污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案 -- 安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司研發(fā)部部長何光亞

污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案

 

   下面有請安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司研發(fā)部部長何光亞，他給我們介紹的題目是《污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案》。

    何光亞：各位領導、各位同仁，大家上午好！我在這里向大家報告和分享的是我們安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司從2009年開始著眼做的一項工作，那就是污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案，我們通過8年的時間，不斷調研、大力投入研發(fā)力量最終選取了這套具有絕對優(yōu)勢和競爭力的污泥處理處置工藝路線，下面我會逐一展開介紹我們選取這套工藝路線的依據(jù)和優(yōu)勢。我的報告分為下面四個內容：第一個部分是關于我們通源環(huán)境的簡單介紹；第二部分是關于目前污泥處理處置技術的一個簡單的介紹；第三部分是我們通源環(huán)境的技術主體路線及優(yōu)勢；第四部分是污泥最終的資源化途徑。

    一、安徽通源環(huán)境

    通源環(huán)境是集工程設計、施工、運營、環(huán)保設備生產制造以及固體廢棄物處理處置整體解決方案研發(fā)為一體的綜合性環(huán)保公司。

通源環(huán)境的定位是固廢系統(tǒng)解決方案的服務商。業(yè)務板塊包括：污泥的處理處置及其資源化；生態(tài)屏障的設計，施工以及運營；土壤的修復與水環(huán)境治理，危廢、醫(yī)廢處理及其運營。

  通源環(huán)境的企業(yè)目標是要建立優(yōu)質的項目，以用戶滿意為宗旨。如何建設優(yōu)質項目？圍繞著固廢項目，我們通源環(huán)境有自己的設計院，自己的建設團隊、運營團隊、設備制造團隊和技術研發(fā)團隊，設計、建設和運營為依托，制造、研發(fā)為支撐，保證了我們能夠建設一個優(yōu)質的項目。

  而在項目建設和運營過程當中，我們以用戶滿意為宗旨。如何建立和運營一個讓用戶滿意的項目呢？我們首先拿到一個項目之后通過市場調研和技術調研，了解這個項目的市場背景和技術背景，我們有針對性的進行技術設計，包括對固體廢物、污泥、水質的調查，根據(jù)不同的市場條件和技術背景為用戶量身定制合適的技術工藝路線，然后通過合理化的設計、建設過程中的質量控制、精細化的設備制造，保證了優(yōu)質項目的建設，后期我們提供可靠的運營服務，通過在線監(jiān)控、實時跟蹤，接受用戶和業(yè)主的監(jiān)督。

    二、關于污泥處理處置技術

  其實污泥處理處置主要包括這么三大塊：一個是預處理段，一個是深度脫水段，其實這兩段應該是污泥處理段；后面還有一個處置段，隨著國家對污泥處理處置的不斷重視，提出了更多的要求，目前市場上有很多處置技術，現(xiàn)在是百花齊放。

  其實前端處理段主要是采用一些絮凝濃縮、調理改性和機械深度脫水工藝，通過前面一天半時間的技術交流，發(fā)現(xiàn)有很多的處置技術，主要是像炭化技術、焚燒技術、好氧堆肥、厭氧消化和一些填埋技術。當然相對來說這些都是傳統(tǒng)的處置技術，目前市場上還有一些新型的處理處置技術。

  其實我們說污泥的處理處置主要是遵循四化原則———減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。我們在考慮污泥處理處置過程的資源化，主要是利用污泥中間的有機質，以及里面的氮磷鉀元素，所以我們所有的處置以及資源化都是圍繞這些物質做文章。例如干化焚燒、炭化主要是利用里面的有機質的可燃；厭氧消化以及好氧堆肥，主要是利用污泥中有機質的可生化性，氮磷鉀營養(yǎng)物質的可利用性。我們知道污水中的一部分氮和70%的磷最終沉積在污泥中間，所以污泥中間會有大量的氮磷鉀和微量營養(yǎng)元素。

    三、通源環(huán)境技術路線

  

通源環(huán)境在污泥處理處置中采用的是高干脫水+炭化資源化工藝，我們?yōu)槭裁催x擇這套工藝，這是因為污泥中水分分為六種，其中5%的重力水可以通過重力濃縮或者機械濃縮將其水分去除，而15%的毛細水、35%的弱結合水可以通過機械脫水的方式將其去除，這樣通過前面的重力和機械深度脫水可以將污泥含水率降低至50%-60%，而其中25%的強結合水、5%的礦物結晶水和15%的有機質內部水是無法通過機械深度脫水去除的。而重力濃縮所需要的能耗為10^-3kWh/m³；機械脫水所需要的能耗約為1kWh/m³；熱處理所需要的能耗為10³kWh/m³。這也就是我們選取高干脫水+炭化資源化工藝路線的依據(jù)：通過重力濃縮將含水率降低至95%，再通過機械深度脫水將污泥含水率降低至50%-60%，最后再采用熱處理的方式也就是炭化的方式將污泥最終含水率降低，并最大可能保留污泥中的有機質和營養(yǎng)元素，這套工藝的思路就是盡量選擇低能耗的方式將其污泥含水率降低后再深度處置并形成資源化。

