1 引言

　　污泥作為污水處理的伴生物，占污水總量的0．5％～1％。據統(tǒng)計，我國城市污水處理廠每年污泥發(fā)生量(干重)約為130萬 t，且以每年10％的速度增長[1]。污泥如果處置不當則會產生二次污染，對環(huán)境和人類造成很大的危害。因此，尋找和探索城市污泥無害化、資源化途徑，已成為污水處理行業(yè)亟待解決的一個重要課題。污泥中含有近40％的有機生物質，具有可燃性，所以污泥既被視為廢棄物，又被視為一種生物質資源。合理利用污泥發(fā)電已成為污泥有效利用的一個新的發(fā)展趨勢。污泥發(fā)電不但可以實現(xiàn)污泥安全處理，同時還可以從污泥中抽取能量，替代部分化石燃料，即節(jié)約資源和能源，又保護環(huán)境，有利于促進我國向可持續(xù)的循環(huán)型社會的轉變。

　　2典型的污泥發(fā)電工藝污泥發(fā)電主要有以下2種方式：

　　(1)污泥燃料燃燒發(fā)電。

　　(2)污泥厭氧消化產生沼氣發(fā)電。

　　2．1污泥燃料燃燒發(fā)電

　　2．1．1 污泥焚燒發(fā)電原理污泥焚燒是在一定溫度和氧氣存在條件下，使污泥中的有機質發(fā)生燃燒反應，生成C02、HzO、Nz等。焚燒處理的產物是灰渣和煙氣[2]。污泥的低位熱值與其可燃分(揮發(fā)分)的含量、含水率和可燃分的熱值有關，如下式所示。

　　CV, 污泥揮發(fā)分的熱值，MJ／k。根據上式計算得燃燒最高限含水率為67．7％，超出了一般污泥機械脫水設備的水平，因此直接以脫水污泥為燃燒處理對象的焚燒爐，大多需要使用輔助燃料。污泥燃料有多種形式，如將濕污泥與煤粉、重油等燃料一起混合形成的污泥燃料；污泥與城市有機垃圾混合形成的污泥燃料；濕污泥干化后形成的污泥燃料。污泥燃料燃燒所釋放出的熱能通過熱回收系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)能量的轉化，見圖l。

　　2．1．2污泥燃料焚燒發(fā)電應用實例以污泥燃料焚燒為核心的污泥發(fā)電是一種很好的處理污泥方法，污泥焚燒具有減容、減重率高，處理速度快，無害化較徹底，余熱可用于發(fā)電，焚燒后產生的灰渣可以用于改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等優(yōu)點。漿狀污泥燃料可以通過管道用泵輸送，美、日、英的污泥燃料多為固態(tài)顆粒狀[3]。美國近200家污水處理廠采用焚燒方式處理污泥，占全美處理總量的20％ [4]。日本東京電力公司、東京政府和生物燃料公司用下水道污泥發(fā)電，2007年正式投入運行，東京每年產生130萬t下水道污泥，其中9900t污泥制成燃料污泥送火力發(fā)電廠發(fā)電。1998年，英國倫敦開始將污泥進行脫水、干燥、粉碎，然后利用污泥燃燒的熱能作為能源進行發(fā)電。

　　2005 年，浙江紹興采用具有我國自主知識產權的“煤助燃循環(huán)硫化床”技術興建了國內首座污泥焚燒發(fā)電大型示范項目，日處理污泥1500t以上，污泥處理價格為 80元／t，年上網電力2．66×10^8kW·h，供蒸汽150t／h。1天可節(jié)約原煤450t，相當于每年節(jié)約原煤13．5萬t。2006年，浙江省富陽市某污水處理廠將污泥(600t／d)焚燒發(fā)電，焚燒灰渣制成建材替代紅磚。2007年1月，寧波污泥處理一期工程已正式投運。該工程日處理污泥 400t，年發(fā)電量達730萬kW·h。2007年6月在合肥投產運行的污泥發(fā)電供熱項目，日產污泥300t，燃燒后灰渣用作修路?？梢姡瑖獾奈勰喟l(fā)電技術已基本成熟，國內污泥發(fā)電技術處于成長階段，工程方興未艾。

