第45卷第5期生物質(zhì)化學(xué)工程Vol 45 No 52011年9月Biomass Chemical EngineeringSep. 2011綜述評論——生物質(zhì)能語造紙污泥生物質(zhì)資源化利用叢高鵬',施英喬12,丁來保',盤愛享12,時鋒,房桂干1(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所;生物質(zhì)化學(xué)利用國家工程實驗室;國家林業(yè)局林產(chǎn)化學(xué)工程重點(diǎn)開放性實驗室;江蘇省生物質(zhì)能源與材料重點(diǎn)實驗室,江蘇南京210042;2.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所,北京100091)摘要;造紙污泥是一種很有價值的生物質(zhì)資源,對其開發(fā)利用既能解決二次環(huán)境污染問題,又能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了造紙污泥的分類及組成,綜迷了造紙污泥熱解制油、熱解氣化、水熱處理、制氫、焚燒發(fā)電、厭氧消化、農(nóng)用、制備活性炭及吸附劑等國內(nèi)外造紙污泥生物質(zhì)利用的現(xiàn)狀,并對中國造紙污泥的資源化利用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:造紙污泥;生物質(zhì);資源化利用中圖分類號:TQ351;TQ51;TS7文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-5854(2011)05-0037-09Biomass Resource Utilization of Paper Mill SludgeCONG Gao-peng, SHI Ying-qiao,, DING Lai-baPAN Ai-xiang, SHI Feng, FANG Gui-gan(1. Institute of Chemical Industry of Forest Products, CAF; National Engineering Lab for Biomass Chemical Utilization;Key and Open Lab. on Forest Chemical Engineering, SFA; Key Lab of Biomass Energy and Material, JiangsuProvince, Nanjing 210042, China; 2. Institute of New Forestry Technology, CAF, Beijing 100091, China)Abstract: The reasonable utilization of the paper mill sludge, which is a kind of valuable biomass resource, can not only solve thesecondary environmental pollution, but also bring certain economic benefits. This paper introduced the classification and composition ofpaper mill sludge and overviewed the recent researches and technology developments in the biomass utilization of paper millsludge at home and abroad. The technologies included sludge pyrolysis, gasification, hydrothermal treatment, hydrogen productionpower generation by incineration, anaerobic digestion, agricultural utilization, absorbent and activated carbon production etc. Theresource utilization of paper mill sludge in China was predictedKey words: pulp process sludge; biomass; resource utilization造紙污泥是制漿造紙廢水處理的副產(chǎn)物,每生產(chǎn)1t紙,就產(chǎn)生含水量80%的污泥約1200kg,污泥產(chǎn)生量是同等規(guī)模市政污水處理廠的5~10倍,且成分復(fù)雜,含水量高,處理的難度大,處置費(fèi)用約占造紙廢水處理費(fèi)用的50%以上2,污泥處置已成為困擾造紙企業(yè)經(jīng)營的難題。