污泥热值计算公式探讨

污泥热值计算公式探讨

吕钜张岩梁小田

（北京工业大学建筑工程学院北京０００２２）

摘要：本文以城市污水处理厂的污泥为研究对象，分别采集了德国斯图加特和美国迈阿密地区污水处理厂的污泥进行分析，针对干污泥焚烧的热值进行了探讨，利用数学分析的方法得到了新的干污泥热值的计算表达式，并对已有的热值表达式进行了验证，总结出一系列的干污泥热值计算表达式。

关键词：城市污水处理厂污泥热值

引言

污泥是城市污水处理厂污水处理的副产物，由于污泥体积庞大，有机物含量较多，同时含有重金属，如果不妥善处理，会对环境产生二次污染，因此必须对污泥进行无害化处理。污泥焚烧作为一种能够大量减少污泥体积，杀死全部细菌和病毒，同时产生大量热能的污泥处置方式，受到了越来越多的关注…。作为北京工业大学和德国斯图加特应用技术大学的研究交流项目，北京工业大学特派员赴德国，对具有４０年历史的斯图加特污水处理厂的焚烧工艺进行了为期半年的考查，在对污泥焚烧的机理进行了较深入研究的基础上，独立提出了干污泥中的挥发份和碳元素含量分别与热值之闯的关系式，希望对国内城市污水处理厂污泥的处理有所帮助。

丑污泥热值计算的意义

在污泥焚烧的整套工艺设计和运行中，污泥的热值起着很重要的作用。因此，如何较准确地得到污泥的热值是污泥焚烧中极为重要的环节。通过氧弹量热计测出污泥热值【。３固然很好，但是要想准确地测出污泥的热值，需要采集和测量相当数量的污泥样本，这需要花费相当的费用和时间，在许多情况下无法实现。因此，污泥热值计算表达式具有实用意义。

２污泥的来源

本文采用的污泥样本７—１４取自斯图加特污水处理厂，它是消化污泥和二沉池污泥混合后的浓缩污泥；其他来源于美国，样本１是初沉污泥和二沉池污泥混合后的污泥。样本２是初沉污泥，样本３、４为未经消化的二沉池污泥，样本５、６为经过消化后的二沉池污泥。

三污瑟嚣蓦豢裴：◇

３现有的干污泥热值表达式

对于干污泥热值的求解，常用的公式有两个，一个是《排水工程》下册中表述的：

Ｑ＝Ｏ．００２３～１俨００ｐｖ石山（塑字）

式中：Ｑ一千污泥的燃烧热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｐｖ：挥发份的含量，％；（１）

●八论文集Ｇ一机械脱水时添加的污泥混凝剂的量，（ｇ／１００９干污泥），在此，Ｇ一０；

ａ、ｂ一经验系数，新鲜污泥与消化污泥：ａ一１３１，ｂ一１０；新鲜活性污泥：ａ一１０７，ｂ

一５。

另一个是根据Ｄｕｌｏｎｇ公式（ＰｅｒｒｙａｎｄＣｈｉｌｔｏｎ１９７３）并经过分析计算得出的：

（２）Ｑ—Ｏ．３３９Ｃ＋１．４４３（Ｈ一０．１２５０）一０．０２２４（９Ｈ）＋０．００９３Ｓ＋ｏ．００１４６４Ｎ［３１

式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ、Ｎ一分别为干污；

泥中碳、氢、氧、硫、氮元素的含量（ｇ／１００９干污泥）。

公式（１）建立了干污泥中的挥发份和热值之间的关系，公式（２）建立了干污泥中各个重要元素的量和热值之间的关系。

２５．００

千２０．００

一行

喜逞１５．００辜的

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５．００

０．００

１２３４５６７８９１０１１１２１３１４

污泥样本

—一卜．一公式（２）计算值—＿（＞＿一公式（１）计算值

—１垒ｒ一千污泥的实际测量热值

图１干污泥热值计算效果比较

图１表示的是用公式计算出的干污泥热值和测量热值之间的关系。通过计算可以得出：公式（１）与干污泥实测值的最大偏差为３０％，而公式（２）的最大偏差为１３％，最小偏差为３％。可见公式（２）的效果明显好于公式（１）。但是利用公式（１）能够在简单的试验条件下，通过测量污泥中的挥发份，计算出干污泥的热值，这一点则是公式（２）所不能达到的，因此对于公式（１）的修正显得很重要。

４新计算表达式推导

４．１污泥分析方法

６３６污泥焚烧有两种主要的分析方法：工业分析法和元素分析法…，分析内容如下：

ｈ。一＋””‘“＿表１污泥的分析方法。’…～…一……’～…～。一一一……一～一‘——～……——一…～一一…～………一一●一……一’一…——～’………‘…………～～～～…‘～一工业分析元素分析％水分一…一，－一～－

