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2.3.3高温热分解与污泥油化技术的选择。污泥在未脱水前的含水率高达99%,对这样高含水率的污泥,如果采用先前的热分解技术处理则必须在干燥工序进行前设置处理,这增加了能量的投入与消耗,总的能耗较大。而油化处理则无需先干燥,因此,油化处理技术适合高含水率的污水污泥。
污泥炼油技术是正在发展中的污泥处理新技术。根据国外的经验,目前的投资成本与运行维护成本均比较高,在澳大利亚,投资成本每吨污泥为6500~13000元,运行与维护成本为每吨650~1600元[2]。同时,油化反应涉及的操作条件比较复杂,需要考虑诸多的因素如反应温度、反应时间、触媒种类、触媒添加量、反应压力等。此外,油化处理效率也与污泥种类性质等有关。
该技术的环境效益和资源化效益比较客观,能有效控制重金属的排放,可回收利用易储藏的液体燃油,可提供700kW•h/t的净能量,破坏有机氯化物的生成,占地面积小,运输材料负荷少。因此,从国内未来经济与环境和谐发展的角度来考虑,污泥油化技术的前景更加广阔。 2.3.4低温热解与热化学液化方法的比较与选择。污泥热解制油技术作为一种新兴技术,在国内未来发展空间较大。但还需要比较制油技术中低温热解与热化学液化的一些特点,为实际工程实践提供参考。
(1)低温热解制油技术所采用的污泥需经干燥脱水,使其含水率在5%以下,而热化学直接液化法所采用的污泥只需进行机械脱水。目前,国内大部分污水厂采用的是机械脱水的方式减少污泥的含水率(99%降低至70%~80%),相比采用离心脱水后再进行干燥,能耗较低。
(2)低温热解制油无需很高的压力,常压即可,而热化学液化法则需要较高的压力,对设备的要求较高。
(3)低温热解制油技术产生的一次污染较少,特别是对重金属等固化作用显著,但是需要保证反应器中的温度尽量得低,才能减少蒸气中金属的排放。热化学液化法也可以降低污泥的污染,但是在反应过程中会产生大量的难闻气体。热化学直接液化法的产物中会有2%~3%的N2残余,燃烧过程会有氮氧化合物生成,容易对大气造成污染,应采取相应措施加以控制。
(4)低温热解制油技术的能量回收率较高,污泥中的炭有约2/3可以以油的形式回收,炭和油的总回收率占80%以上;而热化学直接液化法中油的回收率仅有50%。但由于直接液化法只需提供加热到反应温度的热量,省去了原料干燥所需的加热量。因此,综合考虑和比较,还是直接液化法的能量剩余较高,大约为20%~30%(一般在污泥含水率80%以下的情况下)。
2.4污泥制氢技术
氢能是最理想的清洁能源,具有资源丰富、燃烧热值高、清洁无污染、适用范围广等特点。从未来能源的角度来看,氢是高能值、零排放的洁净燃料,特别是以氢为燃料的燃料电池,
具有高效性和环境友好性,将成为未来理想的能源利用形式。利用污泥来制取氢,不仅可以解决污泥的环境污染问题,还可以产生氢气,缓解能源危机。污泥制氢技术主要有:污泥生物制氢,污泥高温气化制氢,以及污泥超临界水气化制氢。
2.4.1污泥生物制氢。污泥生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气的原理进行的。根据微生物生长所需能源的来源,污泥生物制氢有3种方法:光合生物产氢,发酵细菌产氢,光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。
(1)光合生物产氢。光合生物制氢是指在一定的光照条件下,光合生物(一般包括细菌和藻类)分解底物产生氢气。目前,研究较多的产氢光合生物主要有:颤藻属、深红红螺菌、球形红假单胞菌、球形红微菌等。利用光合细菌和藻类协同作用来发酵产氢,可以简化对生物质的热处理,降低成本,增加氢气产量。另一种能够进行光合产氢的微生物是蓝藻,它与高等植物一样含有光合系统,但其细胞特征是原核型,属于原核植物,含有氢酶,能够催化生物光解水产氢。
(2)发酵细菌产氢。与光合细菌一样,发酵细菌也能够利用多种底物在固氮酶或氢酶的作用下将底物分解制取氢气。这些底物包括甲酸、乳酸、丙酮酸、各种短链脂肪酸、葡萄糖、淀粉、纤维素二糖及硫化物等。
(3)生物制氢的不足。生物制氢技术的整体研究水平仍处于基础阶段,目前还只限于实验室研究,试验数据也为短期的试验结果,连续稳定运行期超过40d的研究实例很少。即便瞬间产氢率较高,长期运行能否获得高产量尚待讨论。另外,天然厌氧微生物的菌种来源大多局限于活性污泥;生物制氢的供氢体仅仅局限于简单的碳水化合物;大多数研究都集中在细胞和酶固定化技术上,如探讨产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。
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