通源環(huán)境：市政污泥高干脫水熱解炭化組合工藝的開發(fā)和應用

導讀：“綠色生態(tài)，和諧自然”是環(huán)境人的共同夢想，環(huán)境企業(yè)為綠色發(fā)展都貢獻著自身力量。在自身領域精專做強，這其中少不了企業(yè)的核心技術團隊的努力奉獻，晝夜拼搏。作為圈層企業(yè)技術專家開放長期發(fā)聲平臺，E20通過征文形式匯集多企業(yè)的核心技術特點、優(yōu)勢以及與該技術匹配的經(jīng)典案例，E20愿以企業(yè)為核心建立企業(yè)技術團隊專家?guī)?，促進企業(yè)的技術優(yōu)勢在實際項目中的應用以及該技術的發(fā)展方向和創(chuàng)新。后續(xù)E20旗下中國水網(wǎng)/中國固廢網(wǎng)/中國大氣網(wǎng)微信和網(wǎng)站，將持續(xù)發(fā)布此系列內(nèi)容。今天特別發(fā)布安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司的技術及案例。

一．前言

市政污泥指在城鎮(zhèn)污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質，污泥的不當處置將對環(huán)境造成惡劣的影響。據(jù)E20研究院數(shù)據(jù)顯示，2018年中國市政污泥產(chǎn)生量超過4500萬噸，2020年總產(chǎn)生量將超過5000萬噸，“十四五”期間年復合增長率將達到5%左右。但由于行業(yè)內(nèi)長期“重水輕泥”，導致污泥處置無害化、資源化面臨諸多難題，污泥處置未同步跟上，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥有80%以上沒有得到妥善處理，隨意傾倒、堆放和填埋導致二次污染嚴重、污染減排效果大打折扣。

近年來，隨著環(huán)保部將污泥妥善處理處置納入污水總量減排考核，將促進綜合建設投入低、運營效果穩(wěn)定、資源化利用高的技術發(fā)展，污泥市場有望迎來高速增長，政策由“重水輕泥”向“泥水并重”轉變，驅動污泥處置的資源化與無害化進程。

前期市政污泥處理處置主要集中在脫水減量化、石灰穩(wěn)定化后進行生活垃圾混合填埋，由于污泥脫水穩(wěn)定技術投資低，運維價格低，被各地方政府采用，其主要占污泥處理處置項目的80%。但由于市政污泥脫水穩(wěn)定后混合填埋存在占用土地資源、存在二次污染風險，污泥脫水穩(wěn)定混合填埋近年來逐漸被取締。近年來，市政污泥已經(jīng)從過去單一的脫水穩(wěn)定后混合填埋處置轉變?yōu)樘盥瘛⒏邷囟逊驶蛘邊捬跸螽a(chǎn)物土地利用、熱處理（熱干化、熱解炭化、焚燒、協(xié)同焚燒）后產(chǎn)物進行建材利用等兼而用之的多種處置利用方式。但由于存在土地利用，公眾擔心有毒有害物質，園林綠化也無法消納過多污泥，導致市政污泥處置后未能真正實現(xiàn)資源化利用的目的。同時，市政污泥處置過程中存在的二次污染風險和處置利用成本過高等問題制約了污泥處置利用行業(yè)的發(fā)展。

公司研發(fā)的市政污泥“高干脫水+熱解炭化技術”解決了前期污泥處置利用的瓶頸，真正實現(xiàn)了市政污泥的減量化、無害化和穩(wěn)定化，最終產(chǎn)物污泥基生物炭能夠有效利用在園林營養(yǎng)土復配材料、土壤修復基質土和吸附材料復配原料。

二．工藝技術的依據(jù)

濕污泥含水率較高，通常≥80%，若通過加熱蒸發(fā)該部分水分，熱量需求很高，能耗成本高，且易產(chǎn)生臭氣污染，故采用機械脫水的方式先脫出大部分水分，再進行熱解炭化。