在制漿造紙過程中大部分原料纖維被用來生產(chǎn)紙產(chǎn)品,剩余的生物有機(jī)質(zhì)大部分則轉(zhuǎn)移到廢水中,所以造紙污泥生物質(zhì)含量豐富,有機(jī)物含量50%~65%,主要含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等高分子有機(jī)物以及填料、凝聚劑等,如何將造紙污泥進(jìn)行生物質(zhì)資源化利用具有重要的現(xiàn)實意義。過去對造紙污泥的處理只有投資沒有效益,先后經(jīng)過了海洋投棄、土地填埋、堆肥、焚燒等處理方法。如何改變污泥的廢棄物性質(zhì),實現(xiàn)造紙污泥生物質(zhì)資源的利用,開發(fā)研制具有附加值的功能化產(chǎn)品,是妥善解決污泥處理處置的關(guān)鍵問題。本文綜述了國內(nèi)外造紙污泥生物質(zhì)利用的研究進(jìn)展,展望了中國造紙污泥的資源化利用前景。V凵中國煤化工收稿日期:2011-05-31基金項目:國家林業(yè)局公益性行業(yè)專項(201104003-06)CNMHG作者簡介:叢高鵬(1987-),男,山東威海人,碩士生,主要從事環(huán)境保護(hù)與生物質(zhì)精煉的研究;E-mal:conggaopeng@hotmail.com*通訊作者:施英喬(1957-),男,江蘇宜興人,研究員,碩土生導(dǎo)師,研究領(lǐng)域:環(huán)境保護(hù)和生物質(zhì)預(yù)處理; E-mail: pingqiao@yahco. cn生物質(zhì)化學(xué)工程第45卷1造紙污泥的分類及組成由于造紙污泥產(chǎn)生于廢水處理不同的處理階段,比如物理處理段、生物處理段、化學(xué)處理段等,所以所產(chǎn)生的污泥量和污泥類型也不相同。按來源可分為:1)初沉污泥:來自初沉池;2)剩余污泥:來自活性污泥法后的二沉池;3)腐質(zhì)污泥來自生物膜法后的二沉池;4)熟污泥:生污泥經(jīng)消化后的污泥,又稱消化污泥;5)化學(xué)污泥:用化學(xué)沉淀法產(chǎn)生的污泥,又稱化學(xué)泥渣按處理過程分:1)廢水經(jīng)過一級處理產(chǎn)生的污泥稱為一次污泥;2)廢水經(jīng)過二級生化處理產(chǎn)生的活性污泥稱為二次污泥,又稱為剩余污泥;3)經(jīng)過三級深度處理產(chǎn)生的污泥則主要是化學(xué)污泥;4)廢紙造紙脫墨廢水一級處理產(chǎn)生的污泥稱為脫墨污泥。上述某幾種污泥的混合物稱為混合污泥。一次污泥的主要成分細(xì)小纖維較多;脫墨污泥含有大量油墨及各種雜質(zhì)、灰分等。造紙污泥由無機(jī)物和有機(jī)物組成,無機(jī)物主要來自制漿造紙過程所使用的化學(xué)品;有機(jī)物主要是纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素等。在造紙廢水處理過程中,廢水經(jīng)物化、生化方法處理后,其中的90%以上懸浮物被分離出來成為污泥。其中脫墨污泥有機(jī)物含量只有50%,而一次污泥則在80%以上。如此大量的污泥如果能夠合理利用就會變廢為寶,產(chǎn)生巨大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益2造紙污泥生物質(zhì)利用研究進(jìn)展2.1熱解制油熱解技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有很長的歷史,最早是用于煤和木材等的干餾,后來逐漸被用到石油裂解工藝。近十幾年來,熱解法又逐漸被應(yīng)用于固體廢棄物的綜合利用中,并被認(rèn)為是最有前途的固體廢棄物處理技術(shù)。有關(guān)污泥低溫?zé)峤饧夹g(shù)的最早報道可追溯到1939年,一項法國專利中, Shibata首次闡明了污泥的熱解處理工藝。到20世紀(jì)70年代,德國的科學(xué)家 Bayer和 Kutubuddin對該工藝進(jìn)行了深入研究,開發(fā)了污泥低溫?zé)峤夤に?流程如圖1所示4。污泥水“千燥“熱解“產(chǎn)品分離可燃炭保溫分液冷凝不凝結(jié)氣體圖1污泥低溫?zé)峤饬鞒蘁ig. 