汙泥摻混製備生物質燃料技術現狀與發展前景
為了減輕市政汙泥對環境的汙染，實現汙泥的資源化利用，闡述了國內外汙泥處置的現狀，介紹了汙泥與煤摻混製備汙泥水煤漿、與煤(半焦)摻混製備成型燃料以及與植物秸稈摻混造粒製備燃料製備生物質燃料的研究現狀。
結果表明，汙泥製備生物質燃料可以充分利用汙泥中有效熱值，既可以代替少量煤炭，還為汙泥合理利用提供有效的技術途徑。分析了汙泥製備生物質燃料還存在規模小、能耗高、工藝複雜以及燃料熱值低等問題，同時針對這些問題提出了應加強汙泥深度改性製備高濃度燃料水煤漿、汙泥與燃料秸稈造粒及汙泥與煤(半焦)製備成型燃料所用高效黏結劑的開發、汙泥在成型前的脫水幹燥、成型燃料的防水處理以及汙泥製備生物質燃料的工業化等方麵的研究，以加速汙泥製備生物質燃料的工業化應用。
引言
城市汙泥是汙水廠在處理城市生活汙水和工業廢水過程中產生的帶有大量汙染物的汙水處理副產物。隨著我國汙水處理率快速增長及由此帶來的汙泥產量迅速增加，市政汙泥已達年3000萬t以上(含水率80%)。從外觀上看，城市汙泥是呈黑色或黑褐色的流體狀、半流體狀或泥餅狀的絮凝體。
特點是含水率很高，可達25%~98%，體積龐大，成分複雜。汙泥中含有泥砂、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物，含有大量的有機物質(主要為苯、氯酚等)、有毒有害重金屬、病原微生物、寄生蟲卵、鹽類以及放射性核素等難降解物質，對環境造成嚴重汙染。目前國內外對汙泥的處理方法以填埋為主，但日益增長的汙泥產量不僅占用土地，也對地下水質造成汙染;焚燒減量明顯，是國際上汙泥處理的方向之一，但建設焚燒爐初次投資大、運行成本高。因此，如何對城市汙泥進行有效處理與處置，是急需解決的問題。
由於汙泥含有的大量有機物具有一定熱值(幹基高位熱值為8~10MJ/kg)和豐富的氮、磷、鉀等營養物質，將汙泥進行資源化利用，對實現汙泥減量化、穩定化、無害化具有重要意義。目前開發的汙泥資源化利用方式主要有作為土地利用、建材利用和製備生物質燃料3種，其中製備生物質燃料就是將汙泥與工業、農業廢棄物或清潔燃料摻混製成熱值較高的燃料用於鍋爐燃燒，是汙泥資源化利用的主要方式。汙泥製備生物質燃料主要是利用汙泥具有較低的熱值不能直接燃燒的特性，將其與可燃物混合製備生物質燃料作為能源使用，既充分利用了汙泥的熱值，又有效降低汙泥處理的成本，是汙泥無害化、資源化的有效途徑。
為此，國內外學者對汙泥的製備生物質燃料進行了大量的研究。國外汙泥主要用於土地利用、填埋和焚燒，資源化利用較少，國內對汙泥的資源化利用剛剛起步研究。因此，本文綜述了國內外汙泥處置的現狀，介紹了汙泥製備生物質燃料的研究現狀和存在問題，提出了汙泥製備生物質燃料的發展方向。
一、國內外汙泥處置現狀1.1國外汙泥處置現狀目前國外對汙泥處理方法主要有農業利用(肥料、飼料)、填埋、幹化焚燒和填埋投海等。西方發達國家經濟雄厚，技術先進，汙泥處理程度較高，例如，西歐主要以間接熱幹化為主，美、英以填埋、農用為主，而日本主要采用焚燒。歐洲如德國、荷蘭等國建有大型汙泥預幹化廠，預幹化的汙泥含水量達60%後，進入電廠焚燒或堆肥農用，實現能源再利用。據統計，目前世界上7個發達國家的汙泥處置中，土地利用占9%~54%，填埋占16%~55%，焚燒占15%~55%，其他占0~8%。日本在1999—2008年間，下水汙泥產量以及相應的處理與處置方式所占比例的變化如圖1所示。
