污水污泥氣化技術(shù)的研究進(jìn)展

第42卷第6期.廣州化工Vol. 42 No.62014年3月Guangzhou Chemical IndustryMar. 2014污水污泥氣化技術(shù)的研究進(jìn)展喬芳清，申春苗，楊明沁，岳俊楠(天津工業(yè)大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，天津300387)摘要:氣化技術(shù)作為- -種新興熱化學(xué)處理技術(shù)，能將廢棄物轉化為穩定多用途可利用能源，二次污染小，近年來(lái)在污泥處理領(lǐng)城得到國內外的關(guān)注。本文介紹了污泥氣化處理技術(shù)的優(yōu)勢，并從燃氣特性和污染控制等方面對國內外理論研究的發(fā)展概況進(jìn)行了綜述，同時(shí)探討了氣化技術(shù)在城市污泥處理領(lǐng)域下一步可能的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:污水污泥;氣化;燃氣;污染控制中圖分類(lèi)號: x705文獻標志碼: A文章編號: 1001 -9677(2014)06 -0031 -03Research Advance in Technology of Sewage Sludge by GasificationQIAO Fang - qing, SHEN Chun - miao, YANG Ming -qin, YUE Jun - nan(School of Environmental and Chemical Engineering, Tianjn Polytechnic University , Tianjn 300387 , China)Abstract: Gasification, as a new kind of thermochemical treatment in the field of waste treatment, can convert thematerial into stable and transportable form of energy. The advantage of sewage sludge gasification was introduced. Thedevelopment of gas characteristics and pollution control of gasification of sewage sludge at home and abroad in recent yearswere summarized. Additionally , the future trends of gasification process in sewage sludge treatment were discussed.Key words: sewage sludge; gasification; gas; pollution control隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展和城市化水平的加快，城市污水年的歷史， 而污泥氣化技術(shù)起步較晚,現在還處于試驗研究階處理率不斷提高，污水污泥數量逐年攀升,如若不加處理而任段， 但也出現了工業(yè)化的成功案例。2005 年，德國的Balingen意排放勢必會(huì )造成嚴重的環(huán)境問(wèn)題。污泥處置的最終目標是實(shí)污水處理廠(chǎng) 將污泥干化、氣化與熱電聯(lián)用工藝組合,充分利用現污泥的減量化、穩定化、無(wú)害化和資源化。目前，常見(jiàn)的污污泥中 的能量，使得能源損失降到最低,滿(mǎn)足了當地5萬(wàn)居民泥處置方式主要包括衛生填埋、土地利用和熱處理。污泥中含的用電需求間。有大量的有機質(zhì)和可燃組分，具有較高的能源開(kāi)發(fā)和利用價(jià)污泥氣化技術(shù)是指在-定的溫度和壓力條件下，以空氣、值，采取措施將這些能量予以回收并轉化成易于儲存和運輸的氧氣或水蒸氣作為氣化劑， 在還原性氣氛下，通過(guò)一系列的熱液體或氣體燃料，對于優(yōu)化能源結構、促進(jìn)環(huán)境保護具有重大化學(xué)反應，將污泥中的有機物轉化為含有H2、CH4、Co、CO2意義"。污泥熱處理即是充分利用了污泥具有一定熱值的特等可燃性氣體、焦油和灰渣的過(guò)程。點(diǎn)，從而不僅使污泥在熱處理過(guò)程中達到能源化綜合利用的目污泥氣化的影響因素眾多，主要有氣化溫度、反應時(shí)間、的，同時(shí)實(shí)現污泥的無(wú)害化和減量化。傳統的焚燒處理盡管可氣化劑、空氣當量比、催化劑、污水處理工藝和氣化床類(lèi)型以最大限度地實(shí)現污泥減容，但由于焚燒過(guò)程會(huì )產(chǎn)生嚴重的煙等。根據氣化劑類(lèi)型的不同污泥氣化可分為CO2氣化、H0氣氣二次污染，是一種備受爭議的方法[B],而污泥的熱解、氣化化、空氣氣化、O2氣化和混合氣體氣化。相比傳統的污泥氣化可以有效克服此類(lèi)問(wèn)題，同時(shí)還將污泥中的潛在能量轉化為焦工藝，污泥的超臨界水氣化、等離子氣化和催化氣化以及與煤油或者可燃氣體。特別地，污泥氣化技術(shù)作為- -種高效清潔、技術(shù)和經(jīng)濟上或生物質(zhì)的共氣化，由于對污泥的能量利用率更高亦引起研究均可行且在一定程度上可以實(shí)現能量自持的污泥處理方人員的興趣。法[3-5),近年來(lái)得到國內外廣泛的關(guān)注。與焚燒相比,污泥氣2燃氣特性化產(chǎn)生的燃氣可以直接用來(lái)發(fā)電，能量利用效率較高，同時(shí)不需外加燃料，SO, 和NO,等有害氣體排放量少，大部分重金屬污泥氣化的主要目的之. -是獲得熱值更高、產(chǎn)率更大的可被固定在灰渣中，漫出毒性低，處理成本相對較低[6]。另外,燃氣體，因此國內外學(xué)者對污泥氣化過(guò)程產(chǎn)生氣化氣的析出特相比污泥熱解，污泥氣化能量利用率更高，固體殘渣中有機物性和組成進(jìn)行了 大量研究。和重金屬的浸出較低，后續處理簡(jiǎn)單[7-8]。