1 The pyrolysis process at a low temperature造紙干污泥中有機(jī)物占62%,可以進(jìn)行熱能資源化利用。對造紙污泥的元素分析表明,造紙污泥熱解廢氣及殘渣對環(huán)境沒有危害性污染5。污泥熱解主要產(chǎn)品為衍生油,作為能源的利用價值高,副產(chǎn)的可燃炭也有很高的利用價值。目前國內(nèi)外達(dá)到工業(yè)示范規(guī)模的生物質(zhì)熱解液化反應(yīng)器主要有流化床、循環(huán)流化床、燒蝕、旋轉(zhuǎn)錐、引流床和真空移動床反應(yīng)器等6。污泥熱解后90%以上的重金屬如Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ni、Pb及Zm等被轉(zhuǎn)移到固體半焦中。此外通過污泥熱解活化制備的吸附材料具有質(zhì)輕、多孔、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn),是目前較流行的應(yīng)用方式89賈相如等0采用流化床污泥熱解制油,在300~600℃進(jìn)行油孤察了污泥在不同熱解溫度下的熱解特性。結(jié)果表明,隨著反應(yīng)溫度的提高,殘?zhí)康漠a(chǎn)中國煤化工曾加,熱解油產(chǎn)率在300~500℃內(nèi)隨著反應(yīng)溫度的升高逐漸增加,在500℃CNMH隨連后逐漸減少;不凝結(jié)氣體主要由CO2CO、H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6和C3H3等組成,各成分隨反應(yīng)溫度的升高呈規(guī)律性變化;通過GC-MS聯(lián)用分析,對熱解油中的29種含量(峰面積百分比)大于1%的成分進(jìn)行了定第5期叢高鵬,等:造紙污泥生物質(zhì)資源化利用性分析,400℃時熱解油中酯類的含量(峰面積百分比)占絕對優(yōu)勢,而在600℃時,烯烴的含量(峰面積百分比)最多,各種組分的分布較400℃時均勻。2.2熱解氣化造紙污泥的主要成分是木質(zhì)素、糖類和鹽,均有一定的能量利用價值,尤其是木質(zhì)素和糖類。利用生物質(zhì)熱解氣化技術(shù),把低品位的造紙污泥轉(zhuǎn)化為高品位的可燃?xì)怏w,供工廠鍋爐或窯爐使用,達(dá)到節(jié)省燃料、減少污染的目的。該過程需要在高溫下進(jìn)行:通空氣時900~1100℃,通氧氣時10001400℃。多數(shù)情況下都是通入氧氣進(jìn)行氣化,這樣產(chǎn)生的氣體中含有55%~60%的N2,熱值為4~7MJ/m3。氣化過程能使煙氣體積大幅減小,因為氣化過程產(chǎn)生的CO2能與水反應(yīng),而且通入氧氣能避免產(chǎn)生N2。氣化處理污泥是一個新課題,因此文獻(xiàn)中報道不多。用于氣化的污泥可以是消化污泥也可以是未消化污泥,但必須經(jīng)過機(jī)械脫水。熱解和氣化在生物量中的差別在于操作溫度和氧氣量的控制。通常熱解需要較長時間停留從而達(dá)到炭質(zhì)量的最佳化。為了達(dá)到熱解和氣化反應(yīng)的最佳條件,熱氧化反應(yīng)需要有階段性或區(qū)域性。生物質(zhì)氣化反應(yīng)過程主要取決于氣化劑的選擇、氣化爐中反應(yīng)溫度和壓力的控制、物料的停留時間。根據(jù)氣化劑的不同分為空氣氣化、水蒸氣氣化、氧氣氣化、氫氣以及多種氣化劑的混合物氣化;根據(jù)氣化反應(yīng)器的不同又可分為固定床氣化、流化床氣化和氣流床氣化;根據(jù)催化劑使用情況分非催化氣化和催化氣化;還可以根據(jù)氣化反應(yīng)壓力的不同分為常壓氣化和加壓氣化技術(shù)(?？筛鶕?jù)對最終產(chǎn)品的選擇進(jìn)行確定,氣化技術(shù)能優(yōu)化氣體產(chǎn)品的產(chǎn)量,熱解技術(shù)能優(yōu)化炭重油和輕油的產(chǎn)量2。中國科學(xué)院廣州能源研究所通過建立一個集干燥、氣化、燃燒過程相結(jié)合的污泥氣化處理能量利用系統(tǒng)的過程模型,使污泥經(jīng)過“干燥—一在氣化裝置中氣化生成可燃性氣體產(chǎn)物一氣體燃燒”過程實現(xiàn)潔凈處理、能量回收利用。與傳統(tǒng)的焚燒方式相比,產(chǎn)生的可燃?xì)怏w可以有多種利用用途,如輸送到工廠鍋爐或窯爐中燃用,不必新增熱回收設(shè)備或?qū)υ绣仩t進(jìn)行投資改造,可節(jié)省大量投資;同時由于氣化燃燒過程可以利用余熱干燥廢渣污泥中的水分,而不必利用輔助燃料,降低運(yùn)行費(fèi)用;且熱解氣化處理過程中產(chǎn)生的氮、硫氧化物污染輕。