污泥掺混制备生物质燃料技术现状与发展前景

在上述实验室研究的基础上，赵培涛等[6]在处理量24t/d的中试试验平台上进行了污泥制备生物质燃料的试验。试验原材料为含水率82.4%的污泥、木屑、稻草、麦秆和梧桐树叶，同时添加少量引燃剂苯甲酸和铁离子钙离子作为调理剂。以上述原材料制备生物质燃料的工艺流程如图2所示。

该工艺不需要将污泥单独烘干，而是通过添加少量化学药剂和秸秆等生物质，改变污泥中水分子的状态，通过脱水、造粒自然干燥等步骤，直接将湿污泥制成含水率45%左右、热值为3260kJ/kg的生物质燃料。该燃料经过热天平燃烧试验表明，燃点活化能低，易点燃，可以在较低的温度内完全燃烧，燃烧性能较好，可以作为替代燃料使用。

2.2污泥与煤掺混制备燃料水煤浆技术

水煤浆是煤与适量水及添加剂混合后经过超细研磨制备成的流体燃料。利用污泥具有超细颗粒、高含水量及具有一定热值的特性，将污泥与煤掺混制备污泥水煤浆代替燃料燃烧，既可以充分利用污泥的热值和水分，又可以节约少量制浆用煤和用水，还可以节约污泥的高额处置费用。为此，国内相关学者进行了污泥与煤掺混制备污泥水煤浆的研究。

1)污泥水煤浆制备技术

戴财胜等[7]在污泥中加入煤粉，利用污泥重力脱水的原理，使污泥中水与污泥分层，达到污泥浓缩脱水的目的。结果表明，污泥水的固含量由脱水前的8.87%增至23.65%，而污泥含水率由91.23%降至76.35%，这样为污泥与煤混合制备性能优良的污泥煤浆，实现污泥的资源化利用提供了有利条件。

王健[8]将含水率大于80%的污泥经碱液改性后与兖州煤掺混并添加适量分散剂和稳定剂制备污泥煤浆，考察了污泥不同添加量对水煤浆的成浆浓度、流变性及稳定性的影响。结果表明，污泥添加量为10%，可以制备出浓度60%、具有较强假塑性的污泥水煤浆。姚杰等[9]研究了3种污泥添加淮南煤和少量添加剂制备污泥水煤浆。

结果表明与单种煤相比，3种污泥制浆浓度降低3%~4%，污泥添加量不大于2%，只有污泥原浆(固含量仅2%左右)的添加量可以达到10%，但煤浆浓度降低较多，对水煤浆燃烧或气化会有影响。王睿坤等[10]将污泥(含水率72%)与兖州煤掺混制备污泥煤浆，研究了污泥添加量、添加剂种类、剪切速率等对成浆特性的影响。研究表明，随污泥添加量的增加，污泥水煤浆的黏度增加，成浆浓度下降，在污泥添加量为15%时，水煤浆浓度比不加污泥的水煤浆浓度(69%)下降9%，仅为60%左右;污泥添加量较低时，石油磺酸盐的分散性较强，而污泥添加量较高时，3种添加剂的分散作用相当。

上述污泥制浆技术研究结果表明，由于污泥的高含水率和胶体结构，造成直接与煤混合制备的煤浆浓度过低，而且污泥添加量过少。因此，若在污泥制浆前进行改性处理，可以破坏污泥的胶体结构，将污泥中的网状结构水释放成为自由水，减少制浆用水添加量，提高煤浆的浓度，改善污泥煤浆的特性。

国家水煤浆工程技术研究中心多年来为拓宽制浆用煤来源，减轻污泥、污水等对环境的污染，降低制浆成本，致力于开发污泥制备水煤浆的研究，取得了2种污泥制浆技术成果[11-12]。一种技术是先用碱性废液如造纸废液对污泥进行改性，使污泥变为流动性较好的液体，然后将改性污泥与煤粉混合制备污泥水煤浆;用潞安煤和兖州煤制浆时，污泥煤浆的成浆浓度可以达到61%~64%，污泥添加量高达20%，同时污泥煤浆具有较好的流动性和稳定性，不需额外加入稳定剂。另一种技术是为提高污泥制备的煤浆的浓度而开发的，即先将污泥用碱性物质(废液或化工原料)进行一级改性，然后将此改性污泥送入流体激波器对污泥进行二级改性，经过二级改性的污泥具有非常好的流动性，这项技术正在燃料浆生产线上试用。

2)污泥水煤浆燃烧特性

为了解污泥水煤浆的燃烧特性，很多学者研究了污泥水煤浆的燃烧特性。王丹[13]研究了污泥水煤浆的燃烧特性，结果表明，污泥水煤浆比普通水煤浆有较低的着火温度，说明污泥水煤浆的燃烧性能更好。朱建航[14]研究了3.2MW卧室炉中对污泥的燃烧特性，结果表明，污泥掺混10%制备的污泥水煤浆着火容易，炉膛火焰分布均匀，可以稳定燃烧，其燃烧特性和结渣特性均好于大同煤制备的水煤浆。污泥水煤浆的燃烧特性主要是因为污泥自身的挥发分高、燃点低，因而用其制备的水煤浆比不添加污泥的水煤浆更易点燃和燃烬。