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％氮。一一－、、－一……一一一一…、一一…－－…一，一一一一～—－一一一一……一…一…一～－一…一…一一…一一…一一一一一…一一一％氢％硫。’、‘‘’一‘、一……‘。…一一‘‘‘一…。’…’’一…一～一一一。…、…‘…’…‘、’…‘……‘‘‘’。’…’～…一’总计１００下面用这两种分析方法来推导干污泥热值计算表达式。４．２干污泥挥发份含量与热值的关系式推导对于干污泥而言，污泥中几乎不存在水分，同时污泥中的固定碳含量极低。因此，对于干污泥的工业分析内容，是通过分析干污泥中的挥发份的含量，建立起污泥的挥发分、灰分和污泥热值之间的模型：Ｑ—ａ×Ｖ＋ｂ×Ａ（３）式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；Ｖ一干污泥中挥发份的量含（ｇ／１００９）；Ａ一千污泥中的灰分的含量（ｇ／１００９）；ａ、ｂ一回归系数。’．‘Ｖ＋Ａ一１００．‘．Ｑ—ａ×Ｖ＋ｂ×（１００一Ｖ）一（ａ—ｂ）×Ｖ＋１００×ｂ—ａ７×Ｖ＋ｂ７其中：ａ’一ａ—ｂｂ７—１００Ｘｂ

将污泥样本１～１４的挥发份含量作为ｘ轴，干污泥的热值作为Ｙ轴，绘制出图２如下：２５．００２０．００兰猩１５・００言袋１０．００值５．０００．００４０．００５０．００６０．００７０．００８０．００９０．００干污泥中的挥发份含量（ｇ／１００９）◇污泥样本１—３，７一１４△污泥样本４—６——线性（污泥样本卜３，７一１４）图２干污泥挥发份含量和热值之间的关系三藉蕹蠢鸳豢篓喜◇

从图２中可以看出，污泥样本１～３、７～１４的挥发份的含量和热值满足直线方程

Ｑ一０．１６８８Ｖ＋１．５３４９（ＭＪＡｇ）（４）

且二者的线性相关性较好，回归方差为０．９７，计算值和实测值的最大偏差为６％。但是污泥样本４、５、６并不在直线Ｙ一０．１６８８ｘ＋１．５３４９的附近。所以对污泥样本４、５、６需要进行另外的分析。

一般来说，在挥发份产生的热量中碳元素的热值占据了绝对的比例，所以我们推断污泥样本４～６中碳含量在挥发份中占的比例可能和其他的污泥不同。因此我们对每一个污八飞论炙集泥样本，将挥发份中的碳元素含量除以整个挥发份的量，得到了图３的数据。从中可以看

出，污泥样本４～６中碳元素占挥发份的含量大于５５％；而其他的污泥中碳元素占挥发份的含量小于５５％。因此对于公式４，（碳元素／挥发份）＜５５％是其使用条件。

０

０

０

Ｏ

Ｏ

Ｏ

Ｏ７６５４３２１

０

ｌ２３４５６７８９１０１１１２１３１４吣√、ｙ＼．．．．八．’”、◇／扩飞尸弋产弋ｒ”Ｖ众众的比例一＿一挥发分中碳元素所占

污泥样本

图３干污泥中碳元素所占挥发份的比例

４．３干污泥中碳元素含量与热值的关系式推导

污泥的元素分析项目多，如果测试的精度高，分析的结果可以客观地反映出污泥的成分和各成份的含量。污泥的元素分析项目多，如果测试的精度高，分析的结果可以客观地反映出污泥的成分和各成份的含量。对于干污泥热值的求解，我们利用污泥中元素分析的结果做相关性分析，得到相关系数，通过相关系数再构造出污泥热值的模型。

通过分析，得知干污泥中碳含量和热值有很好的相关性，因此，可以建立起干污泥中碳含量与热值的关系：

Ｑ—ａＸＣ＋ｂ；（５）

式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｃ一干污泥中碳的含量（ｇ／１００９）；

ａ一回归系数；

ｂ一修正系数。．

将测得的Ｑ值和Ｃ值代人方程式中得到矩阵方程，再利用线性回归的方法求出：

ａ一０．３４５７

ｂ一１．８８０６

所以干污泥中碳含量和热值的关系式为：

６３８Ｑ一０．３４５７Ｃ＋１．８８０６（ＭＪＡｇ）（６）

利用公式（６）和已知碳元素含量计算干污泥热值，并与实测值对比，如下图：

２２．００

◇

２０．００

１８．００

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１４．００｝｜一

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１０．００ｕ一飞战只月太ＢⅡ几刖一一．

８．００

ｌ２３４５６７８９１０ｌｌ１２１３１４

污泥样本

—－＜＞一实测值——［卜公式６的计算值

图４公式（６）计算的干污泥热值与实测值的对比

从图４中可以看出，采用公式（６）的计算结果比较接近测量值，经计算最大偏差为１３％（样本１），且能用同一公式计算各种污泥的热值，不受条件的限制。

５公式总结

通过以上的分析、推导，得出以下三个干污泥的求解公式：

（１）已知干污泥中的挥发份的含量：

Ｑ＝０．１６８８Ｖ＋１．５３４９（ＭＪＡｇ）

ＣⅣ＜５５％

（２）已知干污泥中碳元素的含量：

Ｑ一０．３４５７Ｃ＋１．８８０６（ＭＪ／ｋｇ）

（３）已知干污泥中各重要元素的含量：

Ｑ＝Ｏ．３３９Ｃ＋１．４４３（Ｈ一０．１２５０）－－０．０２２４（９Ｈ）＋０．００９３Ｓ＋ｏ．００１４６４Ｎ（ＭＪ／ｋｇ）这样在不同的条件下，采用不同的公式可以方便而准确地求解出干污泥的热值。

