学文网摘要：本文阐述了污泥的成份、热值和污泥含水率等，从而等到污泥的热值与污泥含水率的关系，通过实验探讨了提高污泥热值的方法等内容。
关键词：污泥；热值；含水率
Abstract: This paper describes the sludge composition, calorific value and moisture content of sludge, which until the relationship between calorific value and sludge water rate, through the experimental method is discussed to improve sludge calorific value and so on.
Key words: sludge; water ratio; calorific value
中***分类号：S141.6文献标识码：A 文章编号：
1. 污泥的成份及热值
污泥是污水处理过程产生物，主要由低级有机物如氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等组成，此外，还含有无机物和汞、镉、铅等重金属物质。污泥是污水处理产生的容积最大的副产品，一般含水率为80%左右，一般来说每万立方米生活污水处理量可产生5~6吨以上的含水率80%的脱水污泥。
2、污泥含水率
污泥是一种含水率高(浓缩污泥含水率为97％左右，脱水污泥含水率为80％左右)、呈黑色或黑褐色的流体状物质。污泥由水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成，结构松散、比表面积与孔隙率极高。其特点是含水率高、脱水性差、易 腐败、颗粒较细，从外观上看具有类似绒毛的分支与网状结构。污泥脱水后为黑色泥饼，自然风干后呈颗粒状，硬度大且不易粉碎。
1.3水分分布特性
(1)间隙水又称为自由水，没有与污泥颗粒直接绑定。一般要占污泥中总含水量的 65％—85％，这部分水是污泥浓缩的主要对象，可以通过重力或机械力分离。
(2)毛细结合水，通过污泥颗粒间的毛细管束缚的水分。浓缩作用不能将毛细结合水分离，分离毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量，如真空过滤、压力过滤、离心分离和挤压 可去除这部分水分。各类毛细结合水约占污泥中总含水量的15％—25％。 (3)表面吸附水，覆盖污泥颗粒的整个表面，通过表面张力作用吸附。 (4)内部结合水，指包含在污泥中微生物细胞体内的水分，含量多少与污泥中微生物细 胞体所占的比例有关。去除这部分水分必须破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为 外部液体。内部结合水一般只占污泥中总含水量的10％左右。内部水只能通过热处理等 过程去除。
3、污泥的热值与污泥含水率的关系
污泥焚烧实现了城市污水处理行业污泥减量化、无害化和资源化处置的追求，取得了显著的环境效益、社会效益和经济效益，也为全国排水行业污泥处置开辟了一条全新途径。
污泥是污水处理过程中剩余微生物残体，污泥中含有大量的有机物和纤维木质素，具有一定的热值，可以采用焚烧方式进行处置，但由于污泥含水率太高导致低位热值较低。据统计，污泥干基热值范围为7482.1～17957.1kJ/kg(一般生活污水处理厂生化工艺产生的污泥热值14964.2kJ/kg左右)，但实际污水处理厂脱水污泥含水率为75%～85%，这些水分在污泥焚烧过程中转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分热量。研究数据表明，对于干基低位热值为9976.4kal/kg的污泥，水分含量达到79.9%时，其热值将全部用于污泥所含水分的蒸发，也即能量损失为100%。
大量研究表明，污泥自持燃烧的低位热值约3491.53kJ/kg，即，污泥自持燃烧的最高含水率为40～70%（根据污泥干基热值7482.1～17957.1kJ /kg计算所得）。生活污水处理厂的污泥高位热值为14964.2kJ/kg左右，要满足自持燃烧，污泥含水率需降至55%以下，显然，这已经超出了污泥机械脱水的能力，因此，从热值角度分析，污水处理厂污泥不宜直接燃烧，需要进行干化处理。本文拟通已有实验数据寻找一种热值提高物质、脱水剂等不同添加物的组合，综合考虑热值、含水率、灰分的关系，使其成为一种成本较低，所需时间相对较短的干化方法，充分利用污泥热能。