國外學者Vesilind 和Marte 提出污泥中所含的水分主要有四種，即自由水、間隙水、表面水和結合水。自由水是指沒有與污泥顆粒結合的水分，它可以通過重力濃縮去掉。間隙水是指膠羽和有機物之間的裂縫、間隙中的水分，它需要通過機械脫水才能脫除。表面水是指由于水分子的分子結構，被固定在污泥顆粒表面的水分，它不能被機械脫水去除。結合水是指經(jīng)過水合作用，通過化學方式與顆粒結合的水分，可以加熱破壞顆粒而釋放。

由于不同水分與污泥顆粒的結合方式和能力各不相同，去除它們所需要的能耗也不同。自由水或調質釋放出來的吸附水可通過重力濃縮去除，所需要的能耗約為10-3kWh/m3;結合水通過機械脫水去除，所需要能耗約為1kWh/m3；細胞水通過熱處理去除，所需要能夠約為103kWh/m3。由此可見，濃縮工藝的能耗大大低于機械脫水工藝的能耗，機械脫水工藝的能耗又大大低于熱處理工藝的能耗，因此我們可以得出這樣的污泥處理原則：盡量采用濃縮法和機械脫水法去除更多的水分，來減少后續(xù)熱處理的污泥量和蒸發(fā)量，可以大大節(jié)省總能耗。

三．工藝技術

3.1工藝技術的理論基礎

污泥熱解是利用污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對其加熱，使有機物產(chǎn)生熱裂解，有機物根據(jù)其碳氫比例被裂解，形成利用價值較高的氣相（熱解氣）、和固相（固體殘渣），這些產(chǎn)品具有易儲存、易運輸及使用方便等特點,給污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化提供了有效途徑。

根據(jù)熱解過程操作溫度的高低可分為低溫、中溫和高溫熱解，在500℃以內(nèi)的為低溫熱解，500℃-800℃為中溫熱解，800℃以上的為高溫熱解。影響熱解過程及產(chǎn)物產(chǎn)率及組成的因素有熱解溫度、壓力、升溫速率、氣固相停留時間及物料的尺寸等，其中熱解溫度是最主要影響因素。

3.2工藝系統(tǒng)組成

高干脫水+熱解炭化技術是由“高干脫水系統(tǒng)、干化炭化系統(tǒng)、生物炭資源化利用系統(tǒng)、主供熱系統(tǒng)、輔助供熱系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)”等組成，實現(xiàn)市政污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。

3.3工藝流程

 “高干脫水系統(tǒng)”使用化學方法或電化學方法對污泥進行調理改性，改善污泥脫水性能，然后通過高干脫水設備使污泥含水率降低至50%左右，初步實現(xiàn)減量化?！案苫炕到y(tǒng)”利用有機物的熱不穩(wěn)定性將有機物熱解，熱解產(chǎn)生的熱解氣引入主供熱系統(tǒng)燃燒作為補充熱源，殘?zhí)脊潭ㄔ谖勰嗷锾恐?，熱解氣和補充燃料燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣提供熱解炭化的能源需求，熱解炭化的余熱煙氣提供干化的能源需求，分梯度對熱量進行高效利用，污泥經(jīng)干化、炭化處理后得到的污泥基生物炭可作為資源化利用。干化炭化過程中產(chǎn)生的廢熱煙氣經(jīng)煙氣處理系統(tǒng)處理后達標排放，高干脫水產(chǎn)生的濾出水和煙氣噴淋產(chǎn)生的噴淋廢水經(jīng)水處理設施處理后達標排放。

3.4工藝技術創(chuàng)新點

（1）選用符合炭化工藝的聚硅鋁鐵鹽和聚醚胺類復配藥劑進行調理，滿足干化炭化工藝前的調理脫水要求，形成高干脫水熱解炭化組合處置技術。

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編輯：徐冰冰