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(yīng)用 ：“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(xiàn)著自身力量。在自身領(lǐng)域精專做強(qiáng)，這其中少不了企業(yè)的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)的努力奉

 

導(dǎo)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(xiàn)著自身力量。在自身領(lǐng)域精專做強(qiáng)，這其中少不了企業(yè)的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)的努力奉獻(xiàn)，晝夜拼搏。作為圈層企業(yè)技術(shù)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(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢以及與該技術(shù)匹配的經(jīng)典案例，E20愿以企業(yè)為核心建立企業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)專家?guī)欤�促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用以及該技術(shù)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(shù)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(zhì)，污泥的不當(dāng)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(fù)合增長率將達(dá)到5%左右。但由于行業(yè)內(nèi)長期“重水輕泥”，導(dǎo)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(dǎo)致二次污染嚴(yán)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(jìn)綜合建設(shè)投入低、運(yùn)營效果穩(wěn)定、資源化利用高的技術(shù)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(zhuǎn)變，驅(qū)動(dòng)污泥處置的資源化與無害化進(jìn)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(jìn)行生活垃圾混合填埋，由于污泥脫水穩(wěn)定技術(shù)投資低，運(yùn)維價(jià)格低，被各地方政府采用，其主要占污泥處理處置項(xiàng)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(fēng)險(xiǎn)，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(zhuǎn)變?yōu)樘盥�、高溫堆肥或者厭氧消化后產(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(jìn)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(dān)心有毒有害物質(zhì)，園林綠化也無法消納過多污泥，導(dǎo)致市政污泥處置后未能真正實(shí)現(xiàn)資源化利用的目的。同時(shí)，市政污泥處置過程中存在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)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(shù)”解決了前期污泥處置利用的瓶頸，真正實(shí)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(fù)配材料、土壤修復(fù)基質(zhì)土和吸附材料復(fù)配原料。

二．工藝技術(shù)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(jī)械脫水的方式先脫出大部分水分，再進(jìn)行熱解炭化。

國外學(xué)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(jié)合水。自由水是指沒有與污泥顆粒結(jié)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(jī)物之間的裂縫、間隙中的水分，它需要通過機(jī)械脫水才能脫除。表面水是指由于水分子的分子結(jié)構(gòu)，被固定在污泥顆粒表面的水分，它不能被機(jī)械脫水去除。結(jié)合水是指經(jīng)過水合作用，通過化學(xué)方式與顆粒結(jié)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(jié)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(diào)質(zhì)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(jié)合水通過機(jī)械脫水去除，所需要能耗約為1kWh/m3；細(xì)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(jī)械脫水工藝的能耗，機(jī)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(jī)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(shù)

3.1工藝技術(shù)的理論基礎(chǔ)

污泥熱解是利用污泥中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對其加熱，使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解，有機(jī)物根據(jù)其碳?xì)浔壤�被裂解，形成利用價(jià)值較高的氣相（熱解氣）、和固相（固體殘?jiān)�），這些產(chǎn)品具有易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸及使用方便等特點(diǎn),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?zé)峤�，�?00℃以內(nèi)的為低溫?zé)峤猓?00℃-800℃為中溫?zé)峤猓?00℃以上的為高溫?zé)峤�。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(shí)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(shù)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(shí)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(xué)方法或電化學(xué)方法對污泥進(jìn)行調(diào)理改性，改善污泥脫水性能，然后通過高干脫水設(shè)備使污泥含水率降低至50%左右，初步實(shí)現(xiàn)減量化。“干化炭化系統(tǒng)”利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性將有機(jī)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(bǔ)充熱源，殘?zhí)脊潭ㄔ谖勰嗷�生物炭中，熱解氣和補(bǔ)充燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馓峁�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(jìn)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(dá)標(biāo)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(shè)施處理后達(dá)標(biāo)排放。

 

3.4工藝技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

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

（2）在無二次動(dòng)力的情況下將污泥熱解氣直引入二次燃燒爐內(nèi)燃燒，在管道外設(shè)置電熱裝置進(jìn)行伴熱并進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，保證熱解焦油呈現(xiàn)氣化狀態(tài)，在管內(nèi)設(shè)置無軸反轉(zhuǎn)切刀螺旋進(jìn)行間歇式管道清理，避免焦油在管道內(nèi)結(jié)焦。

3.5技術(shù)特點(diǎn)

（1）將污泥高干脫水和污泥炭化有效結(jié)合，形成污泥高干脫水炭化處置技術(shù)，污泥脫水調(diào)理采用不含氯離子的無機(jī)調(diào)理劑和有機(jī)調(diào)理劑復(fù)合進(jìn)行高壓板框脫水后，污泥泥餅含水率降低至60%以下，減少了污泥水分的蒸發(fā)量，將獲得后的泥餅進(jìn)行熱解炭化，極大地降低了熱解炭化的熱能耗。

