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

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，這其中少不了企業(yè)的核心技術(shù)團(tuán)隊的努力奉獻(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、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)隊專家?guī)?，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢在實際項目中的應(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(fēng)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(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(fēng)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(shù)”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(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(jié)構(gòu)，被固定在污泥顆粒表面的水分，它不能被機械脫水去除。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(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?xì)浔壤涣呀?，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?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，初步實現(xiàn)減量化。“干化炭化系統(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?zé)煔馓峁峤馓炕哪茉葱枨螅瑹峤馓炕挠酂釤煔馓峁└苫哪茉葱枨?，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

（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)。

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編輯：徐冰冰