氣化處理能量利用技術(shù)既解決造紙廢渣污泥直接排放帶來的環(huán)境問題,又充分利用其能源價值1。2.3水熱處理Yoshiaki等研發(fā)了一種污泥的水熱處理系統(tǒng),該方法是將污泥和溫度為150~300℃、壓力為1.5~3.0MPa的飽和蒸汽加入到密閉的容器中進(jìn)行反應(yīng),并攪拌,改善污泥的脫水和干燥性能,同時完成污泥的殺菌消毒和除臭過程。經(jīng)水熱處理的污泥可以通過機(jī)械方式很輕易地脫水50%~60%,半干污泥可以作燃料。在水熱處理過程中產(chǎn)生的分離液含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),可以作為肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。2.4制氫造紙污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì),利用生物技術(shù)和高溫?zé)峤饧夹g(shù)將污泥中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成燃料具有重要意義。目前國內(nèi)外學(xué)者研究的主要污泥制氫技術(shù)如表1所示表1污泥制氫技術(shù)Table 1 Hydrogen making from sludge方法名稱原理研究進(jìn)展相關(guān)文獻(xiàn)生物制氫利用微生物在常溫常壓下進(jìn)行酶催化反應(yīng)可大多數(shù)研究都集中在細(xì)胞和酶固定化技術(shù)上制得氫氣的原理進(jìn)行的。如探討產(chǎn)氫菌種的篩選及包埋劑的選擇等。[15]污泥通過熱化學(xué)方式轉(zhuǎn)化為高品位氣體燃?xì)庥?Newcastle大學(xué)的 Midilli采用高溫氣化高溫氣化制氫或合成氣,再分離出氫氣。需要加入活性氣化污泥的方法來[16]劑和水蒸氣體中氫氣體積中國煤化工水溫度和壓力均高于臨界溫度(374.3℃)和CNMHG超臨界氣化制氫臨界壓強(qiáng)2.05MPa),以超臨界水作為反應(yīng)介東京大學(xué)Yo氣化制氫反應(yīng)器。日本三菱公司在650℃、[17-19質(zhì)與溶解于其中的有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反25MPa的條件下反應(yīng),混合氣氫氣占60%。應(yīng)生成氫氣生物質(zhì)化學(xué)工程第45卷在以上幾種制氫技術(shù)中,生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低,能妥善解決能源與環(huán)境的矛盾,已成為國際上熱衷探索和研究的課題。造紙污泥有機(jī)質(zhì)含量高,水解產(chǎn)物主要是糖類,是生物制氫重要原料。 Levin等研究表明,脫木質(zhì)素的木質(zhì)纖維是較好的產(chǎn)氫基質(zhì)。污泥制氫技術(shù)在國內(nèi)外都是比較前沿的污泥能量利用技術(shù),但目前還僅僅處于探索起步階段,沒有實際的工程經(jīng)驗可借鑒,需要進(jìn)一步深入討論。在超臨界水中進(jìn)行污泥催化氣化,污泥的氣化率可達(dá)100%,氣體產(chǎn)物中氫的體積分?jǐn)?shù)甚至可以超過50%,且反應(yīng)不生成焦炭、木炭等副產(chǎn)品,不會造成二次污染,具有良好的發(fā)展前景92.5焚燒發(fā)電造紙污泥含有較高的熱能,焚燒不僅能實現(xiàn)污泥減量化,而且能消除臭味、殺死病原菌、寄生蟲和回收熱能。日本污泥的55%、美國污泥的25%和歐洲污泥的11%已用于焚燒發(fā)電)。我國污泥焚燒發(fā)電技術(shù)起步較晚,但已取得突破性進(jìn)展。目前污泥焚燒相關(guān)應(yīng)用方向詳見圖2。制鐵用保溫劑用于耐寒性瓦或瀝青屋面紙?zhí)炕D(zhuǎn)爐)用作活性炭或低級橡膠調(diào)料污泥屏蔽汽噪材料及不燃建筑材料特殊水泥材料及陶瓷原料→焚燒(流化床土壤改良劑造紙用填料及輕質(zhì)骨料圖2造紙污泥焚燒后資源化利用Fig. 2 The resource utilization of paper sludge after incineration2.6厭氧消化目前,厭氧消化技術(shù)是處理剩余污泥的主要技術(shù)之一。