ＳｔｕｄｙｉｎｇＯｉｌＨｅａｔＶａⅡｕｅｏｆｔｈｅＳｎｕｄｇｅｆｒｏｍＷＷＴＰ

ＬｖＪｉａｎＺｈａｎｇＹａｎＬｉａｎｇＸｉａｏｔｉａｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎ９１０００２２）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄａｔａｆｒｏｍｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，ＧｅｒｍａｎｙａｎｄＭｉａｍｉ，ＵＳＡ），ｎｅｗｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｄｒｙｓｌｕｄｇｅｈｅａｔｖａｌｕｅｉｓａｃｑｕｉｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉ—ｃａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｌｄｆｏｒｍｕｌａｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｔｈｅｄａｔａ，ｆｉｎａｌｌｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｆｏｒｍｕｌａｓａｂｏｕｔｄｒｙｓｌｕｄｇｅｈｅａｔｖａｌｕｅｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ（ＷＷＴＰ），ｓｌｕｄｇｅ，ｈｅａｔｖａｌｕｅ冬９

第

二

届

由参考文献

国

城

镇［１］［２］金儒霖等．污泥处置．中国建筑工业出版社，１９８２年８月Ｊ．Ｚｅｌｋｏｗｓｋｉ著．袁均卢，张佩芳译．高晋生校译．煤的燃烧理论与技术．华东化工学院出版社，１９９０年

１１月第一版

［３］

［４］Ｂｒｕｎｎｅｒ，ＣａｌｖｉｎＲ｛ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ｝ＮｅｗＹｏｒｋ：ＶａｎＮｏｓｔｒａｎｄＲｅｉｎｈｏｌｄ，１９８４ｏｆｗｅｔｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｉｎａＭｉｇｕｎＯｇａｄａ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｕｂｂｌｉｎｇｆｌｕｉｄｉｚｅｄ

ｂｅｄ．Ｈａｍｂｕｒｇ—Ｈａｒｂｕｒｇ，Ｔｅｃｈｎ．Ｕｎｉｖ．，Ｄｉｓｓ．１９９５６４０

污泥热值计算公式探讨

作者：

作者单位：吕钜， 张岩， 梁小田北京工业大学建筑工程学院 北京 00022

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2.9％，脱水污泥中的化学能约占21％，剩余的66％的能量可能是在污水的生物处理过程中以功和热的形式散失掉了。

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(3)污泥的高位热值范围在4232.75—19466.26 J/g之间。燃点和有机质含量是影响污泥低位热值的重要原因。燃点越低，有机质含量越高，污泥热值就越大。 (4)Zn是污泥中含量最高的重金属元素，平均含量为1179.74mg/kg。污泥中Cu、Cr、Pb和Ni含量较高，而毒性较大的As和Cd含量较低。制药废水污泥的重金属含量较低，电镀废水污泥中的Cu和Zn，制革废水污泥的Cr含量很高。As、Cr、Cu、Pb主要以可氧化态和残渣态存在；Cd主要以残渣态存在；Ni和Zn的酸溶态和可还原态比例较高。EDTA能有效洗脱污泥中的重金属。洗脱污泥重金属的EDTA浓度为0.06M/L时最适宜。 (5)污泥中∑PAHs含量范围为2.511-23.27mg/kg。工业废水污泥∑PAHs含量略高于生活污水污泥。污泥中单个PAH含量差异较大。芘的含量范围为0.179-

10.247mg/kg，在PAHs中含量最高。化石燃料不完全燃烧和石油输入都是其重要来源。污泥中低分子量(2环和3环)PAHs含量与重金属存在显著的相关关系。这可能是重金属作用于污泥中的微生物，从而影响到PAHs的降解引起的。 (6)污泥制砖后砖体抗压强度达到国家特等普通砖标准，天然放射性符合《建筑材料放射卫生防护标准》(GB6566-2000)中A类产品要求。污泥烧制砖后，能固化原污泥中的重金属，降低重金属活性，污泥砖重金属的释放较小。 (7)污泥干化过程苯系物释放浓度随干化温度的升高而增加。含水率是影响苯系物释放的又一重要因素。污泥干化时，不易将污泥的含水率降太低，否则会增加苯系物的排放。 (8)大多数污泥对种子的发芽表现为抑制作用，但个别污泥能促进种子发芽。污泥中的有机组分对种子的毒害作用要大于无机组分。

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本文以城市污水处理厂的污泥为研究对象,分别采集了德国斯图加特和美国迈阿密地区污水处理厂的污泥进行分析,针对干污泥焚烧的热值进行了有益的探讨,利用数学分析的方法得到了新的干污泥热值的计算表达式,并对已有的热值表达式进行了验证,总结出一系列的干污泥热值计算表达式.

