市政污泥热解炭化过程钾元素迁徙规律研究

市政污泥热解炭化过程钾元素迁徙规律研究

孟辉 景元琢 肖培蒙 周学坤

山东金孚环境工程有限公司 山东济南 250101

摘要：市政污泥热解炭化技术是目前国内外重点推广的污泥环保处置技术。污泥热解炭化具有减量化彻底且保留污泥营养元素的优点，但目前的研究对其中典型元素（如钾元素）的迁徙规律的研究深入性相对不足。本文对市政污泥热解特性研究的基础上，重点对钾元素在热解过程迁徙规律进行了研究，有一定的借鉴和指导意义。

关键词：市政污泥 热解炭化 钾元素

本文选取典型的市政污泥为研究对象，通过热解炭化实验平台对市政污泥热解过程中钾元素的迁徙规律进行研究。

1 样品的制备及物化分析

实验中所用的污泥是经过机械压滤脱水后得到的产物，取样后的污泥置于阴凉通风处晾干，测其含水率为5.14%，然后粉碎至样品全部通过125 μm (120目) 尼龙筛，再于105 ℃下干燥24 h，装袋密封备用。脱水污泥样品的工业分析和如表1所示。

表1 脱水污泥样品的主要性质

2 实验装置

污泥热解反应装置示意图如图1所示。反应流程包括：反应区（石英反应管、加热电炉、热电偶、温度显示器）、焦油收集区（冷凝管、深冷设备、丙酮洗瓶）和气体收集区（硫酸洗瓶、氢氧化钠洗瓶、排水取气装置）。

1氧气瓶；2流量计；3石英反应器；4加热电炉；5冷凝管；6深冷设备；7丙酮洗瓶

8 硫酸洗瓶；9 氢氧化钠洗瓶

图1 污泥热解实验装置示意图

3 实验方法

污泥热解：取30 g左右的干燥污泥样品，置于反应管中部的分布板上，将石英管的上封盖装上后，以40 ml/min的流量通入氩气，10 min后启动电炉开始加热，加热速率为30 ℃/min，热解终温分别设定为400 ℃、500 ℃、600 ℃、700 ℃和800 ℃，到达终温后保持40 min，然后关闭加热电源使反应管自然冷却到室温。

4 结果与讨论

污泥原泥及不同温度下热解所得污泥炭中钾元素的浓度测定结果示于图2可以看出，热解后所得污泥生物炭中钾元素浓度明显增加，而且有随温度升高而增加的趋势，这说明K元素在污泥炭中也有明显的富集。

图2污泥原泥及不同温度下热解所得生物炭中钾的浓度

表2所示为污泥和不同温度污泥炭中的钾元素绝对质量和收率。可以看出，在400~600 ℃热解温度范围内，污泥炭中钾元素的收率几乎接近100%，说明钾元素几乎全部残留在固相产物污泥炭中。但高于600 ℃后，钾元素的收率开始降低，700 ℃和800 ℃下降低到90%左右，表明有少部分钾随着热解过程进行挥发，迁移进入了热解油或热解气中。

表2 污泥及不同热解温度制得生物炭中钾的质量及收率

通过该研究表明，在热解温度范围内，污泥炭中钾的收率都几乎接近100%，说明极少向气、液两相迁移。

5 结语

该文以城市污水处理厂典型市政污泥为研究对象，通过热解炭化实验装置，对污泥热解过程中典型元素钾元素的迁徙规律进行了研究，对污泥热解技术的工业化示范及热解过程产物的控制，具有一定的指导意义。

参考文献

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作者简介：孟辉（1982—），男，山东济宁人，硕士，高级工程师，主要从事污泥固废热解炭化技术研究。