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摘要：概述了市政污泥的来源、特点和目前的处置方式。干馏污泥制生物炭是一项新型污泥处置技术，综述了该技术的原理和特点。介绍了产物生物炭的特点及应用。本文以山东某污泥处置项目为例，应用该技术，实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化治理。
关键词：干馏；污泥处置；生物炭
污泥是污水处理厂将城市地区的污水收集处理、出水达标排放后剩余的残留物。污泥富集了污水中几乎全部的污染物质，其主要成分有蛋白质、脂肪、尿素、纤维素、硅土、氮素、磷酸盐、铁离子等，还含有大量微生物、重金属、腐殖酸以及多种矿物质。污泥具有农用价值，也具有毒害性[1]。若污泥得不到合理的处理处置将会给环境带来二次污染[2]。
据统计，截至2018年6月底，全国设市城市累计建成城市污水处理厂5000多座，年产含水量80%的污泥5000多万吨。目前污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式，这四种处理方法的占比分别为65%、15%、6%、3%。可以看出我国污泥处理方式仍以填埋为主，加之我国城镇污水处理企业处置能力不足、处置手段落后，大量污泥没有得到规范化的处理。
脱水污泥的干基热值范围为5 844～19 303 kJ/kg，均值为11 850 kJ/kg[3]，可以通过进一步处理以利用。因此，寻求市政污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的利用途径，已成为全球关注的环境保护问题[4]。
1 污泥干馏技术
干馏技术作为一种高效的污泥资源化利用技术备受关注。干馏（也称热解）是指在密封、无氧、非燃烧、高温状态下进行的化学反应过程，包含汽化、热解、脱氢、热缩合、碳化等反应[5]。通过高温处理可以彻底杀死病原菌、固化重金属、分解有机污染物和分解抗生素（氟喹诺酮类、四环素类和磺胺类），同时可以获取固体产物-生物炭［6，7］。干馏技术将污泥的成分还原为可利用资源：有机物置换生物炭，氮磷钾元素置换成速效氮、速效磷、速效钾等肥料，同时热解出氢烷类可燃气。这些有机废气经分离后可作为辅助气源进行燃烧，在一定温度下污泥残渣进行炭化生成生物炭，从而实现以废治废，资源循环利用的目的[8]。生物炭是一种具有致密晶体结构的玻璃态物质，在高温情况下能够将重金属固化于熔化的玻璃体里［9，10］。污泥中的重金属通常是Cd、Co、Cr、Fe、Ni等成分，这些成分在高温下生成固体或半焦状，并且实验结果符合国家相关规定[11]。
干馏污泥是一个复杂的热化学反应过程，其中包括有机大分子键的断裂，小分子聚合和异构化等反应，最后生成多种小分子。通式如下[1]：
污泥→（H2、CH4、CO、CO2等）气体+（有机酸、焦油等）有机液体+生物炭+炉渣 （1）
干馏污泥实现了污泥的减量化、资源化、无害化、稳定化处置。污泥经过干馏处理后，所制成的生物炭体积只有原污泥体积的5%～10%。
该技术于2013年成功应用浙江永康污水处理厂的污泥处理生产线，每天可处理50吨污泥，是全国首次应用将干馏技术工业化应用。
2 典型工程介绍
2.1 项目概况
山东某污泥集中处置项目，每天处理含水率80%的污泥100吨，二期将达150吨/天。项目目前已满负荷运转，有效解决了该区三个污水厂的污泥无法存放和处理的难题。该项目采用干馏污泥制生物炭技术，工艺流程如图1所示，先用螺杆泵将污泥运至干燥装置，使污泥含水率从80%降到60%，再将泥饼输送到料仓破碎后，通过输送设备将干泥送到干馏机组进行干馏，通过天然气或生物质燃料燃烧将干馏机组加热到600℃，产出生物炭，污泥裂解过程的同时产生可燃气体以及生物质油，可燃气体可以分担燃料一部分消耗，生物质油可回收加工利用。
经过干馏系统制得的生物炭产量为3t/d，含水率可降至 5%左右。
2.2 干馏污泥制生物炭
干馏污泥制成的生物炭，实物如图1所示。
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图1干馏污泥制成的生物炭
生物炭是生物质在完全或部分缺氧状态下热解产生的一类难溶、稳定、含碳量高的高度芳香化固态物质，其主要元素包括碳、氢、氧、硫、磷、钾、钙、硅等。主要元素碳质量分数为66.6%～87.9%，氢质量分数为1.2%～2.9%，氧质量分数为10.6%～26.6%[12]。生物炭的主要成分有固定碳、挥发分、水分和灰分，其组成特性与制备过程中的操作参数有密切关系。生物炭具有pH值偏碱性、孔隙系统丰富、比表面积较大等特点，有很好的吸附和催化性能，在水污染控制、大气污染控制、电化学等方面均已得到广泛应用[13]，在农业方面的应用主要在土壤的改性、对重金属的吸附和用作有机肥等方面[14]，也可以用作山体修复等养护过程的基质土，在缓解全球气候变化方面展现出了巨大的应用价值[12]。生物炭易于运输、能够长期保存，且用途广泛，利用价值高，经济性强。干馏污泥制生物炭已通过国家专业检测室的检测，性质稳定，各项指标均达到设计要求。
干馏污泥制生物炭机组的工作原理是将燃料与污泥分别置于两个空间中，通过阶段性对燃料升温来控制污泥的干馏温度。此工艺的燃料为清洁能源，干馏过程中蒸发的水分回收后用作冷凝水，产生的可燃气体净化回收再利用。另外，整个装置实现全密闭运行，不会产生二次污染[15]。
3 结论
干馏污泥制生物炭处理污泥是目前最有潜力的方法之一[14]，缓解了污泥处理处置的压力，减少了原污泥直接利用带来的潜在健康风险[13]，有效解决了市政污水厂的污泥处理问题，为污泥处理处置提供了样板工程。
参考文献：
[1]田禹，左薇，陈琳，等.城市污水污泥过程减量及资源化利用理论与技术[M].北京：科学出版社，2012：7-18/258.
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[4]孙海勇.市政污泥资源化利用技术研究进展[J].洁净煤技术，2015，21（4），91-94.
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[8]张俊杰.生化污泥干馏处理及综合利用工业化成套设备技术研究[J].建筑工程技术与设计，2014 3上：713-714.