傳統(tǒng)的厭氧消化存在消化速率低、停留時間長(需20~30d)及產(chǎn)氣率低等不足24,限制了厭氧消化技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。為提高剩余污泥的厭氧消化效率。對剩余污泥中微生物細(xì)胞進(jìn)行破解。使其中的有機(jī)物進(jìn)入水相,從而有利于微生物對有機(jī)物的進(jìn)攻、利用和降解。近年來,國內(nèi)外學(xué)者針對剩余污泥預(yù)處理方法和效率展開了廣泛的研究,主要預(yù)處理手段包括超聲波、熱解、微波、超臨界氧化、加堿法及其它方法組合而成的預(yù)處理工藝方法等。這些方法均可以有效破壞剩余污泥組分的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞壁,使絮體中胞內(nèi)外有機(jī)物不同程度地溶出并進(jìn)人液相,促進(jìn)污泥的水解過程。在生物處理的各種方法中,厭氧消化能量收益高且對環(huán)境影響較小。厭氧消化一般在(35±5)℃下即可進(jìn)行。在這種條件下,大約50%的有機(jī)物被厭氧生物降解,生成沼氣?，F(xiàn)代工藝是在電腦化控制的反應(yīng)容器內(nèi),根據(jù)處理物的各種不同條件隨時對容器里的厭氧環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié),達(dá)到充分利用自然界普遍存在的微生物,參與有機(jī)物化逐級發(fā)酵降解、水解、酸化、氣化,最終實現(xiàn)甲烷化。發(fā)酵產(chǎn)物沼氣中主要是氣態(tài)的甲烷和二氧化碳,將其收集后用作清潔燃料。另一方面,甲烷氣體溫室效應(yīng)是一氧化碳的22倍。所以,在處理污泥等廢棄物的同時,采集、利用含甲烷達(dá)50%左右的沼氣并加以利用,除具有經(jīng)濟(jì)效益外,對減輕溫室效應(yīng)具有重大意義。排出的殘渣(約為原污泥總量的40%左右)中含有聚合物腐殖酸,可作城市綠化的基肥、土料。厭氧發(fā)酵/工業(yè)化制氣的主要優(yōu)點(diǎn)是資源化程度高,產(chǎn)生高熱值沼氣的同時生產(chǎn)了有機(jī)肥料。針對造紙污泥的特點(diǎn),厭氧發(fā)酵/工」中國煤化工分廣泛的應(yīng)用前景。THCNMHG2.7農(nóng)用27.1堆肥造紙污泥中除含有大量的細(xì)小纖維外,還含有豐富的有機(jī)質(zhì)、N、P、K等養(yǎng)分以及微量元素。造紙污泥的重金屬含量比城市污泥的低,不會導(dǎo)致重金屬污染,所以造紙污泥是一種良好的肥料資第5期叢高鵬,等:造紙污泥生物質(zhì)資源化利用源231。劉賢森等0對安徽山鷹紙業(yè)污水處理工藝改進(jìn)前污泥SS1和改進(jìn)后污泥SS2進(jìn)行了重金屬研究,并與國家標(biāo)準(zhǔn)GB4284-1984《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定最嚴(yán)格的酸性土壤重金屬離子最高含量進(jìn)行比較詳見表2。同時堆肥是一個腐殖化的過程,有機(jī)質(zhì)在微生物的作用下進(jìn)行礦化分解,同時合成新的更穩(wěn)定的有機(jī)物。此過程中廢棄物中重金屬活性被鈍化,有效降低其生物有效性。通過園林綠地施用污泥堆肥對環(huán)境的影響以及污泥用于農(nóng)田、綠化、園林等研究,結(jié)果表明:造紙污泥堆肥綜合利用具有合理性、科學(xué)性。常見流程見圖3。近些年還研究了造紙污泥顆粒有機(jī)肥的生產(chǎn)工藝,如圖4。劉勃等利用堿法草漿造紙企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物經(jīng)堆肥處理后復(fù)配造粒生產(chǎn)出一種有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥,并進(jìn)行了農(nóng)田試驗。結(jié)果表明:該有機(jī)-無機(jī)復(fù)混肥可有效提高作物產(chǎn)量,改善作物品質(zhì),并對土壤具有顯著的改良作用。表2污泥中重金屬元素與國家標(biāo)準(zhǔn)對比Table 2 The heavy metal elements in sludge compared with the level in national standard元素 elementSS1/(μgg-1)s2/(μg·g-1)國家標(biāo)準(zhǔn)/(Hg·g1)national standard3009384526Pb50150示污泥中未檢出或國家標(biāo)準(zhǔn)中未限定。