9.学位论文 郑翔翔 江苏省城市污水处理厂污泥处置技术政策研究 2007

城市污泥是城市污水处理厂不可避免的产物。随着工业的发展和城市化进程的加快，城市污泥的产量急剧增加。城市污泥中含有丰富的有机质及氮、磷等营养元素，但同时也含有种类较多含量不等的重金属、微量的有机污染物和病原物，必须对其进行妥善处置。目前，国内外主要的污泥处置方法有填埋、焚烧和土地利用等。由于不同地区经济技术水平、土地资源、污泥泥质与产生量、相关产业的发展规模与程度等均存在很大差异，各地区应遵循因地制宜的原则，根据自身特点选择适合本地区的污泥处置方式。 本文将研究内容分为三大部分：一是江苏省城市污泥产量和处置现状调查，采用问卷调查和实地调研相结合的方式进行；二是江苏省城市污泥泥质调查，对城市污泥中热值、有机质及养分含量、重金属含量进行了研究分析；三是在研究城市污泥处置现状和污泥泥质的基础上，提出了几种污泥处置方式的技术规范，并对江苏省城市污泥管理政策的制定提出了一些建议。 根据调查结果估算，目前江苏省城市污泥产生量(以干物质计)约15万吨/年，产生的城市污泥大部分采用填埋方式处置，即污泥脱水后，雇佣车辆拉至远近不等的垃圾填埋场与垃圾混合填埋。但是随着人口的增加，土地资源匮乏，可供填埋的场地已十分有限，加上许多垃圾填埋场开始拒绝接收污泥，全省特别是苏南地区污泥大量产生而无出路的矛盾已显得十分尖锐。 对江苏省城市污泥热值、有机质及养分含量分析表明：江苏省不同地区城市污泥热值的大小有较大的差异，苏锡常地区城市污泥的热值较高，在10000～15000kJ/kg之间，而苏北地区城市污泥热值普遍在10000kJ/kg以下。江苏省城市污泥的有机质、全氮、全磷和全钾含量平均值分别为404g/kg、36.0g/kg、16.1g/kg和3/7g/kg，除了全钾外均高于一般厩肥。 对江苏省城市污泥重金属含量分析表明，江苏省城市污泥中重(类)金属元素平均含量的大小顺序为Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>Cd>As>Hg，80％统计样本的。Pb含量在120mg/kg以内，而Cd、Cr、Ni、Cu和Zn含量则分别在8.50、411、140、1410和1650mg/kg以内。Hg和As含量较低，平均值分别为2.75和5.86 mg/kg。苏南地区城市污泥中重金属含量普遍高于苏中和苏北地区。连续提取方法对重金属分级表明，江苏省城市污泥Cd主要分布在残余态，Cu和Cr主要以可氧化态和残余态形式存在，Ni和zn的残余态含量较低而酸可提取态较高。按照我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定的污泥农用标准(在中性和碱性土壤上)，除Pb、As和Hg外，重金属元素Cd、Cr、Ni、Cu、Zn均有超标现象，其中Cu是超标率最高的重金属，超标率为18.6％。苏南地区重金属超标率高于苏中和苏北地区，其中少数几个城市污水处理厂部分重金属超标较严重。经危险废物特征鉴别，3个城市污水处理厂的污泥属于危险废物范畴。 目前，江苏省城市污泥处理处置中存在许多问题，应从技术层面和管理层面两方面进行解决。建议在城市污水处理厂密集的苏锡常地区，实现污泥集中处置方案，特别是重点发展(污泥干化后)焚烧或填埋处置方案；南京、镇江及苏中地区重点发展污泥高干度脱水后单独填埋处置或混合填埋技术；污水处理厂密度小的苏北地区重点发展填埋技术以及土地利用方式处置技术。建议在原水价基础上新增水价0.14～0.20元/m，作为污泥处理处置费收取，按经济发展水平，苏南地区取上限，苏北地区取下限，其他地区为中等偏上。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6563801.aspx

下载时间：2010年3月24日

污泥热值计算公式探讨

吕钜张岩梁小田

（北京工业大学建筑工程学院北京０００２２）

摘要：本文以城市污水处理厂的污泥为研究对象，分别采集了德国斯图加特和美国迈阿密地区污水处理厂的污泥进行分析，针对干污泥焚烧的热值进行了探讨，利用数学分析的方法得到了新的干污泥热值的计算表达式，并对已有的热值表达式进行了验证，总结出一系列的干污泥热值计算表达式。

关键词：城市污水处理厂污泥热值

引言

污泥是城市污水处理厂污水处理的副产物，由于污泥体积庞大，有机物含量较多，同时含有重金属，如果不妥善处理，会对环境产生二次污染，因此必须对污泥进行无害化处理。污泥焚烧作为一种能够大量减少污泥体积，杀死全部细菌和病毒，同时产生大量热能的污泥处置方式，受到了越来越多的关注…。作为北京工业大学和德国斯图加特应用技术大学的研究交流项目，北京工业大学特派员赴德国，对具有４０年历史的斯图加特污水处理厂的焚烧工艺进行了为期半年的考查，在对污泥焚烧的机理进行了较深入研究的基础上，独立提出了干污泥中的挥发份和碳元素含量分别与热值之闯的关系式，希望对国内城市污水处理厂污泥的处理有所帮助。

丑污泥热值计算的意义

在污泥焚烧的整套工艺设计和运行中，污泥的热值起着很重要的作用。因此，如何较准确地得到污泥的热值是污泥焚烧中极为重要的环节。通过氧弹量热计测出污泥热值【。３固然很好，但是要想准确地测出污泥的热值，需要采集和测量相当数量的污泥样本，这需要花费相当的费用和时间，在许多情况下无法实现。因此，污泥热值计算表达式具有实用意义。