工藝流程按上圖所示： 99%的污泥通過重力或機械濃縮，將含水率降到95%，再進行化學、物理或電化學的方式進行調理改性，后面進入自主研發(fā)的特質板框壓濾機進行機械深度脫水，脫水后污泥含水率達到50%-60%，后面通過炭化技術，能夠將污泥的含水率降低到2%以下，相對于80%含水率減量達到90%，形成了炭化產物最終進行資源化的利用。

    通源環(huán)境整體的技術路線有自己的一些核心技術：

    1.調理改性

目前采用的技術主要是一些混合的有機調理劑和熱改性技術、臭氧氧化技術，這些調理技術在我們目前的項目中間，建設的項目在國內有40多個，自己在手上運營了有十幾個都分別有應用。我們對業(yè)主的污泥泥質通過前期的調研和實驗室的小試和中試，最終有針對性地選取合適的調理方式。調理改性裝置有容積式的混合設備和管道式的混合設備。

    2.機械深度脫水技術

通源環(huán)境自主研發(fā)的高壓鋼質板框壓濾機具有低能耗，適用性廣，壓榨周期短的優(yōu)點。

接下來向各位同仁介紹一下通源環(huán)境污泥處置段的工藝---炭化技術，目前國內大部分的污泥干基熱值都是在2200-3300kcal/kg，北方高一點，南方低一點；冬季高一點，夏季低一點。污泥炭化是污泥在缺氧或微氧的狀況下對污泥加熱加壓，使污泥中間的有機質細胞熱解，將其中的水分進行釋放，最大程度地保留了有機質，將有機質以炭元素的形式保存下來，而污泥中的氮、磷和鉀元素最大限度地保留在固相中間。

  上面是我們整個炭化工藝的流程圖，一個是物料的流程，一個是熱量的流程。其中物料流程中含水率小于60%的污泥進入打散儲料斗通過螺旋輸送進入烘干機，當然含水率80%也是可以做的，為什么選用60%？這也是整個技術的核心，就是我們主張前期通過高干脫水技術將含水量盡量降低，如果是含水率80%的污泥直接炭化能耗可能增加2倍，基本上機械深度脫水的能耗要遠遠低于熱處理的能耗，所以我們采用前段高干脫水的方式將污泥含水率盡量降低后再進行烘干和炭化。在烘干機中具有打散揚霧裝置將污泥盡量打散，增加熱接觸面積，提高熱交換效率，烘干采用的溫度是160-200℃，而物料的溫度是100℃左右，這個溫度段達到了水分蒸發(fā)要求，而未達到有機質揮發(fā)溫度，這樣一方面盡量保證有機物的保存，同時煙氣處理相對比較簡單，煙氣主要成分為水蒸氣。通過風干之后將污泥含水率降低到20%左右，再通過螺旋輸送將物料輸送入中溫炭化機中間，炭化溫度在550-650℃的范圍，炭化之后形成含水率小于2%的炭化產物，進行后續(xù)的資源化利用。

其中熱量流程中烘干機的熱源有三個來源分別是生物質燃燒機提供的熱源、烘干機內部余熱的循環(huán)利用熱源和炭化機余熱熱源，而炭化機內部的熱源有兩個來源分別是生物質燃燒機提供的熱源和污泥熱解產生的熱解氣進入二次燃燒爐燃燒提供的熱源。這里面有兩個生物質燃燒機，這是因為我們在啟動的時候用到兩個燃燒機，一旦正常運行之后基本上炭化機的生物質燃燒機是不需要投加外部熱源的，這是因為污泥中的絕干熱值在2200-3300kcal/kg，通過高溫熱解之后有機質在熱解炭化過程中形成熱解氣，熱解氣在二次燃燒爐中燃燒為炭化機供熱，所以炭化機正常運行后就不需要一個外部的熱源。

3.熱力烘干設備

熱力烘干設備內部有一個打散攪拌裝置，將污泥盡量的打散，增加物料和熱風的熱交換面積，同時避免形成黏結，最后形成含水率20%左右的（粒徑為1-5mm）的干泥粉。
  4.熱解炭化裝備

炭化采用間接式中溫炭化，炭化間接供熱主要考慮污泥中的有機質在絕氧和高溫情況下容易熱解氣化，產生熱解氣，通過間接供熱產生的熱解氣和熱風是分開處理的，熱解氣可以回收做為燃料提供熱源，而熱風余熱進入烘干機中進行余熱利用，這樣煙氣相對比較簡單，容易處理。