一 means no detection or restriction in the national standard堆肥自動監(jiān)控系統(tǒng)」污泥(含水率%左右)—發(fā)酵池堆肥}→有機(jī)肥料通風(fēng)設(shè)備圖3造紙污泥堆肥工藝流程Fig 3 The compost process of paper sludge粉碎、計量一想出,圍一“通材一“干一色裝計圖4造紙污泥顆粒有機(jī)肥生產(chǎn)工藝流程Fig 4 The making process of particle organic fertilizer from paper sludge利用經(jīng)過好氧厭氧交替堆肥得到的造紙污泥堆肥作為農(nóng)業(yè)肥源,土壤和作物的重金屬含量均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在短期內(nèi)不會帶來土壤重金屬污染風(fēng)險。但脫墨污泥中含有少量重金屬元素,在土壤中會造成積累和污染。因此建議使用者在專家指導(dǎo)下定量施用并定期對土壤進(jìn)行抽樣檢測以確保施用的效果以及土壤不會發(fā)生逆向變化。2.7.2制土壤改良劑造紙污泥土壤改良劑不僅能大幅度提高作物對N、P養(yǎng)分的吸收,而且能降低土壤容重,增加土壤有效磷含量,減少銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化,具有一定的保肥抗淋失作用,污泥改良劑的應(yīng)用有利于土壤生態(tài)環(huán)境改善。中國煤化工李慧菊等進(jìn)行了造紙廢泥田間試驗,分析結(jié)果表明造紙廢泥CNMH(物需要的營養(yǎng)元素,對植物生長無毒,也不會對生態(tài)環(huán)境造成污染,是一種理想的有機(jī)肥源。王德漢等ω3利用造紙污泥堆肥研制出顆粒狀土壤改良劑,并進(jìn)行了菜心、玉米盆栽試驗及大田玉米試驗,結(jié)果表明,土壤改良劑不僅能促進(jìn)菜心、玉米生長,提高N、P養(yǎng)分吸收,而且能降低土壤容重生物質(zhì)化學(xué)工程第45卷增加土壤有效磷含量,有一定的保氮作用,造紙污泥土壤改良劑不會造成土壤與農(nóng)產(chǎn)品污染。2.7.3制有機(jī)生物飼料蚯蚓可以吞食造紙污泥,分解出有機(jī)肥料。山東亞太森博公司利用蚯蚓處理造紙污泥,消化后的蚯蚓糞肥效和農(nóng)用肥相當(dāng),可以廣泛用于農(nóng)作物、園藝花卉、草坪及市政綠化等。江蘇常熟市尊龍農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖技術(shù)有限公司養(yǎng)殖蚯蚓吞食造紙污泥,其糞便轉(zhuǎn)化成飼料。1條蚯蚓毎年的繁殖能力達(dá)20萬條之多。1條蚯蚓每天可以處理0.3g的造紙污泥,通過蚯蚓消化分解造紙污泥其糞便很快轉(zhuǎn)化成為有機(jī)生物飼料。這些有機(jī)肥料隨即被送往附近的畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖對比示范基地,用來喂養(yǎng)雞、鴨、鵝、羊等畜禽。2.8制活性炭及吸附劑吸附法是治理環(huán)境污染的一種有效的方法,具有適用范圍廣,能夠吸附環(huán)境中的微量污染物且處理效果好的優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴坑捎谄涓叩奈叫阅苁且环N非常有用且常見的吸附劑。但是制備商品活性炭的原材料相對比較昂貴,導(dǎo)致活性炭的生產(chǎn)成本較高。幾乎所有含碳的物質(zhì)均可用來作為制備活性炭的原材料。鑒于造紙污泥中含有豐富的有機(jī)碳成分,客觀上具備了被加工成含炭吸附劑的條件,在一定的高溫?zé)o氧條件下以污泥為原料可以制得含碳吸附劑。國內(nèi)外學(xué)者對污泥含炭吸附劑的制備及應(yīng)用進(jìn)行了一些實驗室研究。在不同的制備方法中,化學(xué)活化法制備的吸附劑的吸附性能最好。在化學(xué)活化法中活化劑的種類、濃度、熱解溫度、熱解時間、升溫速率等對產(chǎn)品性能的影響較大。由于污泥含炭吸附劑中含有金屬氧化物致使其不但可以作為吸附劑,同時也是良好的催化劑,應(yīng)用于氣相中H2S的去除,液相中重金屬、色度及其他有機(jī)物的去除均取得了一定的效果。