4、提高污泥热值的方法
污泥焚烧作为一种减量化、无害化、资源化水平最高的技术，慢慢成为污泥处理处置的主流技术的一种，但由于污泥含水率太高（75%~85%），其低位热值很低（低于1254kJ/kg），无法满足自持燃烧的热值，需要加入辅助燃料，导致处理费用比较高。如果能有效降低污泥含水率，提高污泥热值，就可以降低污泥的处理费用。
表1生物污泥和物化污泥的性质
从表1可以看出，生物污泥与物化污泥的含水率分别为84.46%和78.71%，可见物化污泥的脱水性强，含水率低，约低5%；但由于物化污泥加入了化学试剂———混凝剂，使VS含量低，从而导致干基热值物化污泥比生化污泥低，分别为16050.4、17168.9kJ/kg。
污泥燃烧过程中，所含水分转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分能量。1个标准大气压下100℃水的气化潜热为2257.2kJ/kg。虽然生物污泥的干基热值比物化污泥高1118.6kJ/kg，但由于含水率高，其低位热值反而比物化污泥的低位热值低892.4kJ/kg。
前期的大量研究表明，污泥自持燃烧的低位热值约3482kJ/kg，这2种污泥的低位热值远达不到维持自持燃烧的要求，因此，要实现经济焚烧处理处置，需要采取措施降低其含水率，或掺加高热值物质来提高污泥的低位热值。
42.2降低污泥含水率、提高污泥热值
试验所用污泥含水率81.46%，为生物污泥与物化污泥的混合物，调理剂含水率3%。按照5%、10%、15%的比例将调理剂添加到污泥中，搅拌后放置失水，含水率和热值随时间的变化如表2所示。
表2污泥含水率和热值随时间变化调理剂加入污泥的比例5%、10%
由表2可知，加入脱水调理剂后，污泥中的水分容易散失，而且随着调理剂量的增大，含水率降低的速率也加快；放置3d后，添加5%和10%调理剂的污泥体系含水率分别降至56.44%、53.38%和50.76%，热值分别提高至4509.8、4554.9kJ/kg，可以满足自持燃烧的需要，不需要再加入辅助燃料。放置6d后，含水率分别降至44.68%和39.90% ，热值分别提高至6402.1、6595.2kJ/kg，燃烧过程中还可以放出多余热量，进行热量回收。随着调理剂添加比例的增大，含水率降低速率加快，但热值并不是一直增大，这是由于调理剂是无机物，随着其添加量的增大，无机成分所占比例增大，导致热值降低，因此最后选定调理剂添加量为5%。
42.3木屑、餐厨垃圾、煤粉等对热值的影响
生物污泥具有较高的干基热值，但高含水率和强持水性限制了污泥焚烧和热能利用。研究木屑、餐厨垃圾、煤粉等热值提高物质与M1脱水剂（以镁盐为主的化合物）、硅藻土、高岭土、皂土等脱水剂对污泥含水率降低、热值提高的作用。结果表明，含水率与热值的变化呈负相关性，木屑、煤粉对于污泥含水率降低和热值提高作用较为明显：当木屑加入比例为5%，煤粉为20%时，5天内体系含水率由60.7%降至36.3%，污泥低位热值由2162kJ/kg上升至6685kJ/kg，完全满足自持燃烧的要求。四种脱水剂脱水作用的顺序为：硅藻土>高岭土>皂土>M1脱水剂。现场实验表明，当M1脱水剂、木屑、煤粉添加比为5：10：10时，均温10℃，自然通风条件下，5天后污泥含水率可以由81.3%降至28.0%，低位热值相应提高至10534kJ/kg，干基灰分产量减少至38.2%。
5、结束语
选用合适的脱水调理剂能够改善污泥的脱水性能，污泥脱水时在不大幅增加能耗（电耗转换成机械能）输入的前提下尽可能多的使污泥中的游离水去除，使干基热值不变的前提下提高污泥的低位热值；同时在污泥调理过程中使用其他行业废弃的具有较高热值的物料用作添加剂一方面使污泥容易去除水分，另一方便使污泥的低位热值升高，至少达到实现自持燃烧，满足焚烧处置的要求。
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