1所示。薄层干化机由壳体、转子、驱动装置三大部分组成，在壳体夹套内壁上转子将脱水污泥摊铺成薄层，依靠夹套内的高温蒸汽或导热油来干化污泥。图1薄层干化机结构图2实验结果及分析讨论2.1污泥干化前后的基本分析比较将160益、0.6Mpa的过热蒸汽通入薄层干化机将含水率约80%的脱水污泥干化至含水率为30%以下，对干化前后的污泥进行了多次取样分析，所得结果如表1所示。表1污泥干化前后工业分析、元素分析及高位热值对比表由表1可知，污泥经过干化后，挥发分含量有所降低，干燥基挥发分含量降低了4.53%~8.66%，同时污泥的灰分含量有所上升，干燥基高位热值降低了0.335~1.15MJ/kg。这主要是因为在热干化过程中，污泥中的易挥发性有机物、部分细小污泥颗粒随干化的水蒸气一并成为了干化尾气，进入了后续的尾气处理工段。2.2污泥干化前后的微观结构比较图2干化前（左）后（右）的污泥在扫描电镜下的微观结构图图2展示了污泥干化前后的微观结构图。从图中可以看出，干化前的污泥结构较为松散，大量胞外聚合物包裹聚集于胶体外部，形成明显的团聚结构，这样使得污泥中的结合水、间隙水和胞内水被包裹在污泥絮体中，从而较难通过物理化学作用进一步脱水。相对于干化后的污泥，干化前的污泥孔隙率较高，比表面积较大，有较强的可压缩性，施加较低的机械作用力或提供热量，污泥絮体即可被破坏。随着污泥中水分的蒸发，污泥絮体结构逐渐坍塌，形成右图中表面结构紧密、空隙逐渐缩小的团聚结构。但是水分蒸发效率也会随着污泥空隙率的减小而降低。2.3污泥干化前后的成分比较图3污泥干化前后红外光谱分析市政污泥干化特性研究毛梦梅戴勇（上海康恒环境股份有限公司上海201703）151叶资源节约与环保曳2019年第4期图3为污泥干化前后红外光谱扫描分析的结果。污泥干基的代表官能团主要为游离H2O、-OH、-CH2、-CH3、芳环、C=C、C-O、卤代烃等。表明污泥中的有机物含量较高，有机物类型可能为蛋白质、脂类、淀粉和纤维素等。研究表明，污泥的有机物中蛋白质含量超过60%，脂类约为20%，淀粉和纤维素类约为15%[1]，这些有机物质的分解会产生NH3、H2S及VOCs等恶臭气体。EPS是由蛋白质、多糖以及少量的脂类、核酸和腐殖质类等多种化合物组成的高聚物。EPS特征化合物的检出表示了污泥中大量EPS的存在。EPS作为污泥的重要有机组成部分，其含量高低决定了污泥特征官能团的红外吸收强度[2]。对比污泥干化前后的红外光谱，排除分析过程中污泥中杂质的差别对透光率的细微干扰，可以看出干化前污泥的红外吸收强度明显高于干化后污泥。相比于干化前的污泥，干化后污泥的光谱图中显示位于1654和1543cm-1（C=C）、2924cm-1（C-H）和1076cm-1（C-O）处的肩峰变小，这表示污泥干化过程中类蛋白物质的分解。这也解释了污泥干化后有机质含量降低、挥发分含量降低的现象。2.4污泥干化前后含水率、有机质及热值的比较污泥中的有机质是污泥热值的主要提供者，而污泥的水分含量对热值也有极大影响。污泥含水率过高，其低位热值较低，这必然影响污泥的焚烧。并且，污泥干化过程中的系统能耗主要用于蒸发污泥中的水分。表2列出了污泥干化前后含水率、有机质含量和热值的对应关系。由表2可知，干化后的污泥有机质含量略有下