具體制備方法及主要參數(shù)如下28.1直接熱解法33在電阻爐中通入N2,熱解溫度450~950℃,恒溫時間30~180min,處理得到粉末狀吸附劑。制得吸附劑BET比表面積并不高,僅為15.3-141m2/g2.8.2混合熱解法33}采用污泥與其他固體廢物混合原料,熱解溫度通常為500~950℃,持續(xù)時間30~120min。制得吸附劑的BET比表面積較高,主要取決于其他固體廢棄物的碳含量以及混合比例2.8.3氣體活化法卾切先將污泥直接高溫?zé)峤?然后通入活化氣體再次熱解,活化氣體包括COO2、水蒸氣等。制得吸附劑的BET比表面積為62-269m2/g,比污泥直接熱解制得吸附劑的BET比表面積高。28.4H2sO4活化法““污泥在不同濃度H2SO4溶液中浸漬24-48h,通入N2熱解制得吸附劑。熱解溫度為440~950℃,以650℃居多,持續(xù)時間30~180min。污泥來源不同,制成吸附劑的BET比表面積也不相同。采用H2SO4活化法制成的吸附劑比污泥直接熱解和氣體活化法制得的效果好很多。28.5ZnCl2活化法“粉末狀干污泥用1~7 mol/L AnCI2溶液浸漬24~48h,在450~950℃(一般650℃)熱解,持續(xù)時間30min。但由于這種吸附劑在使用過程中還會有鋅離子溶出,因此大大限制了其研究和應(yīng)用。28.6微波法46采用微波作熱源,按質(zhì)量比1:115添加濃度為30%的活化劑ZnCl2于處理過的干污泥中,在640W功率的微波輻射下,熱解360s。污泥吸附劑性能良好,其碘吸附值達(dá)388.92mg/g。此外美國依利諾斯工藝技術(shù)研究所成功地開發(fā)出了用造紙污泥生產(chǎn)活性炭和催化劑的炭載體材料。該項工藝是將造紙廠污泥干燥,搗碎后與ZnO混合,在一定溫度下活化,ZnO與加熱降解的纖維素結(jié)合,形成一種多孔的結(jié)構(gòu)物,ZnO還可以作為干燥劑促進(jìn)含碳材料的分解。上述處理后的多孔材料再經(jīng)紫外光和水蒸氣處理,使其表面氧化,然后在800℃N2環(huán)境下熱分解得到最終產(chǎn)品。造紙污泥生物質(zhì)資源化利用方法對比中國煤化工2.9.1熱解制油及氣化利用污泥中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性,在CNMHⅡ熱干餾,使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解,經(jīng)冷凝后產(chǎn)生利用價值較高的燃?xì)?、燃油等。月m共易陽付、勿爛棚及使用方便等特點(diǎn),給污泥的無害化、減量化資源化提供了有效途徑。但設(shè)備要求高,基礎(chǔ)投資大,成本高,目前經(jīng)濟(jì)效益低第5期叢高鵬,等:造紙污泥生物質(zhì)資源化利用432.9.2水熱處理污泥加入到150~300℃、壓力1.5~3.0MPa的飽和蒸汽的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)并進(jìn)行攪拌,改善污泥的脫水和干燥性能,同時完成污泥的殺菌消毒和除臭過程。經(jīng)水熱處理的污泥機(jī)械脫水性能提高,達(dá)到50%~60%,半干污泥可以作燃料。水熱處理產(chǎn)生的分離液含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),可作為肥料用于農(nóng)業(yè)。但目前工程化經(jīng)驗較少,技術(shù)路線還不夠完備,需要與其它技術(shù)相結(jié)合。2.9.3制氫目前主要包括污泥生物制氫、污泥高溫氣化制氫以及污泥超臨界氣化制氫等。能生成清潔能源。不會造成二次污染,其中生物制氫技術(shù)反應(yīng)條件溫和、能耗低。該技術(shù)目前處于起步階段,沒有實際工程經(jīng)驗可借鑒,需要進(jìn)一步探討2.9.4焚燒發(fā)電利用造紙污泥熱值較髙的特點(diǎn),作為鍋爐燃料與其他燃料混合燃燒,利用熱量的同時生成的造紙污泥灰分(PSA)可以用作建材及其它應(yīng)用材料。造紙污泥含有較高的熱能,焚燒不僅能實現(xiàn)污泥減量化,而且能消除臭味、殺死病原菌、寄生蟲和回收熱能。但污泥干化及脫水過程能耗較高,提高了發(fā)電成本,PSA后續(xù)利用缺乏標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)2.9.5厭氧消化預(yù)處理技術(shù)對污泥中微生物細(xì)胞進(jìn)行破解,有利于有機(jī)物進(jìn)入水相,提高微生物對有機(jī)物發(fā)酵產(chǎn)氣效率。