２污泥的来源

本文采用的污泥样本７—１４取自斯图加特污水处理厂，它是消化污泥和二沉池污泥混合后的浓缩污泥；其他来源于美国，样本１是初沉污泥和二沉池污泥混合后的污泥。样本２是初沉污泥，样本３、４为未经消化的二沉池污泥，样本５、６为经过消化后的二沉池污泥。

三污瑟嚣蓦豢裴：◇

３现有的干污泥热值表达式

对于干污泥热值的求解，常用的公式有两个，一个是《排水工程》下册中表述的：

Ｑ＝Ｏ．００２３～１俨００ｐｖ石山（塑字）

式中：Ｑ一千污泥的燃烧热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｐｖ：挥发份的含量，％；（１）

●八论文集Ｇ一机械脱水时添加的污泥混凝剂的量，（ｇ／１００９干污泥），在此，Ｇ一０；

ａ、ｂ一经验系数，新鲜污泥与消化污泥：ａ一１３１，ｂ一１０；新鲜活性污泥：ａ一１０７，ｂ

一５。

另一个是根据Ｄｕｌｏｎｇ公式（ＰｅｒｒｙａｎｄＣｈｉｌｔｏｎ１９７３）并经过分析计算得出的：

（２）Ｑ—Ｏ．３３９Ｃ＋１．４４３（Ｈ一０．１２５０）一０．０２２４（９Ｈ）＋０．００９３Ｓ＋ｏ．００１４６４Ｎ［３１

式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｓ、Ｎ一分别为干污；

泥中碳、氢、氧、硫、氮元素的含量（ｇ／１００９干污泥）。

公式（１）建立了干污泥中的挥发份和热值之间的关系，公式（２）建立了干污泥中各个重要元素的量和热值之间的关系。

２５．００

千２０．００

一行

喜逞１５．００辜的

巴鳌１０００

５．００

０．００

１２３４５６７８９１０１１１２１３１４

污泥样本

—一卜．一公式（２）计算值—＿（＞＿一公式（１）计算值

—１垒ｒ一千污泥的实际测量热值

图１干污泥热值计算效果比较

图１表示的是用公式计算出的干污泥热值和测量热值之间的关系。通过计算可以得出：公式（１）与干污泥实测值的最大偏差为３０％，而公式（２）的最大偏差为１３％，最小偏差为３％。可见公式（２）的效果明显好于公式（１）。但是利用公式（１）能够在简单的试验条件下，通过测量污泥中的挥发份，计算出干污泥的热值，这一点则是公式（２）所不能达到的，因此对于公式（１）的修正显得很重要。

４新计算表达式推导

４．１污泥分析方法

６３６污泥焚烧有两种主要的分析方法：工业分析法和元素分析法…，分析内容如下：

ｈ。一＋””‘“＿表１污泥的分析方法。’…～…一……’～…～。一一一……一～一‘——～……——一…～一一…～………一一●一……一’一…——～’………‘…………～～～～…‘～一工业分析元素分析％水分一…一，－一～－

、…………．…～、…．．…、……、…～…一一…一一一…一一，……一…一一一…一一４一一一一一一……一～……一一…一…一……～－一…一一一………－…－－－一－…………一一一……一…—‘…。４”“”……“。”。‘女●＿Ｈ％水分…，～………，…，～，……一……一…一。一………＿，一…●…，，…＾＾＾…一…－‘，＋…一………，．…－，，＿，，，一………＾～…一～－．一－一…～、一…一…～……，…～－…，一…～…一一＿％灰分％灰分…、、………＋、，、．一一．………、、一…＋，．～一一……………一一－…－…一…一…一一一一一：～、……、．…………一一－一…一－一一一－一一一……一…～…一……一～…－～～…一…、．……，…％挥发份…％碳……………～…一…………………一……………～…一…………、一＾……………～………………一………一……………………～………………．一％固定碳％氧总计１００－ｈ●。＿－Ｈ—。＿“＿一

％氮。一一－、、－一……一一一一…、一一…－－…一，一一一一～—－一一一一……一…一…一～－一…一…一一…一一…一一一一一…一一一％氢％硫。’、‘‘’一‘、一……‘。…一一‘‘‘一…。’…’’一…一～一一一。…、…‘…’…‘、’…‘……‘‘‘’。’…’～…一’总计１００下面用这两种分析方法来推导干污泥热值计算表达式。４．２干污泥挥发份含量与热值的关系式推导对于干污泥而言，污泥中几乎不存在水分，同时污泥中的固定碳含量极低。因此，对于干污泥的工业分析内容，是通过分析干污泥中的挥发份的含量，建立起污泥的挥发分、灰分和污泥热值之间的模型：Ｑ—ａ×Ｖ＋ｂ×Ａ（３）式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；Ｖ一干污泥中挥发份的量含（ｇ／１００９）；Ａ一千污泥中的灰分的含量（ｇ／１００９）；ａ、ｂ一回归系数。’．‘Ｖ＋Ａ一１００．‘．Ｑ—ａ×Ｖ＋ｂ×（１００一Ｖ）一（ａ—ｂ）×Ｖ＋１００×ｂ—ａ７×Ｖ＋ｂ７其中：ａ’一ａ—ｂｂ７—１００Ｘｂ

