權(quán) 熙，張 軍，尹琳琳，左 薇，張 杰

（城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150090）

譯者：權(quán) 熙；審查： 張 軍；單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)

1 研究亮點(diǎn)

*微波熱解和傳統(tǒng)熱解污泥過(guò)程中，均發(fā)現(xiàn)硫醇、脂肪族含硫化合物和芳香族含硫化合物生成H2S 的相似路徑；

*與微波熱解相比，污泥傳統(tǒng)熱解H2S 產(chǎn)率大幅增加主要?dú)w因于焦油中芳香族含硫化合物和噻吩類含硫化合物的二次裂解，兩者產(chǎn)率分別提高了10.4%和11.3%；

*500～800 ℃時(shí)，微波熱解促進(jìn)固體焦中硫的積累，同時(shí)減少了H2S 產(chǎn)率。

2 背景

當(dāng)前，我國(guó)污泥存量巨大且其產(chǎn)生量仍以5%～10%的幅度遞增，污水污泥安全處理與處置已成為影響污水處理行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)境問(wèn)題之一。污泥熱解是在隔絕空氣的情況下對(duì)污泥進(jìn)行加熱，將污泥轉(zhuǎn)化為可回收利用的熱解油、熱解氣以及固體焦過(guò)程。在溫度超過(guò)650 ℃時(shí)，污泥熱解的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)物是熱解燃?xì)猓渲蠬2+CO 含量達(dá)到熱解氣體總量的53%～72%。然而，熱解氣體中H2S 的存在影響了熱解氣的資源化利用且降低了燃?xì)馄焚|(zhì)，必須去除。基于課題組前期研究成果，本研究通過(guò)分析不同熱解溫度下污泥含硫化合物在氣液固三相分配行為，以揭示微波熱解和傳統(tǒng)熱解兩種不同熱解方式下污泥釋放H2S 的反應(yīng)機(jī)理；同時(shí)利用生石灰共熱解方式進(jìn)行H2S 捕獲固定，解析了鈣基物質(zhì)對(duì)H2S 的原位控制機(jī)制。

3 研究方法

通過(guò)間歇運(yùn)行自主設(shè)計(jì)搭建的微波熱解裝置，運(yùn)用XPS、GC-MS、GC、FTIR、SEM 等方法定性/定量表征不同熱解條件下，污泥三相產(chǎn)物中的含硫物質(zhì)種類及含量；通過(guò)構(gòu)建各相產(chǎn)物中含硫物質(zhì)與熱解溫度的關(guān)聯(lián)體系，得到污泥含硫物質(zhì)與H2S 生成之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律；并通過(guò)生石灰與污泥混合共熱解的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)H2S 的原位固定。

4 主要研究結(jié)果

在微波熱解和傳統(tǒng)熱解過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)了如下3 條相似的H2S 轉(zhuǎn)化途徑：300 ℃以下，污泥中不穩(wěn)定的硫醇結(jié)構(gòu)裂解釋放H2S；300～500 ℃，焦油中脂肪族含硫化合物分解形成H2S；500～800 ℃，熱解油中芳香族含硫化合物開(kāi)環(huán)裂解產(chǎn)生H2S。其中，在傳統(tǒng)熱解700 ℃以上溫度發(fā)生噻吩類含硫化合物的二次裂解，而該途徑在微波熱解過(guò)程未發(fā)生。對(duì)比微波熱解和傳統(tǒng)熱解條件下H2S 產(chǎn)率發(fā)現(xiàn)：在500～800 ℃下，微波熱解可有效促進(jìn)固體焦中硫的積累并減少氣態(tài)H2S 的產(chǎn)率；傳統(tǒng)熱解過(guò)程中H2S 產(chǎn)率的顯著提高主要?dú)w因于芳香族含硫化合物和噻吩類含硫化合物的分解，研究發(fā)現(xiàn)兩者產(chǎn)率分別增加了10.4%和11.3%。此外，通過(guò)污泥與生石灰共熱解，發(fā)現(xiàn)CaO 與H2S 形成CaS 類物質(zhì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣態(tài)含硫化合物向固態(tài)含硫化合物轉(zhuǎn)化，同時(shí)微波熱解抑制了噻吩類含硫化合物在高溫下的二次裂解，兩者共同實(shí)現(xiàn)了生物氣中含硫物質(zhì)的去除。

5 結(jié)論與展望

本研究系統(tǒng)分析了污泥微波熱解和傳統(tǒng)熱解條件下，熱解三相產(chǎn)物（固體焦、液態(tài)焦油和生物氣）中含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律，解析了兩種熱解條件下H2S 的生成機(jī)理，揭示了微波熱解污泥過(guò)程H2S 的原位控制機(jī)制。未來(lái)應(yīng)致力于開(kāi)發(fā)污染氣體的綜合處理技術(shù)以及熱解產(chǎn)物的多元利用技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化和資源化處理技術(shù)的工程應(yīng)用。