該技術(shù)投資少,經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯,設(shè)備要求不高,工程經(jīng)驗足。但傳統(tǒng)方法生產(chǎn)周期長,產(chǎn)品品質(zhì)難控制。29.6農(nóng)用利用造紙污泥毒性低、有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn),利用堆肥、動植物生態(tài)利用等途徑實現(xiàn)資源化利用。能很好的實現(xiàn)造紙污泥的無害化和資源化利用,操作成本低,環(huán)境效益高。但在土壤改良劑等直接農(nóng)用方面的毒理需長期監(jiān)測。產(chǎn)品化生產(chǎn)不規(guī)范。2.9.7制活性炭及吸附劑利用造紙污泥熱值較高、有機(jī)質(zhì)含量高的特點(diǎn),進(jìn)行不同方法的熱解、炭化及活化制備具有吸附性能的炭材料。參照常規(guī)活性炭制備方法,技術(shù)成熟多樣,產(chǎn)品吸附性能較好,資源化利用徹底,是變廢為寶的好方法。但主要問題在于污泥前期干化、熱解耗能高,工程化設(shè)備要求高。3展望世界上許多國家在大力研究造紙污泥處理處置技術(shù),現(xiàn)代高溫污泥熱解與污泥油化技術(shù)已經(jīng)在國外應(yīng)用,但運(yùn)行成本普遍較高。污泥制氫技術(shù)比較前沿,目前還處于探索起步階段,沒有實際的工程經(jīng)驗可借鑒,需要進(jìn)一步深入研究。超臨界水氣化制氫技術(shù)具有良好的環(huán)保優(yōu)勢和應(yīng)用前景,具有生物質(zhì)氣化與能量高轉(zhuǎn)化率、有機(jī)物無害化、產(chǎn)品品位高等優(yōu)點(diǎn)。而污泥制活性炭等吸附材料的開發(fā)則具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙重效益,目前國內(nèi)許多研究機(jī)構(gòu)都在積極進(jìn)行探索,中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所在生物質(zhì)資源利用研究方面在國內(nèi)頗具影響力,目前也正致力于造紙污泥制備活性炭、熱解等生物質(zhì)利用技術(shù)的研究開發(fā)。多年來,我國造紙污泥主要用于農(nóng)林行業(yè)有機(jī)肥建材行業(yè)制磚、水泥陶粒等。造紙污泥作為重要的生物質(zhì)資源,今后應(yīng)著重解決以下幾方面的問題:3.1造紙污泥含水率很高,一般脫水后仍在75%以上。當(dāng)前需要解決的技術(shù)關(guān)鍵是,如何用較低的成本,將脫水污泥進(jìn)一步處理至含水50%以下,將十分有利于運(yùn)輸和生物質(zhì)資源化利用。應(yīng)著重加強(qiáng)超聲波、毛細(xì)吸附、電絮凝強(qiáng)化脫水、水熱處理等污泥強(qiáng)化脫水技術(shù)以及太陽能、造紙廠余熱在污泥干化方面的應(yīng)用,降低污泥生物質(zhì)資源化預(yù)處理的成本32造紙污泥中存在大量微生物及某些污染物,在農(nóng)用、制備新型材料等資源化應(yīng)用中有害物質(zhì)的固定、遷移轉(zhuǎn)化、毒理學(xué)研究等,都是將要重點(diǎn)研究的問題。3.3造紙污泥生物質(zhì)能源化技術(shù)工程實例較少,目前主要是簡單的作為鍋爐燃料與煤等混合燃燒,如何降低污泥熱解、制氫等技術(shù)的運(yùn)行成本,解決關(guān)鍵的設(shè)備和連續(xù)化中國煤化工污泥資源化應(yīng)用的重要問題。CNMHG造紙污泥作為一種新型的生物質(zhì)資源化利用不僅能夠解決污泥處理處直的環(huán)境叫趣,史能產(chǎn)生定的經(jīng)濟(jì)效益,具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。生物質(zhì)化學(xué)工程第45卷參考文獻(xiàn)[冂]陳江,黃立維,顧巧濃.造紙污泥熱解特性及動力學(xué)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),200629(1):87-89[2 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