将污泥样本１～１４的挥发份含量作为ｘ轴，干污泥的热值作为Ｙ轴，绘制出图２如下：２５．００２０．００兰猩１５・００言袋１０．００值５．０００．００４０．００５０．００６０．００７０．００８０．００９０．００干污泥中的挥发份含量（ｇ／１００９）◇污泥样本１—３，７一１４△污泥样本４—６——线性（污泥样本卜３，７一１４）图２干污泥挥发份含量和热值之间的关系三藉蕹蠢鸳豢篓喜◇

从图２中可以看出，污泥样本１～３、７～１４的挥发份的含量和热值满足直线方程

Ｑ一０．１６８８Ｖ＋１．５３４９（ＭＪＡｇ）（４）

且二者的线性相关性较好，回归方差为０．９７，计算值和实测值的最大偏差为６％。但是污泥样本４、５、６并不在直线Ｙ一０．１６８８ｘ＋１．５３４９的附近。所以对污泥样本４、５、６需要进行另外的分析。

一般来说，在挥发份产生的热量中碳元素的热值占据了绝对的比例，所以我们推断污泥样本４～６中碳含量在挥发份中占的比例可能和其他的污泥不同。因此我们对每一个污八飞论炙集泥样本，将挥发份中的碳元素含量除以整个挥发份的量，得到了图３的数据。从中可以看

出，污泥样本４～６中碳元素占挥发份的含量大于５５％；而其他的污泥中碳元素占挥发份的含量小于５５％。因此对于公式４，（碳元素／挥发份）＜５５％是其使用条件。

０

０

０

Ｏ

Ｏ

Ｏ

Ｏ７６５４３２１

０

ｌ２３４５６７８９１０１１１２１３１４吣√、ｙ＼．．．．八．’”、◇／扩飞尸弋产弋ｒ”Ｖ众众的比例一＿一挥发分中碳元素所占

污泥样本

图３干污泥中碳元素所占挥发份的比例

４．３干污泥中碳元素含量与热值的关系式推导

污泥的元素分析项目多，如果测试的精度高，分析的结果可以客观地反映出污泥的成分和各成份的含量。污泥的元素分析项目多，如果测试的精度高，分析的结果可以客观地反映出污泥的成分和各成份的含量。对于干污泥热值的求解，我们利用污泥中元素分析的结果做相关性分析，得到相关系数，通过相关系数再构造出污泥热值的模型。

通过分析，得知干污泥中碳含量和热值有很好的相关性，因此，可以建立起干污泥中碳含量与热值的关系：

Ｑ—ａＸＣ＋ｂ；（５）

式中：Ｑ一干污泥的热值（ＭＪ／ｋｇ）；

Ｃ一干污泥中碳的含量（ｇ／１００９）；

ａ一回归系数；

ｂ一修正系数。．

将测得的Ｑ值和Ｃ值代人方程式中得到矩阵方程，再利用线性回归的方法求出：

ａ一０．３４５７

ｂ一１．８８０６

所以干污泥中碳含量和热值的关系式为：

６３８Ｑ一０．３４５７Ｃ＋１．８８０６（ＭＪＡｇ）（６）

利用公式（６）和已知碳元素含量计算干污泥热值，并与实测值对比，如下图：

２２．００

◇

２０．００

１８．００

１６．００删舞铽Ａ］杪

１４．００｝｜一

１２．００蛤

１０．００ｕ一飞战只月太ＢⅡ几刖一一．

８．００

ｌ２３４５６７８９１０ｌｌ１２１３１４

污泥样本

—－＜＞一实测值——［卜公式６的计算值

图４公式（６）计算的干污泥热值与实测值的对比

从图４中可以看出，采用公式（６）的计算结果比较接近测量值，经计算最大偏差为１３％（样本１），且能用同一公式计算各种污泥的热值，不受条件的限制。

５公式总结

通过以上的分析、推导，得出以下三个干污泥的求解公式：

（１）已知干污泥中的挥发份的含量：

Ｑ＝０．１６８８Ｖ＋１．５３４９（ＭＪＡｇ）

ＣⅣ＜５５％

（２）已知干污泥中碳元素的含量：

Ｑ一０．３４５７Ｃ＋１．８８０６（ＭＪ／ｋｇ）

（３）已知干污泥中各重要元素的含量：

Ｑ＝Ｏ．３３９Ｃ＋１．４４３（Ｈ一０．１２５０）－－０．０２２４（９Ｈ）＋０．００９３Ｓ＋ｏ．００１４６４Ｎ（ＭＪ／ｋｇ）这样在不同的条件下，采用不同的公式可以方便而准确地求解出干污泥的热值。

