污泥微波热解与传统热解过程硫转化途径解析

权 熙，张 军，尹琳琳，左 薇，张 杰

（城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150090）

译者：权 熙；审查： 张 军；单位：哈尔滨工业大学

1 研究亮点

*微波热解和传统热解污泥过程中，均发现硫醇、脂肪族含硫化合物和芳香族含硫化合物生成H2S 的相似路径；

*与微波热解相比，污泥传统热解H2S 产率大幅增加主要归因于焦油中芳香族含硫化合物和噻吩类含硫化合物的二次裂解，两者产率分别提高了10.4%和11.3%；

*500～800 ℃时，微波热解促进固体焦中硫的积累，同时减少了H2S 产率。

2 背景

当前，我国污泥存量巨大且其产生量仍以5%～10%的幅度递增，污水污泥安全处理与处置已成为影响污水处理行业发展的重要环境问题之一。污泥热解是在隔绝空气的情况下对污泥进行加热，将污泥转化为可回收利用的热解油、热解气以及固体焦过程。在温度超过650 ℃时，污泥热解的优势产物是热解燃气，其中H2+CO 含量达到热解气体总量的53%～72%。然而，热解气体中H2S 的存在影响了热解气的资源化利用且降低了燃气品质，必须去除。基于课题组前期研究成果，本研究通过分析不同热解温度下污泥含硫化合物在气液固三相分配行为，以揭示微波热解和传统热解两种不同热解方式下污泥释放H2S 的反应机理；同时利用生石灰共热解方式进行H2S 捕获固定，解析了钙基物质对H2S 的原位控制机制。

3 研究方法

通过间歇运行自主设计搭建的微波热解装置，运用XPS、GC-MS、GC、FTIR、SEM 等方法定性/定量表征不同热解条件下，污泥三相产物中的含硫物质种类及含量；通过构建各相产物中含硫物质与热解温度的关联体系，得到污泥含硫物质与H2S 生成之间的转化规律；并通过生石灰与污泥混合共热解的方法，实现对H2S 的原位固定。

4 主要研究结果

在微波热解和传统热解过程中均发现了如下3 条相似的H2S 转化途径：300 ℃以下，污泥中不稳定的硫醇结构裂解释放H2S；300～500 ℃，焦油中脂肪族含硫化合物分解形成H2S；500～800 ℃，热解油中芳香族含硫化合物开环裂解产生H2S。其中，在传统热解700 ℃以上温度发生噻吩类含硫化合物的二次裂解，而该途径在微波热解过程未发生。对比微波热解和传统热解条件下H2S 产率发现：在500～800 ℃下，微波热解可有效促进固体焦中硫的积累并减少气态H2S 的产率；传统热解过程中H2S 产率的显著提高主要归因于芳香族含硫化合物和噻吩类含硫化合物的分解，研究发现两者产率分别增加了10.4%和11.3%。此外，通过污泥与生石灰共热解，发现CaO 与H2S 形成CaS 类物质进而实现气态含硫化合物向固态含硫化合物转化，同时微波热解抑制了噻吩类含硫化合物在高温下的二次裂解，两者共同实现了生物气中含硫物质的去除。

5 结论与展望

本研究系统分析了污泥微波热解和传统热解条件下，热解三相产物（固体焦、液态焦油和生物气）中含硫物质的转化规律，解析了两种热解条件下H2S 的生成机理，揭示了微波热解污泥过程H2S 的原位控制机制。未来应致力于开发污染气体的综合处理技术以及热解产物的多元利用技术，最终实现污泥无害化和资源化处理技术的工程应用。