三、污泥掺混制备燃料技术存在的问题

近年来，随着环保部门对环境要求日益严格，相关工作者开发了很多污泥掺混制备燃料技术。但由于污泥具有持水量高、灰分高、热值低、成分复杂、黏性大、不易降解的特性，造成开发的污泥掺混制备燃料技术虽然有了一定的进展，但还存在很多问题，技术大多停留在实验室研究阶段。对污泥掺混制备燃料技术进行了归纳，存在的问题主要有：

1)污泥与秸秆或煤炭等掺混制备污泥成型燃料时，由于污泥水分太高，在利用前需要烘干。由于秸秆属于高纤维物质且水分也较高，必须先将秸秆晾晒或烘干，然后粉碎成细粉，最后与污泥或煤炭掺混经高压成型制备型煤或成型颗粒燃料，这就造成了污泥烘干所需热能的消耗;污泥与秸秆或者煤掺混后成型或造粒存在成型率低、强度低、不防水、在运输和使用过程中易于粉化等问题。

2)污泥与煤掺混制备水煤浆时，由于污泥的高黏性、高持水量以及低热值等特性，造成污泥直接制浆存在污泥添加量少(一般不超过10%)、污泥煤浆成浆性差、浓度低、黏度高以及热值低等问题。

3)尽管污泥掺混制备生物质燃料技术研究成果仅停留在实验室阶段及半工业性试验阶段，在工业生产线上进行污泥制备成型燃料和制备污泥煤浆以及对其产品燃用基本上属于空白。

四、展望

1)加强污泥干化(脱水)方法研究。由于污泥中含有很多絮凝剂，造成其持水率高，其含有的高分子化学物质为网状结构，将水分紧密包裹其中，很难释放出来。这是造成直接用污泥制备水煤浆时，煤浆浓度偏低的主要原因之一。因此，应研究降解污泥中高分子化学物质方法，通过不烘干方法来释放污泥中的水分。

2)继续进行污泥与秸秆掺混制备成型燃料的研究。我国农作物秸秆资源丰富，产量为6亿~7亿t/a，折合3亿tce。由于尚未找到合理利用秸秆的有效途径，秸秆就地焚烧，对环境造成严重污染。将秸秆与煤掺混制备成型燃料是秸秆合理利用的途径之一。目前对污泥与秸秆或煤炭掺混制备成型燃料的研究尚属起步阶段，采用的是污泥与秸秆先干燥再混合成型或者将污泥与秸秆先加入添加剂挤压脱水再成型的工艺。这种工艺比较复杂、成本高，因此需要开发工艺简单、成本低、产品强度高、防水性好污泥与秸秆制备成型燃料技术，同时应开发高效黏结剂以提高成型燃料的强度及防水性。

3)应着重研究污泥制备水煤浆及其燃烧技术。污泥制备水煤浆的好处是不需烘干污泥，利用污泥中的部分水和有限的热值制备水煤浆，从而节约制浆用水和制浆用煤，是污泥减量化、资源化、无害化利用的有效途径之一。目前开发的污泥制浆技术虽然也在制浆前对污泥进行改性，但仍存在污泥添加量少、煤浆浓度低的问题。虽然国家水煤浆工程技术研究中心研发的2种污泥改性制浆技术提高了污泥在煤浆中的添加量和浓度，仍需继续开发污泥添加量更多的制浆技术。同时还要研究污泥煤浆在锅炉中燃烧的新技术，如雾化燃烧、流化燃烧和悬浮燃烧技术，使煤浆中更多掺入污泥，从而达到对污泥的低成本有效利用。

4)加快污泥掺混制备生物质燃料技术的示范应用。目前，污泥掺混制备成型燃料及水煤浆技术仍停留在实验室研究阶段，很少进行工业制浆和锅炉燃烧试验。为了应对日益增长的城市污泥，需要将现有污泥制备生物质燃料技术进行总结，将其中效果较好的技术尽快进行工业性试验并建设示范厂，并逐步得到工业化推广应用。

五、结语

污泥掺混制备生物质燃料技术是污泥减量化、资源化、无害化利用的有效途径之一，其中污泥掺混秸秆等生物质制备成型燃料解决了农村秸秆焚烧污染环境问题，为秸秆提供合理有效的利用途径;污泥掺混煤制备水煤浆技术是既可以充分利用污泥中的水分和热值，又节约制浆用水和煤炭的低成本制浆技术，还为污泥资源化提供切实可行的利用途径。

目前，污泥掺混制备生物质燃料技术基本处在实验室研究阶段。污泥掺混秸秆制备生物质燃料还处在工艺复杂，成型量低、强度差等问题，污泥掺混煤制备水煤浆技术还处在污泥掺入量低、煤浆浓度低等问题。因此，需要进行深入研究，不断完善技术，尽快进行工业示范生产线的建设及应用。

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[14]朱建航，胡勤海，陈菊芬，等.污泥水煤浆燃烧和污染排放特性研究[J].燃料化学学报，2012，40(2)：252-256.

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