污泥微波与等离子体处理技术

由于高湿物料的干燥和卫生学指标问题，传统的加热方法来处理污泥不但热效率低，而且由软至极硬的过渡段很窄，污泥受热不均匀，导致污泥结块，表面极硬，难以粉碎，干燥效果相当不好。微波与等离子体加热就是新兴的两种污泥加热技术，可对污泥进行灭菌、调理、干燥、裂解等处理。

01微波

微波是一种非电离的电磁能，以3×105km/s的速度传播，其频率范围是3×102～3×105MHz，其中2450MHz是家用微波炉最常用的频率。由于此瞬间变态是在被作用物质内部进行的，故常称为内加热（传统靠热传导和热对流过程的加热称为外加热），内加热具有加热速度快、反应灵敏、受热体系均匀等特点。其能量转化率的大小与分子的特征有关。由于加热的速度非常快，故可能出现局部过热。

直接用微波对含水率为98%以上的污泥进行脱水，在经济上不可行。但在机械脱水后，以微波代替传统的热空气干燥方法，对污泥进行干燥裂解处理，在技术上是可行的，经济上与传统方法也有可比性。

与传统加热法相比，微波加热不是表面热传递过程，而是一种容积加热过程，因此没有热传递过程的热损失。从理论上说，微波加热的热效率比传统加热法高。由于污泥是典型的混合物，除了主要成分水以外，还有氧化物、无机盐和有机物。在微波场中，无机颗粒物提供了共沸中心，会出现局部过热现象，使污泥在达到水的沸点以前就开始沸腾，水从污泥混合物中进入气相。因此，微波加热过程中，污泥中的水开始蒸发的温度不是100℃，而是低于100℃，就是污泥的温度只要达到70℃就与水浴加温到80℃的过滤效果相接近。这可能是因为微波使水分子偶极高速变化所造成的。
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微波干燥污泥能高效地脱去水分，减小污泥含水率和体积，有利于污泥的最终处置。同时还有很好的灭菌效果。微波辐照处理后的污泥含水率降至60%时，污泥中的大肠菌群数<300个/g。

研究表明，在普通的条件下，生污泥用微波处理只会发生干燥和脱水。但当污泥中混入少量合适的“微波吸收体”，例如干燥本身产生的炭粒时，裂解就会比干燥更容易发生，并且迅速而高效，产物是多孔的焦炭和可燃的气体。与传统加热裂解比较，用微波加热裂解污泥所用的时间和能量更少，并且得到的气体含有更多的CO和H2，但烃类化合物的量却较少。CaO能够催化产生更多的CO和H2。微波加热裂解工艺简单，操作时间短，耗能低，设备构造简单，具有很好的应用前景。

02等离子体

等离子体是由大量相互作用的但仍处于非束缚状态下的带电粒子组成的非凝聚系统，是和固态、液态、气态处于同一层次的物质第四态。在污泥处理中应用的等离子体，主要是指低温非平衡等离子体，通常通过气体电离放电得到。利用电弧等离子体产生的瞬时高温突跃（T-jump），在数千度的高温下引起快速反应，使污泥中有机物质发生高温下的物理化学变化，如挥发、裂解、氧化、聚合等。

污泥在含水量40%～45%之间，碳的去除率达到最高，与CO的产率变化相当（碳元素去除率=泥样在反应中失去的碳元素量/泥样的原始碳元素量，CO的转化率=泥样生成的CO数量/泥样的原始碳元素量）。

实际试验时，反应器的耗能很大一部分消耗于阴、阳极的冷却吸热，冷却水吸收的热量为冷却水温差），占反应器耗能的71%，表明电弧能量大部分被冷却水吸收，并未充分作用于污泥。考虑到既要提高反应程度和产气热值，又要避免产物的完全炭化分解，反应器的工作气体中可以适当掺入压缩空气，既促进反应又能提高能量得率。

等离子体处理目前的问题主要有：投资和运行费用很高，多数能量消耗在污泥所含水分的蒸发上；同时为避免电极的损耗和创造缺氧条件，往往使用N2作为气相反应场所，这样产物气体中混入N2，大大降低了热值，而且控制不当可能会产生大量NO。国际上应用的实例也很少。