污泥碳化的机理

1污泥的组成

污泥的干物质主要由有机物和无机物两部分组成。有机部分主要来源于活性污泥中的微生物，除此以外还有大量的难以生化处理的有机物，但是含量减少。微生物主要组成是蛋白质、脂肪、碳水化合物，例如天津某污水处理厂污泥有机物中碳水化合物占49.27%；脂肪占10.29%，蛋白质占40.14%。

2有机物的水解反应

碳水化合物、脂肪、蛋白质在一定的条件下都可以水解:

碳水化合物 水→单糖(葡萄糖等)

脂肪 水→甘油 高级脂肪酸

蛋白质 水→氨基酸

含氯化合物在强碱条件下也可发生水解，例如：

CH₃CH₂Cl H₂O→CH₃CH₂OH HCl

此外，研究表明除了有机物的溶解，当加热到一定的温度时，无机物中的部分物质也会溶解在水溶液中。

3污泥碳化的反应过程

(1)反应过程描述;

污泥中的物质大都是以微生物的形式存在，微生物的细胞壁和细胞膜主要是由脂类和蛋白质类物质组成。加热污泥时，当达到合适的温度时，组成细胞壁和细胞膜的脂类和蛋白质水解，细胞开始破裂，细胞内的有机物扩散到细胞外，水分也从细胞中脱离。此时，80%含水率的污泥开始转变成液态，污泥变成了泥水。

从细胞内扩散到水中的有机物不是都可以溶解在水中的，只是一部分溶解，溶解的这部分有机物发生水解反应，如脂肪水解成甘油和脂肪酸；碳水化合物水解成小分子的多糖甚至单糖；蛋白质水解成多肽、氨基酸。由于发生水解反应，溶解的有机物质量减小，原来未溶解的有机物可以再溶解一部分。反应时间越长，固体部分就越少。

(2)碳化后污泥性状发生改变

由于有机物的溶解、水解，微生物的细胞结构被破坏，污泥颗粒变小，结合水、毛细管水存在的条件不复存在，污泥的粘度变小，污泥流动性提高。 蛋白质，碳水化合物由高分子化合物变为小分子的单体，分子量变小，这也有助于体系粘度的减小。

随着污泥性状发生改变，碳化后的泥水经过常规脱水后，含水率可达到40%以下，并且，在一般堆放条件下，污泥极易风干，污泥最终含水率可进一步降低至10～20%。

(3)减少有害气体的产生

高温高压下，氨基酸也可能发生降解反应，例如，蛋白质水解生成的氨基酸会继续反应生成挥发性脂肪酸、CO₂、NH₃。

脂肪水解生成的脂肪酸和氨基酸反应生成的脂肪酸可发生脱羧反应：

R-COOH→RH CO₂

由于上述反应的发生，污泥经过处理后，会产生少量气体，干物质质量会变小。反应产生的气体一般以CO₂为主，占90%以上。

(4)有机氯代物的除去

在强碱条件下，污泥中含有的有机氯化物也发生水解，氯元素以离子状态的形式存在水溶液中，可以随上清液排出，减少了碳化物中氯的含量。

(5)碳化物热值

由于原污泥干物质中仅有少部分有机物溶解、发生水解反应，而产生的CO₂不带走能量，有机物得到保留，反应得到碳化物有较高的热值。

碳化后的污泥可直接焚烧，不需添加任何辅助添加燃料。且焚烧过程中，由于氯离子的减少，焚烧时不会产生二噁英，不会对大气造成污染。

4温度和压力对污泥碳化的影响

有机物在水中的溶解度一般随着温度的升高而升高。因此温度越高，细胞破裂得越污泥颗粒在水中的溶解度越大，从而细胞受到的破坏越大。例如170℃加热30min，细胞的结构就会受到破坏，污泥颗粒由原有较大的细胞变为较小的细胞；190℃加热30min，污泥颗粒会变得更小。

碳化反应的温度越高，时间越长，产泥量越少。

经过反复试验，的反应温度是260℃。反应时间是10～15min。

由于污泥浊碳化过程中，污泥始终处于高温高压下，没有蒸发过程，因此比干化需要的能耗要低1/4～1/5。同时，由于碳化是在全密闭的条件下进行裂解反应，极大限度地保留了污泥中的可利用成分。这也是碳化后的污泥为什么可以直接燃烧的主要原因。

污水厂泥区

裂解液

脱水泥饼