Manya等[ 0]采用鼓泡流化床研究了床層高度和空氣當量比1污泥氣化技術(shù)對污泥氣化的影中國煤化工4、CH和CH的濃度均隨床層n來(lái)一量比的增加而減氣化技術(shù)最早用于生產(chǎn)城市煤氣，應用至今已經(jīng)有200多小， 而N2的濃度MYHCNMH(為變化規律則正好作者簡(jiǎn)介:喬芳清(1988-)， 男，碩士研究生，主要從事固體廢棄物處理與資源化研究。第42卷第6期喬芳清，等:污水污泥氣化技術(shù)的研究進(jìn)展33[2] 平,岑超平,唐子君,等.污泥焚燒大氣污染物排放及其控制研究from steam gasification of blend of biosolids and wood using a dual進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012 ,35(10) :70- 80.fluidised bed gasifer[J]. Fuel, 2012, 93: 473 -478.3] Frrasse J, Seysiecq I, Roche N. Thermal gsification: A feasible [17] Susanna N, Alberto C B, Diego F C. Gaifcation reactivity of charsolution for sewage sludge valorisation[J]. Chemical Engineering andfrom dried sewage sludge in a fuidized bed[J]. Fuel, 2012, 92(1): .Technoloy, 2003, 26(9): 941 -945.346 - 353.4] Fyili D, Zabaniou A. Uization of sewage sludge in EU eplication [18] 張艷麗, 肖波,胡智泉,等.污泥熱解殘渣水蒸氣氣化制取富氫燃氣of old and new methods - A review[ J]. Renewable and Sustainable[J].可再生能源,2012 ,30(1) :67 -71.Energy Reviews, 2008, 12(1): 116 - 140.19] Lech N, Anna A, Tomasz B, et al. The kinetics of gifcation of char[5]Murat D, Adnan M, Colin R H. Gasification of sewage sludge using aderived from sewage sludge[J]. J Therm Anal Calorim, 2011, 104throated downdraft gasifer and uncertainty analysis[J]. Fuel Processing(2): 693 -700.Technology, 2002, 75(1):55 -82.20] Palerson N, Zhuo Y, Dugwell D, et al. Formaion of Hydrogen Cyanide6]劉偉. 污水污泥氣化特性研究[D].杭州:浙江大學(xué), 2011.and Ammonia during the Gaification of Sewage Sludge and Bituminous7] Nimit N, Islam A, Somrat K, Ashwani K. Temperature steamCal[J]. Energy and Fuels, 2005, 19(3) : 1016 - 1022.gasifeation of wastewater sludge[ J]. Applied Energy ,2010, 87(12): [21] 王宗華,張軍營(yíng)，趙永椿,等.污泥熱解和氣化過(guò)程中NOx前驅物3729 -3734.的釋放特性[J].華中科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2011, 39(1):8] Menendez J A, Dominguez A, Inguanzo M, et al. Microwave - induced98 -102.drying, prolyais and gifcation of sewage slodge: Vitifeation ofthe [22] 李?lèi)?ài)民，高寧博,李潤東,等. NO, 和SO,在污泥氣化焚燒處理中solid residue[J].J Anal Appl Pyoyais. 2005, 74(1 -2): 406 -412.的排放特性[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2004, 10(4): 289 -294.9] 牟寧.污泥氣化處理工藝淺議[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟,2010,[23] Maria A, MertaSA, JounJM, et al. Experimental Study Examining30(5):49 -50.the Evolution of Nitrogen Compounds during the Gasification of Dried[10] JoanJ M, Jose LS, Javier A, et al. Infuence of gas residence timeSewage Sludge[J]. Energy and Fuels, 2009 ,23(6) :3236 -3245.and air ratio on the air gaification of dried sewage sludge in a bubbling [24] Ferasse J, Dumas C, Roche N. Experimental Results and Model forfluidised bed[J]. Fuel,2006, 85(14 -15): 2027 -2033.N- Gas Compound Production in Pure Steam Gasifcation fo[11] Petesen I, Werther J Experimental investigaion and modeling ofWastewater Sewage Sludge[ J]. Chemnical Engineering and Technology ,gasification of sewage sludge in the circulaing fluidized bed [ J].2011, 34(1) :103- 110.Chemical Engineering and Processing, 2005 ,44(7): 717 -736.