微波热解处理市政污泥的技术方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于资源环境保护技术领域，具体涉及微波热解处理市政污泥的技术方 法。
【背景技术】
[0002] 现有技术的污泥处理方法主要有以下几种：
[0003] 一、污泥的卫生填埋
[0004] 污泥卫生填埋始于20世纪60年代，是一项比较成熟的污泥处置技术。污泥既可 单独填埋也可与生活垃圾和工业废弃物一起填埋。这种处置方法简单、易行、成本低，污泥 又不需要高度脱水，适应性强。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。
[0005] 二、污泥的直接土地利用
[0006] 污泥土地利用是把污泥或干燥化后污泥以及经过发酵化形成的生物固体，应用于 林地、果园、草地、市政绿化、育苗基质以及严重扰动的土地复垦与重建等。污泥中的养分 (如氮和磷）、有机质施用于花园、林地、景观美化，增加土壤肥力，促进作物生长的效果。污 泥的土地利用投资少、能耗低、运行费用低，其中有机质部分可转化为土壤的有效成分。
[0007] 三、污泥的焚烧
[0008] 污泥焚烧是将污泥置入焚烧炉内，在通入过量空气情况下，进行完全焚烧，使污泥 中的可燃成分在高温下充分燃烧，最终成为稳定的灰渣，最大限度地减少污泥体积，使污泥 最终处置极为方便。It干污泥焚烧后仅产出0.36t灰渣，减量化效果显著。另外，污泥中所 含有的重金属在高温下被氧化成稳定的氧化物，是制造陶粒、瓷砖等产品的优良原材料，若 能综合利用最终可达到污泥的稳定化、无害化和资源化。
[0009] 四、污泥的低温热解处理
[0010] 城市污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。它通过在催 化剂作用下无氧加热干燥污泥至一定温度（〈500°c)，由干馏和热分解作用使污泥转化为 油、反应水、不凝性气体和炭4种可燃产物，最大转化率取决于污泥组成和催化剂的种类， 正常产率为200~300L(油）/吨（干泥），其性质与柴油相似。低温热解是能量净输出过 程，成本低于直接焚烧。
[0011] 现有技术方法的污泥卫生填埋存在部分局限性，如：填埋渗滤液和气体的形成。渗 滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当，这种液体就会进入地下水层， 污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。另 外，适合污泥填埋的场所也因城市污泥的大量产出而越来越有限，这也限制了该法的进一 步实施。
[0012] 污泥中含有大量的病原菌，以及多氯联苯等难降解的有毒有害物，特别是污泥中 所含的重金属限制了土地对污泥利用的适应性，所以必须严格按照国家相关标准进行污泥 利用，污泥在土地利用前，必须经过无毒无害化处理，否则污泥会对环境做成危害。所以污 泥的土地直接利用会受到很大程度的限制。
[0013] 污泥直接焚烧，操作管理复杂，可能产生废气、噪声、震动、热和辐射等污染，特别 是在经过不充分燃烧的过程时会产生二噁英等有害气体，在大气控制方面还存在一定的技 术问题，因此，普遍采用污泥焚烧的处理方法，不论在经济上还是在技术上都存在着一定的 难度。
[0014] 低温热解过程中由于含有苯环的有机物质的存在，所以在液态油类的产物中会含 有毒性，燃烧时也会产生有毒性的气体污染环境。
[0015] 现有技术CN101838094A公开了一种油田含油污泥微波热解资源化处理方法及装 置，将含油污泥送入微波加热的密闭反应器中，在温度200-900°C下进行热解处理，将热 解处理产生的油气水进行回收，再利用，热解后的残渣作路基材料或利用硝酸或利用NaOH 碱进行改性，改性后的残渣做吸附材料。该方法并没有解决产气的纯度问题以及产油质量 问题，而且污泥中所含的重金属污染的问题仍没有解决，
[0016] CN104355519A公开了基于水热碳化和微波快速热解的污泥综合处理方法，包括污 泥水热碳化和微波快速热解两大步骤。水热碳化用于污泥前期预处理，可以解决污泥高水 分低热值的难点，在源头上提高污泥的能量品位；通过将水热碳化反应后的污泥碳进行微 波快速热解，获得较好产率的液体燃料和可燃气体，固体残余焦炭可用于工业原料，从而实 现污泥高效低污染能源资源化处置。和其他微波处理污泥工艺来说，该处理程序较复杂，而 且能源利用率比较低，而且最后污泥残渣中重金属的问题并没有解决。
[0017]CN104163555A公开了一种微波辐照湿污泥干化热解连续反应装置及方法。装置包 括污泥仓、搅拌器、料斗给料器、污泥形状控制器、皮带传送器、功率控制微波辐照器、微波 热解反应腔、压力传感控制器、风机、冷凝换热器、刮板分离器、油水分离器）、疏液槽、焦炭 储罐、产物油罐、产物气罐、氮气发生器、焦炭破碎机、污泥水罐和气体分流板。利用微波物 料内部加热的特点减少散热损失，针对湿污泥直接干化热解，得到裂解油，可燃气和固体焦 炭三种产品。该方法产气率不高，产油质量不高，并且最终污泥残渣的生物安全性能没有保 障。