ＳｔｕｄｙｉｎｇＯｉｌＨｅａｔＶａⅡｕｅｏｆｔｈｅＳｎｕｄｇｅｆｒｏｍＷＷＴＰ

ＬｖＪｉａｎＺｈａｎｇＹａｎＬｉａｎｇＸｉａｏｔｉａｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎ９１０００２２）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄａｔａｆｒｏｍｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，ＧｅｒｍａｎｙａｎｄＭｉａｍｉ，ＵＳＡ），ｎｅｗｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｄｒｙｓｌｕｄｇｅｈｅａｔｖａｌｕｅｉｓａｃｑｕｉｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉ—ｃａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｌｄｆｏｒｍｕｌａｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｔｈｅｄａｔａ，ｆｉｎａｌｌｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｆｏｒｍｕｌａｓａｂｏｕｔｄｒｙｓｌｕｄｇｅｈｅａｔｖａｌｕｅｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｎｔ（ＷＷＴＰ），ｓｌｕｄｇｅ，ｈｅａｔｖａｌｕｅ冬９

第

二

届

由参考文献

国

城

镇［１］［２］金儒霖等．污泥处置．中国建筑工业出版社，１９８２年８月Ｊ．Ｚｅｌｋｏｗｓｋｉ著．袁均卢，张佩芳译．高晋生校译．煤的燃烧理论与技术．华东化工学院出版社，１９９０年

１１月第一版

［３］

［４］Ｂｒｕｎｎｅｒ，ＣａｌｖｉｎＲ｛ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ｝ＮｅｗＹｏｒｋ：ＶａｎＮｏｓｔｒａｎｄＲｅｉｎｈｏｌｄ，１９８４ｏｆｗｅｔｓｅｗａｇｅｓｌｕｄｇｅｉｎａＭｉｇｕｎＯｇａｄａ．Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓａｎｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｕｂｂｌｉｎｇｆｌｕｉｄｉｚｅｄ

ｂｅｄ．Ｈａｍｂｕｒｇ—Ｈａｒｂｕｒｇ，Ｔｅｃｈｎ．Ｕｎｉｖ．，Ｄｉｓｓ．１９９５６４０

污泥热值计算公式探讨

作者：

作者单位：吕钜， 张岩， 梁小田北京工业大学建筑工程学院 北京 00022

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以城市污水处理厂的污泥为研究对象，采集了德国斯图加特、汉堡等污水处理厂的污泥成份进行了分析、研究。污泥的成份组成，根据污泥来源而不同，各种污泥具有不同的成分特征。 本文针对干污泥焚烧的热值进行了有益的探讨，利用数学分析的方法提出了新的干污泥热值的计算表达式，并对一系列已有的热值表达式进行了验证比较。

6.期刊论文 陈萌. 韩大伟. 吉芳英. 韩万玉. Chen Meng. Han Dawei. Ji Fangying. Han Wanyu 城市污水处理厂污泥热值及影响因素分析 -给水排水2008,34(4)

以重庆市主城区城市污水处理厂污泥为研究对象,测定了污泥的热值并分析了影响污泥热值的主要因素,探讨了水分对热值利用的影响.结果表明:元素分析法和量热仪法测定的污泥热值较吻合;污水水质、排水体制、污水及污泥处理工艺通过影响污泥挥发分的含量而影响污泥热值,建议消化污泥和合流制区域污水处理厂污泥不宜采用焚烧处理.污水处理厂污泥具有自持燃烧特性时的最高含水率为68%;通过元素分析发现,不同污水处理厂污泥挥发分元素的计量组成基本一致,可用计量化学式CH1.72O0.55N0.12S0.03粗略地表示重庆市主城区污水处理厂污泥挥发分的组成.

7.学位论文 孙峰 污泥理化性质与污泥处置的环境风险 2007

城市污泥不仅含有大量氮磷钾和有机质、也同时存在重金属、有机污染物和致病菌等有害物。目前，我国城市污水处理厂数量不断增长，意味着我国城市污泥的产量将快速增加。如何处置城市污泥将成为一个复杂和困难的环境问题。本文在系统研究污泥基本理化性质的基础上，对污泥制砖和污泥农用的可行性以及可能存在的环境风险进行了研究，主要研究结果如下： (1)城市污泥以粉砂和砂为主，粘土的比例较少，一般小于10％，污泥中不存在砾石。 (2)石英和方解石是污泥中最主要矿物，部分污泥还存在长石、磁赤铁矿以及伊利石、高岭石、绿泥石、白云母等粘土矿物。

(3)污泥的高位热值范围在4232.75—19466.26 J/g之间。燃点和有机质含量是影响污泥低位热值的重要原因。燃点越低，有机质含量越高，污泥热值就越大。 (4)Zn是污泥中含量最高的重金属元素，平均含量为1179.74mg/kg。污泥中Cu、Cr、Pb和Ni含量较高，而毒性较大的As和Cd含量较低。制药废水污泥的重金属含量较低，电镀废水污泥中的Cu和Zn，制革废水污泥的Cr含量很高。As、Cr、Cu、Pb主要以可氧化态和残渣态存在；Cd主要以残渣态存在；Ni和Zn的酸溶态和可还原态比例较高。EDTA能有效洗脱污泥中的重金属。洗脱污泥重金属的EDTA浓度为0.06M/L时最适宜。 (5)污泥中∑PAHs含量范围为2.511-23.27mg/kg。工业废水污泥∑PAHs含量略高于生活污水污泥。污泥中单个PAH含量差异较大。芘的含量范围为0.179-