[25] Qiang Zhang, Haifeng Liu, Weifeng Li, et al. Behavio of Phoephonus[12] xIELi-ping, LITao, GAO Jian -dong, etal. Efeet of moistureduring Co - gasifcation of Sewege Sludge and Coal[J]. Energy andcontent in sewege sludge on air gaifcain[J]. Journal of FuelFuels, 2012 ,26(5): 2830 -2836.Chemistry and Technology, 2010 ,38(5): 615 -620.[26] Lei Li, Z R Xu, Chunlei Zhang, et al. Quantitative evaluation of heavy[13]李濤,解立平,高建東,等污水污泥空氣氣化特性的研究[J].燃metals in solid reidues from sub - and super - citial water gasificatin料化學(xué)學(xué)報,2011 ,39(10) :796 -800.of sewage sudge[J]. Bioresource Technology, 2012,121: 169 - 175. .[14] Juan M, Adolfo N, Maria E R. Bechaviour of doloite, olivine and[27] Reed G P, Pateron N P, Zhuo Y, et al. Trace Element Distribution inalumina as primary catalysts in air - steam gasification of sewage sludgeSewage Sludge Gasification: Source and Temperature Effects[J]. Fuel,[J]. Fuel, 2011, 90(2): 521 -527.2005, 19(1): 298 -304.[15] Seggiani M, Vitolo s, Puccini M, et al. Cogsification of sewage sludge[28] Marer T W, McAuley BP, Suterin w R,et al. Fate ofheavy metalsin an updraft gaifie[J]. Fuel, 2012, 93: 486 - 491.d rdioacive metals in gaifcation of sewage sludge[J]. Waste[16] Woeis, Hamish M, lan G, et al. Production of hydrogen - rich syngasManagement, 2004, 24(2): 193 - 198.(上接第16頁(yè))[17]叢建輝,劉學(xué)敏,王沁城市溫室氣體排放清單編制:方法學(xué)、模式[31]袁曉輝,顧朝林.北京城市溫室氣體排放清單基礎研究[J].城市環(huán)與國內研究進(jìn)展[J]. 經(jīng)濟研究參考,2012,(31):35 -44.境與城市生態(tài),2011 ,24(1):5-8.[18]趙倩.上海市溫室氣體排放清單研究[ D].復旦大學(xué),2011.[32]蔡博峰,劉春蘭，陳操操,等.北京市溫室氣體排放研究(2005)[19]張斌2020年我國能源電力消費及碳排放強度情景分析[J].中國[R].北京:北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院,2008:1 - 183.能源,2009 ,31(3) :28 -31. .33] 蔡博峰,劉春蘭,陳操操,等.城市溫室氣體清單研究[M].北京:化[22]高衛東,姜巍,謝輝.經(jīng)濟發(fā)展對中國能源碳排放空間分布的影響學(xué)工業(yè)出版社2009.[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009 ,28(2) :296 -299. [34] 周澤興,林子瑜,潔寧中國溫室氣體排放清單編制工作手冊[M].[23]王昕,姜虹,徐新華.上海市能源消耗活動(dòng)中溫室氣體排放[J].上北京:中國石油化工出版社,199:1 -121.海環(huán)境科學(xué), 1996,15(12):15 -17.[35]國家發(fā)展與改革委員會(huì )中華人民共和國氣候變化初始國家信息[27] 徐新華,史惠祥,姜虹,等.江浙滬地區能源及轉化業(yè)溫室氣體排放通報[ M].北京:中國計劃出版社,004:2及減排措施[J].重慶環(huán)境科學(xué),1997 ,19(3):19 -21.[36]郭軍,趙連臣,賈紅日,等遼寧省溫室氣體排放現狀及減排措施分[28]許盛.南京市溫室氣體排放清單及其空間分布研究[D].南京:南析[].可再生能源,2008 ,26(2);110-11.京大學(xué),2011.[37]劉尚余， 趙黛青,駱志剛.廣東省溫室氣體減排潛力分析與預測[29] 楊謹,鞠麗萍,陳彬.重慶市溫室氣體排放清單研究與核算[J].中. [J].可再生國人口.資源與環(huán)境,2012,22 (3) :63 -69.[38]陳其顆,朱材中國煤化工青單基礎研究[].環(huán)[30]蔡博峰.中國城市溫室氣體清單研究[J].中國人口.資源與環(huán)境, .境科學(xué)與管YHCNM HG2012 ,22(1):21 -27.