污泥能源化前景探讨循环利用才是污泥处理发展的最终目的-第2页-北极星水处理网

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2.2污泥发酵产沼气发电技术

2.2.1传统产沼气发电技术。共分为2个阶段：第1步将污泥厌氧消化，即污泥在厌氧条件下，由兼性菌和专性厌氧菌(甲烷菌)降解有机物，分解最终产物为二氧化碳和甲烷;第2步是燃烧甲烷气使发动机转动，将消化气的能量转变为轴动力，然后用发电机使之转化为电能。

2.2.2国外沼气发电现状。采用该技术使潜能转换为电能在欧美国家自1920年就开始实施了，目前仍在积极推行之中，如美国的能源农场。日本也于1982年开始实施，至今已有10多个污水处理场进行了上述潜能的开发利用。在西欧，如德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等，采用污泥回收能量进行城市并网发电的占其能源总量的比例为10%左右，预计21世纪末将增加到25%。

2.2.3国内沼气发电现状。目前，天津市纪庄子污水厂和北京高碑店污水厂就是采用比较完善的污泥厌氧消化处理系统产生的沼气用于沼气搅拌和发电，沼气发动机的热水作为消化污泥加热的热源，实现了热联供电和资源的综合利用。高碑店污水处理厂是北京市最大的污水处理厂，日处理污泥量达4000m3，该厂通过技术改造和调整工艺，最大限度地收集沼气，每天沼气发电已经可以保持在3×104kW•h左右。年发电有望突破107kW•h，相当于5000户家庭1年的用电量。我国在“九五”、“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品，气耗率0.6～0.8m3/(kW•h)，沼气热值≥21MJ/m3，其性价比有较大的优势，适合我国经济发展状况。

2.2.4技术存在不足。

(1)沼气在发酵产生过程中，可能产生某些杂质气体，如H2S。H2S不仅对人的身体健康有很大的危害，对管道、仪表及设备还具有很强的腐蚀性。因此，需要对沼气进行净化，并进行脱硫。可以用于沼气脱硫的方法有2种，即生物法和物化法。以往物化法广泛用于H2S的去除中，且有着丰富的实际经验，但运行费用高，投资大，容易产生二次污染。生物法设备简单，能耗低，产生的二次污染少，适合处理低浓度气态污染物。沼气净化后还需要注意对气体的储存，防止泄露，因甲烷属于温室气体，极易对大气产生危害。

(2)20世纪80年代，国外有研究者指出，水解是厌氧消化的限制步骤，污泥细胞壁的结构对胞内易降解物质的水解有抑制作用，所以，污泥消化产气往往需要较长的时间进行发酵。因此，需要加快水解作用，加快产气速度，提高产气量。

2.3污泥热解与制油技术

污泥热解与制油技术主要由污泥的热分解技术与污泥的油化处理技术2个部分组成。

2.3.1热分解技术。1970年美国EAP公司开发研究出一种新的城市废弃物处理技术，即热分解技术，使得垃圾处理向着“无害、安全、减容、资源化”方向又迈出了可喜的一步。随后，各国环境保护工作者竞相开展该项研究工作，有的已达到实用化阶段。热分解技术不同于焚烧，它是在氧分压较低状况下，对可燃性固形物进行高温分解生成气体产油分、炭类等，以此达到回收污泥中的潜能。也就是通过热分解技术，废弃物中含碳固形物被分解成高分子有机液体(如焦油、芳香烃类)、低分子有机体、有机酸、炭渣等，其热量就以上述形式贮留下来。热分解处理工艺技术核心部分是热分解气化炉，废弃物在此得以干燥和热分解，产生可燃性气体(热分解生成气)、各种液态产品及固态物如焦渣等。据日立造船公司研究结果表明，热分解生成气组分及发热量如表1所示。

2.3.2制油技术。可以分为2种方法，即低温热解法和直接热化学液化法。

(1)低温热解法。简述：污泥低温热解制油是目前正在发展的一种新的热能利用技术，即在300～500℃、常压(或高压)和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属(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，最终产物为燃料油、气和炭。热解前的污泥干燥可利用这些低级燃料(燃料气、炭)的燃烧来提供能量，实现能源循环。热解生成的油(质量类似于中号燃料油)可以用来发电。

国外研究现状与工程实例：该技术在20世纪70年代由Bayer等提出;Campbell评价了该方法的经济性;Briddle等研究了该过程的二次污染控制;1983年，Briddle和Campbell在加拿大建造了1个小规模的连续反应系统。Frost等评价了热解油的市场应用前景。90年代末，第1座商业规模的污泥炼油处理厂在澳大利亚Perth的Subiaco被修建。

澳洲较成功的低温热解制油实例是ESI(Environmental Solutions International Ltd of Australia)公司设计的污泥回收生物能量。其主要思路是将干燥的污泥中有机物通过低温热解方式转换为干净的燃料。首先，将含固率为2%～4%的污泥通过离心脱水后，得到含固率为28%的污泥。经干燥后的污泥首先进入第1个转换反应器，有机物在450℃下进行分解。其次，有机物在第2个反应器内被催化生成碳氢化合物，并且进行浓缩、分离及净化，为下一步能量的生成利用作准备。非凝性的碳氢化合物以及非挥发性焦炭从转换反应器流入到热气机。通过燃烧提供热量干燥进入的泥饼，完成整个循环，且在整个过程中使用了燃烧的热量。灰分随燃烧过程产生，可以存储待销售。最后，干燥中消耗的热气通过气体污染控制装置在环境要求标准下排放。

该工艺对原污泥及消化后的污泥均可产生能量，但能量产生效率较大的还是原生污泥。表2是主要生成的产品以及能量产率。通过该装置后的产物有较好的商业价值。主要产生3种可以加以利用的产品。合成油：干燥1t污泥生成200～300L油。热值约为35GJ/L，用于发电。惰性灰分：稳定性很高，主要用于多种建筑产品，如铺路的砖块。燃烧热：可通过燃烧焦炭、非冷凝性气体、以及反应水得到，其可除去干燥污泥的外界能量。

(2)热化学液化法。美国、日本和英国在该技术方面研究相对较多。该法是将经过机械脱水的污泥(含水率约为70%～80%)，在含有N2、温度为250～340℃环境下加压热水，并以碳酸钠作为催化剂。污泥中有近50%的有机物能通过加水分解、缩合、脱氢、环化等一系列反应转化为低分子油状物，得到的重油产物用萃取剂进行分离收集。反应过程可得到热值约为33MJ/kg的液体燃料，收率可达50%左右(以干燥有机物为基准)，同时产生大量非凝性气体和固体残渣。日本Shinji Tton等采用该法对活性污泥进行热解制油，试验表明，污泥中48%的有机成分可转化为重油。贺利民对炼油厂废水处理污泥也进行了催化热解试验，以Na2CO3为催化剂，以CH2Cl2为萃取剂，总压强为1.4MPa，产油率随温度的升高而增加，当温度为300℃时产油率大于54%。

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