　　2．2污泥厭氧消化產生沼氣發(fā)電

　　污泥消化可以抑制病菌，改善污泥的衛(wèi)生狀況；脫水后的消化污泥還可作為發(fā)電廠或水泥廠的輔助燃料。污水處理廠污泥厭氧消化產生的沼氣，主要組分為CHt和 C02，以及H2S、氨等微量有害氣體。與其他燃氣相比，沼氣是一種性能優(yōu)良的清潔燃料[5]。沼氣發(fā)電以其低排放、低污染、節(jié)約能源、廢物資源化等優(yōu)點而倍受關注，開發(fā)沼氣發(fā)電成為建設綠色環(huán)保工程的一項重要措施。利用污泥消化產生的沼氣發(fā)電，發(fā)電設備主要有兩種：一種是燃氣機一發(fā)電機系統(tǒng)；另一種是污泥厭氧消化產生沼氣通過改質器轉化為氫氣，經燃料電池發(fā)電。

　　2．2．1燃氣機一發(fā)電機系統(tǒng)消化氣體發(fā)電設備的系統(tǒng)流程見圖2。消化氣經精制(脫硫、除濕、脫碳酸)后送人燃氣機燃燒，帶動發(fā)電機發(fā)電。同時，以水為熱介質將燃氣機所排出的高溫尾氣余熱回收，加熱消化池。消化氣中硅氧烷在燃燒室內燃燒時損害燃氣機的零件和排氣脫氮用觸媒的耐久性，影響消化氣體發(fā)電設備的經濟性和可靠性[6]。因此，沼氣在進入發(fā)電機前，須進行凈化處理，采用活性炭吸附技術可保證凈化后沼氣含Si有機物濃度

　　德國城市污水處理廠對污泥處理有85．4％以上采取中溫厭氧消化，利用產生的甲烷發(fā)電，基本保證了污水處理廠的供電要求。如：德國KA— helmstedt(sewagen treatment plant helmsstedt)污水處理廠(處理污水10×104t／d)污泥發(fā)電系統(tǒng)r7l。污泥消化后產沼氣6000m3／d，其熱值為23MJ／m3。年發(fā)電量120×104kW·h，相當于污水處理廠全年運行耗電量的90％～95％，同時還可滿足處理工藝中的供暖及冬季全廠車間、辦公室的供暖。?？谑邪咨抽T污水處理廠借鑒了德國處理污泥的經驗和技術Is,9]。該廠消化池產氣量為4800～6000m3／d。發(fā)電量相當于廠內平均用電量的27％，每月節(jié)省電費約15--一18萬元。沼氣發(fā)動機產生的廢熱用于加熱消化池中污泥，在正常運行的2、3月產生的廢熱用于加熱污泥后仍有剩余。北京高碑店污水處理廠，日處理污水100萬m3，日產污泥4000m3，全部進行高溫消化處理，沼氣產量1．8萬m3／d。按沼氣發(fā)電1．7kW·h／m3計算，每天發(fā)電量為3萬kw·h，1年節(jié)約電費500萬元。年發(fā)電量近1000萬kW·h，相當于5000戶家庭1年的用電量。2006年北京小紅門污水處理廠污泥發(fā)電裝置建設完成，2007年開始利用污泥發(fā)電。小紅門污水處理廠是北京第二個裝備“污泥消化、沼氣發(fā)電”系統(tǒng)的污水處理廠，每天可從約2000m3污泥中提出沼氣，年最高發(fā)電量1．8萬kw·h。

　　2．2．2 沼氣凈化后通過燃料電池發(fā)電燃料電池是利用氫和氧化合產生電能的裝置[1 0|。見圖3。

　　使甲烷轉換成氫氣的改質器是燃料電池系統(tǒng)的關鍵組成之一。