
近年來,污泥處理一直是固廢處理的難點和重點,微波因其特性受到國內外研究的普遍重視,研究者們對污泥的微波熱解進行了大量而系統的研究,分析了熱解過程及氣、液、固三相產物的特性并與常規熱解進行了比較。
研究結果表明:在無微波吸收劑的情況下,污泥的溫度不會超過200℃,僅能實現污泥的干燥,不能實現進一步的熱解。使用熱解本身生成的含碳殘留物(焦炭)作為微波吸收劑可以實現污泥快速有效的熱解,熱解溫度可以到達900℃以上,吸收劑的合適含量為5wt%,也可以使用石墨作為微波吸收劑。與常規熱解相比,溫度上升至相同值,微波熱解耗時要少的多。
在熱解產物中,以質量分數計,水分含量最高,這是由于污泥中的含水量很高(大于70%),其次為氣體成分,再次為固體焦炭,含量最少的為油份。與常規電爐加熱相比,微波熱解油產率高,氣體產率低。這是由于微波加熱時,試樣被直接加熱,可以在短時間內達到高溫而反應器內壁溫度低于試驗溫度,這樣揮發分在高溫區的滯留時間相對較短,不利于揮發分的二次裂解;而電加熱時,反應器壁溫高于試樣,揮發分在高溫區滯留時間長,有利于二次裂解反應,使得不凝氣體含量增加。
微波熱解油中含有100余種成分,其中主要可以分為八大類:單環芳香族類,脂肪族類(烷、烴),有機酸,酯類,酰胺類,腈類,類固醇類和多環芳香烴(PAHs)。
在相同的熱解溫度下,微波熱解油中多環芳香烴含量遠少與常規熱解,而且油中沒有污染嚴重大分子的PAHs存在,PAHs是一種致癌物質。使用石墨作吸收劑較之焦炭更易于脂肪族類長鏈的裂解,使得單環芳香族類增加。微波熱解油的熱值與常規熱解相當,大約為33000~37000 kJ/kg。
微波熱解氣體的主要成分有:H2、02、N2、CO、C02、CxHv。與常規熱解相比,微波熱解產生的氣體中,合成氣(CO+H2)含量高,而CxHy的含量低,使得其熱解氣熱值低于常規熱解氣,大約為6600~8600 kJ/m3。對于合成氣(CO+H2)的產量影響,使用焦炭作吸收劑比石墨高,使用多模腔比單模腔高。當用焦炭作吸收劑和多模腔加熱時,合成氣的體積分數可達66%。Cao的存在對于產H2的反應有催化作用。
微波熱解所得固體殘留物(焦炭)呈堿性,其孔隙化程度不如常規熱解焦炭,在足夠高的溫度(1000℃)下,固體殘留物會出現部分玻璃化現象,致使其不能升級作為吸收劑,這些特性即使經過物理活化也不能得到大的改善。然而正是由于這種特性,可以將重金屬密封在玻璃相中,使得微波熱解焦炭較之常規熱解焦炭具有對重金屬和有機物更好的抗滲析能力。