污泥生物产气（沼气和氢气）技术

污泥生物产气是通过污泥的厌氧消化将有机质转化为沼气或氢气。生物处理成本相对较低，厌氧消化时污泥含水率一般为95%～98%，因此污水厂污泥一般在脱水前进行消化，或者脱水污泥稀释后进行消化。然而，消化污泥含水率也很高，需要脱水后才能进一步处理处置。厌氧消化产生的沼气含有较多杂质，需要多步工艺净化提纯才能进行应用。

01污泥制沼气

人们对沼气的研究和利用，最初目的是解决能源问题，也就是用沼气解决燃料问题。污泥制沼气是指污泥在厌氧消化和其他适宜条件下，由兼性菌和专性厌氧菌（产甲烷菌）的联合作用降解有机物，产生以甲烷和二氧化碳为主体的混合气（简称沼气）的过程。沼气和天然气的主要成分相同，不仅可以用作城市居民日常生活的燃料，而且可以经过液化后作为汽油的替代品，还可以与发电系统组合发电。经过多年的研究，发展与推广沼气生产相关技术的条件已日趋成熟，沼气开发项目的经济性逐步体现，技术市场初具规模，这些为污泥制沼气的产业化奠定了良好的基础。

污泥沼气发电在我国具有广阔前景。一方面，目前我国污泥无害化处理率非常低，即使在经济相对发达的城市，污泥处理率也仅为20%～25%，污泥隐患日益凸显，沼气发电可有效解决污泥的出路问题；另一方面，沼气发电是目前经济发达国家处理污泥最常用的途径，值得在我国推广。沼气不再是能源供应的配角，而变成了能源生产的主体，具备了与天然气、煤气相同的商品属性。污泥制沼气产品一旦产业化，便会找到真正属于自己的市场领域，并且具有不可忽视的市场地位。

02污泥制氢

从未来能源的角度来看，氢能是最理想的清洁能源，具有资源丰富、燃烧热值高、清洁无污染、适用范围广等特点。以氢为燃料的燃料电池，具有高效性和环境友好性，将成为未来理想的能源利用形式。因为污泥中含有大量的有机质，可以作为获取氢能的来源。利用污泥来制取氢，不仅可以解决污泥的环境污染问题，还可以缓解能源危机。污泥制氢技术主要包括污泥生物制氢、高温气化制氢、超临界水气化制氢等技术。

污泥生物制氢是在常温常压下利用微生物进行酶催化反应制得氢气。但是，生物制氢技术的整体研究水平仍处于基础阶段，就国内外目前的研究水平来看，距生物制氢的工业化生产还有很大的差距。

污泥高温气化制氢一般是指通过热化学方式将污泥转化为高品位的合成气或气体燃气，然后再进一步分离出氢气。国内外的学者对污泥高温气化制氢技术进行了相当多的研究，试验结果表明，产氢率在30～80g/kg。但是污泥气化制氢所面临的最大的难题是污泥气化气中含有相当多的焦油，对尾气处理造成一定程度的困难。

污泥超临界水气化制氢是在水的温度和压力均高于其临界温度（374.3℃）和临界压强（22.05 MPa）时，以超临界水作为反应介质与溶解于其中的有机物发生强烈的化学反应生成氢气。理论上，该技术是一种新型、高效的可再生能源转化和利用技术，具有极高的生物质气化与能量转化效率、极强的有机物无害化处理能力、反应条件比较温和、产品的能级品位高等优点。超临界水能与空气、氧气和有机物以任意比例混溶形成均一相，即气-液相界面消失，消除了相间传质阻力，反应速率不再受氧的传质控制，从而加快了反应速率，缩短了反应时间。有研究表明，该技术可以实现碳的100%转换。但该技术目前还处于实验室阶段，不够成熟，如果用于工业还需要进一步的完善。

对比污泥的3个主要的能源化技术：a.污泥焚烧技术存在诸多问题，其中核心问题是投资大、处理费用高、有机物燃烧产生二[插图]英等剧毒物质。相对于填埋和堆肥来说，焚烧系统的投资无疑是巨大的。填埋、堆肥、焚烧的投资比例一般为1∶1.5∶3。b.污泥发酵产沼气可以较好地缓解能源紧缺的问题，同时减轻对环境的污染。污泥发酵产沼气这种能量回收技术在国内发展较为成熟，应用也较为广泛。c.污泥制氢技术在国内外都是比较前沿的污泥能量利用技术，但目前没有实际的工程经验可借鉴，还仅仅处于探索起步阶段，为此，需要进一步深入研究讨论。污泥主要能源利用技术的比较见表1。

除了上述以污泥焚烧发电、污泥制沼气、污泥制氢等为代表的3种污泥能源化利用技术之外，本章将综合分析国内外污泥能源化利用状况，从污泥热解制油技术、污泥制合成燃料技术对污泥能源化利用途径加以分析。