10.247mg/kg，在PAHs中含量最高。化石燃料不完全燃烧和石油输入都是其重要来源。污泥中低分子量(2环和3环)PAHs含量与重金属存在显著的相关关系。这可能是重金属作用于污泥中的微生物，从而影响到PAHs的降解引起的。 (6)污泥制砖后砖体抗压强度达到国家特等普通砖标准，天然放射性符合《建筑材料放射卫生防护标准》(GB6566-2000)中A类产品要求。污泥烧制砖后，能固化原污泥中的重金属，降低重金属活性，污泥砖重金属的释放较小。 (7)污泥干化过程苯系物释放浓度随干化温度的升高而增加。含水率是影响苯系物释放的又一重要因素。污泥干化时，不易将污泥的含水率降太低，否则会增加苯系物的排放。 (8)大多数污泥对种子的发芽表现为抑制作用，但个别污泥能促进种子发芽。污泥中的有机组分对种子的毒害作用要大于无机组分。

8.会议论文 张岩. 吕鑑. 周夏海. 郝二成 污泥热值计算表达式探讨

本文以城市污水处理厂的污泥为研究对象,分别采集了德国斯图加特和美国迈阿密地区污水处理厂的污泥进行分析,针对干污泥焚烧的热值进行了有益的探讨,利用数学分析的方法得到了新的干污泥热值的计算表达式,并对已有的热值表达式进行了验证,总结出一系列的干污泥热值计算表达式.

9.学位论文 郑翔翔 江苏省城市污水处理厂污泥处置技术政策研究 2007

城市污泥是城市污水处理厂不可避免的产物。随着工业的发展和城市化进程的加快，城市污泥的产量急剧增加。城市污泥中含有丰富的有机质及氮、磷等营养元素，但同时也含有种类较多含量不等的重金属、微量的有机污染物和病原物，必须对其进行妥善处置。目前，国内外主要的污泥处置方法有填埋、焚烧和土地利用等。由于不同地区经济技术水平、土地资源、污泥泥质与产生量、相关产业的发展规模与程度等均存在很大差异，各地区应遵循因地制宜的原则，根据自身特点选择适合本地区的污泥处置方式。 本文将研究内容分为三大部分：一是江苏省城市污泥产量和处置现状调查，采用问卷调查和实地调研相结合的方式进行；二是江苏省城市污泥泥质调查，对城市污泥中热值、有机质及养分含量、重金属含量进行了研究分析；三是在研究城市污泥处置现状和污泥泥质的基础上，提出了几种污泥处置方式的技术规范，并对江苏省城市污泥管理政策的制定提出了一些建议。 根据调查结果估算，目前江苏省城市污泥产生量(以干物质计)约15万吨/年，产生的城市污泥大部分采用填埋方式处置，即污泥脱水后，雇佣车辆拉至远近不等的垃圾填埋场与垃圾混合填埋。但是随着人口的增加，土地资源匮乏，可供填埋的场地已十分有限，加上许多垃圾填埋场开始拒绝接收污泥，全省特别是苏南地区污泥大量产生而无出路的矛盾已显得十分尖锐。 对江苏省城市污泥热值、有机质及养分含量分析表明：江苏省不同地区城市污泥热值的大小有较大的差异，苏锡常地区城市污泥的热值较高，在10000～15000kJ/kg之间，而苏北地区城市污泥热值普遍在10000kJ/kg以下。江苏省城市污泥的有机质、全氮、全磷和全钾含量平均值分别为404g/kg、36.0g/kg、16.1g/kg和3/7g/kg，除了全钾外均高于一般厩肥。 对江苏省城市污泥重金属含量分析表明，江苏省城市污泥中重(类)金属元素平均含量的大小顺序为Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>Cd>As>Hg，80％统计样本的。Pb含量在120mg/kg以内，而Cd、Cr、Ni、Cu和Zn含量则分别在8.50、411、140、1410和1650mg/kg以内。Hg和As含量较低，平均值分别为2.75和5.86 mg/kg。苏南地区城市污泥中重金属含量普遍高于苏中和苏北地区。连续提取方法对重金属分级表明，江苏省城市污泥Cd主要分布在残余态，Cu和Cr主要以可氧化态和残余态形式存在，Ni和zn的残余态含量较低而酸可提取态较高。按照我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定的污泥农用标准(在中性和碱性土壤上)，除Pb、As和Hg外，重金属元素Cd、Cr、Ni、Cu、Zn均有超标现象，其中Cu是超标率最高的重金属，超标率为18.6％。苏南地区重金属超标率高于苏中和苏北地区，其中少数几个城市污水处理厂部分重金属超标较严重。经危险废物特征鉴别，3个城市污水处理厂的污泥属于危险废物范畴。 目前，江苏省城市污泥处理处置中存在许多问题，应从技术层面和管理层面两方面进行解决。建议在城市污水处理厂密集的苏锡常地区，实现污泥集中处置方案，特别是重点发展(污泥干化后)焚烧或填埋处置方案；南京、镇江及苏中地区重点发展污泥高干度脱水后单独填埋处置或混合填埋技术；污水处理厂密度小的苏北地区重点发展填埋技术以及土地利用方式处置技术。建议在原水价基础上新增水价0.14～0.20元/m，作为污泥处理处置费收取，按经济发展水平，苏南地区取上限，苏北地区取下限，其他地区为中等偏上。

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_6563801.aspx

下载时间：2010年3月24日