日本汙泥的處理與處置方式分為處置(填埋露天堆放、其他處置方式)和資源化利用(建材、農田、綠地、燃料)2類。日本資源和能源缺乏，非常重視汙泥的資源化和能源化利用，因此，近年來資源化利用的比例上升較快，到2008年達到了77.9%。主要是將汙泥中的有機成分用於農業綠地(肥料和土壤改良劑)和能源化(生物質氣體、固體燃料化等)利用，無機成分則用於建材利用。
於2010年建成了5t/d的低成本汙泥發電技術[1]。1.2國內汙泥處置現狀在我國，由於經費和技術的原因，目前汙泥尚無合理的出路，還是以填埋、堆放為主。據統計，中國汙泥處置現狀是：農用占44.8%，填埋占31%，其他占10.5%，未處置占13.7%。有資料表明，建成的汙水處理廠中90%以上沒有汙泥處理的配套設施。在一些地方，由於濫用汙泥，致使重金屬、有機物以及病蟲害等直接危及人體健康，造成對環境的二次汙染。
由於填埋不僅造成土地緊張，還對土地、海洋資源造成汙染，因此汙泥填埋所占的比例正逐年下降。焚燒減量明顯，是國際上汙泥處理的方向之一，但汙泥自身熱值較低，通常不能直接燃燒，目前存在投資、運營成本高以及汙染環境等問題[2]，仍處於起步階段。隨著環保政策的日益嚴格，國內也在嚐試汙泥的資源化利用，包括將汙泥適當處理後作為土壤改良劑和堆肥等土地利用，作為製磚、水泥和新型材料等建材利用以及作為燃料、發電、造氣等能源化利用。利用汙泥的超細顆粒和有一定熱值的特性，將汙泥與農業廢棄物如秸稈、煤炭等摻混製備生物成型燃料或燃料水煤漿，是汙泥燃料化的有效利用方式。
二、國內汙泥燃料化技術現狀隨著汙泥產量的迅速增加及對環境產生的惡劣影響，汙泥資源化利用日益受到關注。近年來國內相關學者對汙泥製備生物質燃料進行研究，主要有汙泥與煤、農業廢棄物秸稈混合製備成型燃料、汙泥與煤混合製備燃料水煤漿等。由於這方麵的研究剛剛起步，因此，大多停留在實驗室研究階段。
2.1汙泥與煤、農業秸稈混合製備成型燃料技術汙泥自身水分高、熱值低，直接燃燒困難，將汙泥與煤、農業廢棄物混合直接燃燒或成型燃燒是改善汙泥燃燒特性的行之有效的方法。為了解汙泥與農業廢棄物的燃燒特性，武宏香等[3]采用熱天平反應裝置，研究了煤、木屑和汙泥混合物的著火溫度、燃燼溫度等燃燒特性，結果表明，汙泥單獨燃燒性能較差，加入煤或者木屑共同燃燒時，其綜合燃燒特性指數增加，燃點提高，燃燼溫度下降，燃燒性能得到改善，證明汙泥與生物質廢棄物混合燃燒是汙泥資源化利用的好方式。
張長飛等[4]將含水率為80%左右的2種汙泥與煤和木屑混合用壓濾機在一定壓力下製備成具有一定強度和熱值的汙泥成型燃料，並對成型燃料進行熱重試驗。結果表明，2種汙泥成型燃料熱解過程均為幹燥階段、揮發分析出階段、燃燒階段及燃燼階段。木屑與汙泥製備的成型燃料燃燒速率最大溫度比汙泥與煤粉製備的成型燃料低約100K。汙泥與秸稈、適量添加劑混合後製備成型燃料的目的是提高燃燒熱值及熱能。成型時需要添加多種添加劑，主要由使成型燃料易於著火的引燃劑、改善成型燃料孔隙率的疏鬆劑、促進碳粒完全燃燒的催化劑、保證成型燃料固化效果的固化劑以及減少成型燃料燃燒中臭味汙染的除臭劑等[5]。