城市污水处理厂污泥热值及影响因素分析

uhrexowoqoz

摘要：城市污水处理厂所产生的污泥利用焚烧方式进行处理，既可以实现废物资源化和再生资源回收利用，达到清洁生产的目的，又可以为企业提供了大量的热能。本文首先阐述了污泥的成份、热值和污泥含水率等，接着阐述了污泥的热值与污泥含水率的关系，最后通过实验探讨了提高污泥热值的方法。希望对相关人士有所帮助。
关键词：污水处理厂、污泥热值、含水率、影响因素
一、前言
目前，城市污水处理厂所处理的污泥主要为白土、滑石粉和碳酸钙等无机物以及细小纤维、短纤维、粗渣、碳黑、天然或合成黏合剂等有机物。在处理这些污泥时，污水处理厂主要采用填埋、倾倒和焚烧等处理处置方式。其中污泥焚烧既可以实现废物再生资源回收利用，达到清洁生产的目的，又可以为企业提供了大量的热能。因此焚烧法处理尤其是流化床锅炉焚烧法处理在发达国家和我国部分外资企业得到了广泛的应用。本文主要分析了污泥的成份和热值，接着对焚烧回收热值的可行性进行了探讨。
二、污泥的成份、热值及污泥含水率
1、污泥是污水处理过程产生物，主要由低级有机物如氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等组成，此外，还含有无机物和汞、镉、铅等重金属物质。污泥是污水处理产生的容积最大的副产品，一般含水率为80%左右，一般来说每万立方米生活污水处理量可产生5～6吨以上的含水率80%的脱水污泥。
2、污泥含水率。污泥是一种含水率高（浓缩污泥含水率为97%左右，脱水污泥含水率为80%左右）、呈黑色或黑褐色的流体状物质。污泥由水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成，结构松散、比表面积与孔隙率极高。其特点是含水率高、脱水性差、易 腐败、颗粒较细，从外观上看具有类似绒毛的分支与网状结构。污泥脱水后为黑色泥饼，自然风干后呈颗粒状，硬度大且不易粉碎。
3、水分分布特性
（1）间隙水又称为自由水，没有与污泥颗粒直接绑定。一般要占污泥中总含水量的 65%-85%，这部分水是污泥浓缩的主要对象，可以通过重力分离。
（2）毛细结合水，通过污泥颗粒间的毛细管束缚的水分。浓缩作用不能将毛细结合水分离，分离毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量，如真空过滤、压力过滤、离心分离和挤压 可去除这部分水分。各类毛细结合水约占污泥中总含水量的15%-25%。
（3）表面吸附水，覆盖污泥颗粒的整个表面，通过表面张力作用吸附。
三、污泥的热值与污泥含水率的关系
污泥焚烧实现了城市污水处理行业污泥减量化、无害化和资源化处置的追求，取得了显著的环境效益、社会效益和经济效益，也为全国排水行业污泥处置开辟了一条全新途径。
污泥是污水处理过程中剩余微生物残体，污泥中含有大量的有机物和纤维木质素，具有一定的热值，可以采用焚烧方式进行处置，但由于污泥含水率太高导致低位热值较低。据统计，污泥干基热值范围为7482.1～17957.1kJ/kg（一般生活污水处理厂生化工艺产生的污泥热值14964.2kJ/kg左右），但实际污水处理厂脱水污泥含水率为75%～85%，这些水分在污泥焚烧过程中转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分热量。研究数据表明，对于干基低位热值为9976.4kal/kg的污泥，水分含量达到79.9%时，其热值将全部用于污泥所含水分的蒸发，也即能量损失为100%。
大量研究表明，污泥自持燃烧的低位热值约3491.53kJ/kg，即，污泥自持燃烧的最高含水率为40～70%（根据污泥干基热值7482.1～17957.1kJ /kg计算所得）。生活污水处理厂的污泥高位热值为14964.2kJ/kg左右，要满足自持燃烧，污泥含水率需降至55%以下，显然，这已经超出了污泥机械脱水的能力，因此，从热值角度分析，污水处理厂污泥不宜直接燃烧，需要进行干化处理。本文拟通已有实验数据寻找一种热值提高物质、脱水剂等不同添加物的组合，综合考虑热值、含水率、灰分的关系，使其成为一种成本较低，所需时间相对较短的干化方法，充分利用污泥热能。
四、提高污泥热值的方法
1、加入混凝剂的影响
污泥焚烧作为一种无害化、资源化水平最高的技术，慢慢成为污泥处理处置的主流技术的一种，但由于污泥含水率太高（75%～85%），其低位热值很低（低于1254kJ/kg），无法满足自燃的热值，需要加入辅助燃料，导致处理费用比较高。如果能有效降低污泥含水率，提高污泥热值，就可以降低污泥的处理费用。
从相关研究可以看出，生物污泥与物化污泥的含水率分别为84.46%和78.71%，可见物化污泥的脱水性强，含水率低，约低5%；但由于物化污泥加入了化学试剂--混凝剂，使VS含量低，从而导致干基热值物化污泥比生化污泥低，分别为16050.4、17168.9kJ/kg。
污泥燃烧过程中，所含水分转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分能量。1个标准大气压下100℃水的气化潜热为2257.2kJ/kg。虽然生物污泥的干基热值比物化污泥高1118.6kJ/kg，但由于含水率高，其低位热值反而比物化污泥的低位热值低892.4kJ/kg。
前期的大量研究表明，污泥自持燃烧的低位热值约3482kJ/kg，这2种污泥的低位热值远达不到维持自持燃烧的要求，因此，要实现经济焚烧处理处置，需要采取措施降低其含水率，或掺加高热值物质来提高污泥的低位热值。
2、降低污泥含水率、提高污泥热值
试验所用污泥含水率81.46%，为生物污泥与物化污泥的混合物，调理剂含水率3%。按照5%、10%、15%的比例将调理剂添加到污泥中，搅拌后放置失水，含水率和热值随时间的变化而变化，污泥含水率和热值随时间变化调理剂加入污泥的比例5%、10%。
从试验的结果可知，加入脱水调理剂后，污泥中的水分容易散失，而且随着调理剂量的增大，含水率降低的速率也加快；放置3d后，添加5%和10%调理剂的污泥体系含水率分别降至56.44%、53.38%和50.76%，热值分别提高至4509.8、4554.9kJ/kg，可以满足自持燃烧的需要，不需要再加入辅助燃料。放置6d后，含水率分别降至44.68%和39.90% ，热值分别提高至6402.1、6595.2kJ/kg，燃烧过程中还可以放出多余热量，进行热量回收。随着调理剂添加比例的增大，含水率降低速率加快，但热值并不是一直增大，这是由于调理剂是无机物，随着其添加量的增大，无机成分所占比例增大，导致热值降低，因此最后选定调理剂添加量为5%。
五、结束语
选用合适的脱水调理剂能够改善污泥的脱水性能，污泥脱水时在不会大幅增加能耗输入的前提下尽可能多的使污泥中的游离水去除，使干基热值不变的前提下提高污泥的低位热值；同时在污泥调理过程中使用其他行业废弃的具有较高热值的物料用作添加剂一方面使污泥容易去除水分，另一方便使污泥的低位热值升高，至少达到实现自燃，满足焚烧处置的要求。
参考文献：
[1] 尹军 谭学军 污水污泥处理处置与资源化利用.2005北京化学工业出版社.
[2] 张华 污泥改性及其在填埋场中的稳定化过程研究.2007同济大学
[3] 徐强 张春敏 赵丽君 污泥处理处置技术及装置[M]北京 化学工业出版社 2003