规模化粪池污泥热解及与农业废弃物共热解的资源回收和生物炭特性分析

Benedict C.Krueger，Geoffrey D.Fowler，Michael R.Templeton，Berta Moya

（1. 英国帝国理工学院土木与环境工程系，英国 伦敦 SW7 2AZ；2. 美国康涅狄格州Biomass Controls LLC 公司，美国 伍德斯托克）

译者： 赵玉莹，程世昆；审查： 李子富；单位： 北京科技大学环境科学与工程系

1 研究亮点

*首次对规模化粪池污泥制备生物炭进行了全面研究；

*生物炭具备作为固体燃料和土壤改良剂的应用潜力；

*化粪池污泥制备生物炭可以完全杀死病原体并且使重金属部分稳定化；

*化粪池污泥和农业废弃物共处理提高了生物炭的理化特性。

2 背景

生物炭是由有机原料在缺氧或无氧的条件下，经高温热解（350～800 ℃） 制备的一种类似木炭的材料。同时，热解作为一种有效可行的废物资源化方法，在市政污泥和粪便的处理方面也有应用。尽管近年来有很多科学家已经研究了一些化粪池污泥的热化学处理技术，包括燃烧、气化、水热碳化，也特别指出了化粪池污泥制备生物炭的可行性，但这方面的研究仍然比较缺乏。化粪池污泥含水率高，热解过程的能源效率较低，选择一些富含碳的废弃物（甚至塑料） 共热解可以改善这一情况。迄今为止，有关化粪池污泥制备生物炭的研究只局限于实验室阶段，因此，对规模化的化粪池污泥资源化回收处理技术进行论证和研究十分必要。

3 研究方法

研究样品取自印度泰伦加纳邦的Warangal 粪便处理厂和安得拉邦的Narsapur 粪便处理厂。采用对照试验，化粪池污泥单独热解作为对照组，以0.3 kg 生物质颗粒燃料与1.0 kg 粪便污泥干基的比例混合共热解作为试验组，对比分析所得生物炭的特性。其中，生物质颗粒燃料由农业废弃物加工而来。通过增量式横流取样，连续4 d 每天采集3 个样品。采用热重分析法，探究原料的热解特性；通过比较试验组与对照组生物炭的理化性质，论证化粪池污泥与富含碳物质共热解的可行性；通过测定生物炭的pH、碳酸钙当量和营养成分，评估生物炭的农用价值；对比重金属迁移率的变化，分析生物炭对重金属的固定作用；通过分析生物炭的粒径分布和结构特性，确定原料组成和工艺流程对产品性能的影响。

4 主要研究结果

生物炭的热值受到高灰分含量的限制，但Narsapur 粪便处理厂污泥制得的生物炭平均热值高达14.9 MJ/kg，凸显其作为固体燃料的潜力。Warangal 粪便处理厂污泥制得的生物炭碳酸钙当量为20.1%，非常适合改良酸性土壤。化粪池污泥中的重金属富集在生物炭中，但是其迁移率显著降低，特别是铜和锌，分别降低了51.2%～65.2%和48.6%～59.6%。化粪池污泥与富含碳的废弃物共热解可以影响生物炭的特性，例如营养物质的富集、固定碳的含量和产出更多固体燃料。

5 结论与展望

本研究首次报道了化粪池污泥规模化制备生物炭的综合研究结果，分析了原料及所制备生物炭的特性，评估了其作为土壤改良剂和固体燃料的可行性。研究结果为化粪池污泥基生物炭的最终用途提供了初步证据，但未来仍需加强对生物炭中可能存在的有机污染物和其作为固体燃料及土壤改良剂的实际应用方面的研究。