  上面是我們整個高干脫水和炭化的一個安裝示意圖，其實我們的工藝是一個組合式的，這也是我們的優(yōu)勢所在，現(xiàn)在大量的污泥處理前端采用機械深度脫水的方式，而炭化方式可以直接進行無縫嫁接，在污泥處理處置項目進行改造的時候，之前的深度脫水機房和設備是不需要撤除，在此基礎上另外添加炭化設備和廠房就行了。

    高干脫水與炭化資源化技術優(yōu)勢：

    1.占地面積小，模塊化建設。以我們現(xiàn)在處理量為50噸/天的項目為例，整個設備的占地面積只需要800平方米。

    2.投資和運營成本低。

    3.處理周期短。

    4.無害化和穩(wěn)定化比較徹底，通過高溫之后的病原體和有害微生物被完全殺滅。通過和高校合作研究發(fā)現(xiàn)炭化后的污泥中重金屬的生物有效性大量的降低，能夠降低60%-70%，這樣重金屬被穩(wěn)定化，不再進入生物體中形成循環(huán)。特別是對于一些揮發(fā)性的重金屬像砷、汞等通過高溫后一部分通過揮發(fā)總量會大幅降低。

    5.資源化途徑廣，煙氣處理更簡單、煙氣量更小。

    四、資源化途徑

  不管是哪項處理處置技術都要關注污泥最終的去向，污泥資源化也是污泥處理處置的最后一段路程，也是最困難的，目前各個技術廠家都在投入研發(fā)，尋求污泥資源化的方向。通源環(huán)境一直在思考這樣一個問題。我們主要從下面幾個方面來做這項工作：

  對污泥進行炭化產物資源化利用，首先要了解污泥炭化產物具有那些表征和特點。污泥炭化之后炭化產物具有一定的有機炭，含有豐富的氮磷鉀和微量營養(yǎng)元素，炭化產物為中性偏堿一點，熱解炭化形成氣體的過程中會形成一些孔隙，所以有一定的比表面積，具有一點的吸附性能。通過這些特點，炭化產物最終的去向有以下幾個途徑。

    1.園林綠化的營養(yǎng)土，因為炭化產物中具有一定的有機炭粉和有大量的氮磷鉀元素，這是我們項目上炭化產物的測試數(shù)據(jù)，我們可以看到里面有機質含量以及有效磷和有效鉀完全符合農業(yè)用肥、園林綠化和土壤改良的標準，所以園林綠化土是污泥炭化產物資源化的一個方向。

 

    2.吸附材料，因為污泥炭化產物具有一定的比表面積，所以我們主要利用它的吸附性。作為吸附材料主要有兩個方向：在黑臭水體治理過程中，會建設一些潛流濕地對流域中的水體進行處理凈化，而在潛表濕地的構建中會使用部分礫石、多孔的生物填料，污泥炭化產物完全可以作為一種多孔性的生物填料用于潛表濕地的構建，污泥炭化產物具有生物載體和對水體污染物有吸附的作用。對于部分污泥炭化產物比表面積比較大的可以塑造成型之后作為氣體的吸附材料。

    3.建筑材料，主要做壓結成型的透水磚，也符合海綿城市的建設，通源環(huán)境和一些廠家有合作，基本上污泥炭化產物的添加比例可以達到30%，主要是污泥炭化產物和水泥沙子的混合，制作的透水磚具有透水性好，強度達到C30的標準，我們也有項目在做。

    高干脫水+炭化資源化整體解決方案是一個創(chuàng)新，就是把高干脫水和炭化資源化有機結合起來。

    1.這里面其實通過高干脫水和炭化資源化之后，污泥實現(xiàn)了量變到質變的過程，因為污泥一旦炭化后含水率降低至2%以后就不溶于水，如果含水率在2%以上在外面暴露溶于水會形成二次污染，所以它由量變到質變，我們通源環(huán)境做最徹底的污泥處理處置。

    2.實現(xiàn)了真正的減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。

    3.可實現(xiàn)市政污泥處理處置過程對環(huán)境影響比較小，對氣體的排放通過二次燃燒整個煙氣排放量少，煙氣成分簡單。炭化產物更相對來說更穩(wěn)定，形成二次污染的風險更小。

   最后，我想說的是，我們通源環(huán)境的企業(yè)文化就是“責任鑄就、境善境美”，在環(huán)保領域中做有良心的事業(yè)，做有責任的企業(yè)，做優(yōu)質的項目。謝謝大家！ 

    廖足良：非常感謝何總的介紹。我覺得他這里面給我們提供了一個短流程把污泥徹底解決的思路，特別是其中高干脫水，脫到盡量干然后再進行炭化，實現(xiàn)一個能量的最優(yōu)化配置平衡和有效的資源化利用。