【发明内容】
[0018] 鉴于现有技术存在的技术问题，本发明提供了微波热解处理市政污泥的技术方 法。
[0019] 具体地，本发明通过以下方案实现：
[0020] 微波热解处理市政污泥的技术方法，包括：
[0021] 第一步：将污水处理厂的原污泥进行烘干处理，直至质量不在变化（指质量变化 范围1%以内）；
[0022] 通常优选烘干温度105°C，烘干10 -12小时（在此时间范围下质量一般不在变 化）。
[0023] 第二步：将污泥研磨成小颗粒状，加入热解催化剂和微波吸收剂；
[0024] 第三步：将污泥加入微波热解装置中，然后通入氮气，热解；
[0025] 第四步：反应后冷却收集能源气体和处理后的污泥。
[0026] 优选微波热解之前，通入高纯氮气（99. 9% )20min，流速为100mL/min。微波加热 开始后调整氮气通入流量为20-40mL/min。
[0027]优选热解温度450-1100°C(优选500°C、700°C、1100°C)，热解时间为 20_60min(优选 30min-40min)。
[0028] 通过大量的实验发现，各参数选择产油最佳温度500°C，该温度下热解油产量最 高，含氧含氮有机分子含量较低，热解油质量最佳。
[0029] 固体最佳温度：700°C该温度下，各重金属挥发较少，而且重金属固定率较高，即残 渣态达到70%以上，其生态安全性大大提高。
[0030] 产气最佳温度：1100°C，该温度下，C0，CH4，H2的总产量可以达到，70%以上，尤其 是H2，产量可以达到400L/kg。
[0031] 所述微波吸收剂选自：K0H、NaOH、CaO、Fe203、MgO、NiO等，微波吸收剂的用量为污 泥样品重量的2% -10%。
[0032] 通过大量的实验发现，2% -10%的微波吸收剂对于微波加热效果比较明显，可以 快速升温达到最终热解温度，快速热解污泥中的有机物。
[0033] 所述热解催化剂选自：碱金属<&0、？620 3、1%0、附0等，或者金属盐类：1%(：12、？6(：13 等，热解催化剂的用量为污泥样品重量的2% -10%。
[0034] 通过大量的实验发现，该范围的催化剂对污泥热解有较明显的催化效果，使用催 化剂之后，提升了气体产量，以及能源气体（CO,CH4,H2)的含量，改善热解油的质量，并提高 固体中重金属固定率。
[0035] 所述将污泥研磨成小颗粒状，研磨至粒径< 3mm的污泥颗粒，优选粒径< 2mm。
[0036] 所述（单模微波炉）装置优选包含，1-温度显示器，2-电流表，3-功率调节旋钮， 4-运行开关，5-停止开关，6-定时开关，7-照明开关，8-急停开关，9-微波开关，10-单模微 波炉腔，11-高纯氮气输送部件，12-产物收集部件，13-微波发射器，14-保温棉，15-石英反 应器，16-热电偶。
[0037] 其中，1-单模微波炉腔的前部设置有13-微波发射器，15-石英反应器置于1-单 模微波炉腔内部，16-热电偶设置于15-石英反应器的前部，和13-微波发射器对应，11-高 纯氮气输送部件和12-产物收集部件分置于15-石英反应器内部。部件3-9通过电路连接 控制单模微波炉腔内的反应，1-温度显示器，2-电流表通过电路连接控制单模微波炉腔内 的参数变化。
[0038] 实验采用单模微波加热设备，微波频率为2450±50MHz，可用功率为2KW，并线性 可调，采用16-热电偶测温。将放有污泥样品的15-石英反应器用14-保温棉包好，放置在 10-单模微波炉炉腔中。为保证热解在惰性气体环境中进行，开启微波前先反应体系中通入 1卜高纯氮气20min控制流速为200mL/min微波馈入后调整流速为10mL/min。打开4-运 行开关，7-照明开关，然后开启9-微波，13-微波发射器向10-单模微波炉炉腔馈入微波， 调节3-旋钮调节微波功率大小，热解开始后进行12-产物收集部件。热解完毕，调节旋钮 至指针归零，关闭9-微波开关，关闭微波，冷却至室温，开启5-停止开关，完成热解实验。
[0039] 本实验采用的是单模微波炉，在污泥热解过程中能源利用率较高，减少能源消耗。 该装置结构简单，容易操作。
[0040] 本发明相对现有技术的有益效果包括：
[0041] (1)、利用本发明提供的处理方法，针对污水厂提供的市政污泥进行微波原位热解 的处理，该反应迅速高效，且最终产物为气态产物、液态产物和热解残渣。其中气态产物、 液态产物均可进行循环利用。氢气含量最高可达70%，甲烷含量最高可达60% )、液态产物 (主要成分为脂肪酸