（2）污泥熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣烷類（C_mH_n）、一氧化碳（CO）、焦油等可燃?xì)怏w及水蒸氣（H₂O）通過保溫伴熱管引入二燃室進(jìn)行燃燒，通過高溫風(fēng)機(jī)風(fēng)壓梯度變化在炭化爐體內(nèi)和二次燃燒爐之間形成負(fù)壓差，在無二次動(dòng)力的情況下將熱解氣由炭化爐體內(nèi)引入二次燃燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。此工藝技術(shù)既解決了副產(chǎn)物焦油的二次處理問題，又將污泥中一部分有機(jī)質(zhì)的熱值充分利用，降低了干化炭化過程中外部熱源的能耗，同時(shí)通過燃燒將熱解氣中的大分子化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳（CO₂）和水蒸汽（H₂O）簡化了排放煙氣組分。

（3）通過高干脫水炭化處置技術(shù)工藝組合可將污泥含水率降低至3%以下，形成的污泥基生物炭水溶性低，減容率達(dá)到85%以上，性能滿足園林營養(yǎng)土的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了污泥最終的減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。運(yùn)行過程中能耗充分利用，徹底實(shí)現(xiàn)了低成本高效處置污泥的目標(biāo)。

無為市城區(qū)污水處理廠污泥處理處置工程

工程規(guī)模：50噸/日污泥（含水率80%計(jì)）。

占地面積：3300m²。

圖4-1 無為項(xiàng)目外景及炭化系統(tǒng)

4.1工藝路線：

采用高干脫水+熱解炭化的工藝路線，具體如下：

將城東污水處理廠含水率99.2%的污泥濃縮后與無城污水處理廠污泥（含水率80%）混合，通過投加調(diào)理藥劑改變污泥的親水性能，使污泥高壓深度脫水變的可行。調(diào)質(zhì)后的污泥進(jìn)入改性儲(chǔ)罐，然后經(jīng)過過高壓進(jìn)料泵送入高壓板框壓濾機(jī)進(jìn)行深度脫水，使污泥的含水率降到60%以下，通過輸送系統(tǒng)運(yùn)輸至炭化車間進(jìn)行進(jìn)一步處理。利用生物質(zhì)燃料為熱量來源先對污泥進(jìn)行干化，含水率降低到20%左右，然后在炭化爐中進(jìn)行熱解炭化反應(yīng)并最終得到炭化物；同時(shí)產(chǎn)生的熱解氣回收供炭化爐供熱系統(tǒng)使用，節(jié)約輔助能源消耗量。

4.2性能指標(biāo)和關(guān)鍵參數(shù)

表4-1 無為項(xiàng)目主要性能指標(biāo)和參數(shù)

4.3二次污染控制情況

污泥處理過程中，對廢氣、廢水、噪音、固廢經(jīng)過處理處置及控制措施，保證各項(xiàng)指標(biāo)排放符合標(biāo)準(zhǔn)要求和環(huán)評要求，主要內(nèi)容如下：

（1）有組織廢氣經(jīng)過SNCR+旋風(fēng)除塵+酸堿噴淋洗滌+冷凝工藝，煙氣達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)表2中二級標(biāo)準(zhǔn)限值要求；

（2）脫水車間廢氣經(jīng)收集系統(tǒng)收集進(jìn)入離子除臭系統(tǒng)處理后符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）表1中二級標(biāo)準(zhǔn)限值要求；

（3）脫水車間產(chǎn)生的壓濾液及炭化車間噴淋塔產(chǎn)生的廢水經(jīng)混凝調(diào)節(jié)工藝處理后符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4中三級標(biāo)準(zhǔn)要求，排放城東污水廠處理排放；

（4）污泥熱解炭化產(chǎn)物（污泥基生物炭）滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》GBT23486-2009要求,外運(yùn)至周邊生物肥廠家作為園林綠化用肥生產(chǎn)原料資源化利用；

（5）對產(chǎn)生聲音較大的風(fēng)機(jī)和設(shè)備隔音處理，保證噪音滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB12348-2008)中 2 類標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

4.4.投資和運(yùn)行費(fèi)用分析

表4-2 無為項(xiàng)目投資和運(yùn)行費(fèi)用

4.5.項(xiàng)目獲獎(jiǎng)情況

無為市污泥集中處置中心項(xiàng)目獲得中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)環(huán)保聯(lián)盟頒發(fā)的《固體廢物處理及污染治理典型技術(shù)案例獎(jiǎng)》

圖4-2榮譽(yù)證書

本文作者

何光亞，高級工程師，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士學(xué)位。長期從事固廢資源化的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用工作，目前就職于安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)。

從業(yè)期歷任工藝工程師、技術(shù)部經(jīng)理和技術(shù)研發(fā)總監(jiān)等崗位，期間獲批多項(xiàng)工藝技術(shù)專利，并在國內(nèi)外刊物發(fā)表多篇論文，參與國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目《秸稈為碳源硫酸鹽還原菌生物礦化動(dòng)力學(xué)和介觀尺度研究》 ，作為主要完成人參加安徽省重大科技專項(xiàng)《污泥高干脫水炭化一體化技術(shù)和設(shè)備》，參與的《基于污泥機(jī)械高干脫水的鋼結(jié)構(gòu)板框壓濾機(jī)關(guān)鍵裝備研制與應(yīng)用》技術(shù)獲得安徽省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了市政污泥“高干脫水+熱解炭化處置利用技術(shù)”并順利進(jìn)行工程應(yīng)用，并主持編寫了《安徽省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥高干脫水炭化處置技術(shù)導(dǎo)則》。