有機污泥干化、熱解炭化一體化技術在工程上的應用

王其

摘 要：污泥熱解炭化技術是近幾年推廣使用的一種工業有機污泥處理新方法，具有污染物處理較為徹底、最終產物可實現資源化利用等優勢。實踐表明，如果將含水率在80%左右的濕污泥直接進行熱解炭化，不僅會降低處理效率，而且增加能源消耗。因此，增加前置的污泥干化工藝，推行“脫水干化+熱解炭化”的一體化處理技術，成為有機污泥無害化處理的新選擇。本文結合一個使用污泥干化、熱解炭化一體化技術的工程實例，首先從污泥調理、脫水、干化-高溫炭化、碳粒存儲、臭氣處理等方面，簡要概述了工程項目各個環節的技術要點;隨后分析了污泥處理中熱解氣與最終產物碳粒的資源化利用方式，并對該工程的經濟效益、環保效益進行了預測，為該技術的推廣應用提供了一定幫助。

關鍵詞：有機污泥;干化;熱解炭化一體化 ;資源化利用

脫水干化、熱解炭化一體化技術的原理，是將高含水率的有機污泥進行干化處理，理想情況下干化后污泥含水率在50%以下;然后再利用設備進行加熱使其分解、炭化，最終產物為含水率在5%以下的碳粒。碳?？勺鳛榻ㄖ?、工業等領域的重要基礎材料，從而實現了無害化處理和資源化利用。近年來，在新設備、新工藝的帶動下，污泥的脫水干化、熱解炭化一體化技術已經比較成熟，這就為技術的推廣應用創造了便利條件。

1.工程項目概況

該工程項目共包含五個系統，分別是污泥調理系統、脫水系統、干化熱解炭化系統、存儲系統和臭氣處理系統。工程總占地面積1464m2，其中建筑物占地面積1224m2，工程費用950萬元，建成后污泥處理量可達40t/d（折合含水率80%）。

2.有機污泥干化、熱解炭化一體化技術的應用

2.1污泥調理處理

調理系統的作用是破壞污泥的膠體結構和水分結合容量，達到壓縮、減量的目的，既可以減輕后續污泥熱解炭化的能量消耗，又可以進一步提高脫水效果。常用的調理方式有物理調理（加入硅藻土）、化學調理（加入無機金屬鹽）和生物調理（加入復合酶）等。在綜合考慮成本、環保等因素后，本工程選擇生物調理工藝。主要設備有1臺直徑為2.0m、高度為2.5m的污泥調理罐，內置1臺功率為5.5kW、轉速為45r/min的攪拌器。同時，配套設置1臺加藥設備。在均勻加入生物復合酶之后，通過攪拌使生物復合酶與污泥充分結合，提高調理效果。

2.2污泥脫水處理

對污泥進行深度脫水，通常將含水率控制在50%以內，從最初的濕潤狀態變成半干狀態。臥式隔膜板框脫水機能夠滿足污泥干化處理的要求，但是實際使用時存在能耗高、效率低的問題。而本工程每日處理污泥量較大，因此臥式隔膜板框脫水機的性價比不高。立式壓濾機高干污泥脫水機能夠在不借助外部能源的情況下，將經過調理后、含水率在80-90%之間的污泥，深度脫水至50%以內。除了脫水效果好，該設備還具有占地面積小、自動化程度高、污泥減容量大等優勢。

2.3污泥干化、熱解炭化一體化工藝

基于干化、熱解炭化一體化工藝的污泥熱解過程共包含3個階段：首先是干化階段，溫度維持在25-100℃之間，污泥中剩余的游離水、結合水完全脫除;其次是熱解階段，溫度升高至100-350℃。提供無氧環境，隨著溫度逐漸升高，污泥中的各類揮發物開始不斷析出，污泥質量進一步降低，最大減重可達85%，最大減容可達95%;最后是碳化階段，溫度繼續升高并維持在400℃以上，在微觀結構上污泥的C-C鍵和C-H鍵發生裂解，實現炭化。污泥中有機物的熱解過程如圖1所示。

該環節使用到的核心設備為一體化雙層套筒式旋轉炭化機，最大功率為45kW，污泥炭化處理能力可達到25m3/d。另外還有1臺功率為4kW的燃燒器、1臺DLSLN-2-60型冷凝器和1臺DJHR-2/Z型蒸汽熱換器。具體運行工藝流程為：前端深度脫水后的污泥（含水率<50%）經密閉螺旋輸送機均勻送入炭化機上部，通過鎖風器進入炭化機內部，保持炭化機內微負壓，對空氣進行隔絕，使炭化機內部形成一個無氧或缺氧的空間，污泥從20℃左右的溫度，經過干燥段130℃-150℃，熱解段250℃-450℃以上，炭化段450℃-650℃，降溫段140℃。完成上述流程后，可以得到含水率≤5%的干化污泥。此時污泥的狀態以粉末為主，但是也有一些顆粒物。

在熱解過程中，由于提供了無氧環境，因此污泥熱解基本上不會釋放出二噁英。而常規的二氧化硫、氮氧化物等具有污染性的氣體，釋放量也明顯減少，因此干化、熱解炭化一體化技術在環保方面也有顯著優勢。對污泥熱解生命周期評價表明，其熱解技術的GWP（全球變暖潛能）僅為厭氧消耗的0.37倍、直接填埋的0.22倍、焚燒處理的0.18倍。

2.4污泥存儲工藝

經過熱解炭化處理后得到的碳粒，會從炭化機下方的出料口掉出，并落到螺旋輸送機上。碳粒的含水率≤3%，初始溫度在135-140℃。因為碳粒溫度極高，在接觸外界空氣（氧氣）后，極易發生自燃現象，不僅造成了資源、能量的浪費，而且容易燒毀輸送帶，引起火災事故。因此，必須要對高溫碳粒做相應的降溫處理?？捎梅椒ㄓ?種：其一是采用內置冷卻水循環管路的方式，將其布置在輸送帶的下方，使低溫冷卻水不斷流動，達到幫助碳粒降溫的效果。其二是在輸送帶的兩側，分別對稱設置若干個水冷噴霧裝置。冷卻水通過噴嘴以水霧形式噴出，落到高溫碳粒上，也可以達到幫助碳粒降溫的效果。此方法降溫速度更快，但是碳粒含水率會有一定程度的上升，最高不超過10%。經過降溫處理，碳粒溫度降低至室溫，在運送至輸送帶的末端后，掉入集料倉中，儲存起來。該系統中包含的核心設備主要有：1臺功率為6.0kW、長度為10m的帶式輸送機;1臺功率為4.5kW、儲水量為25m3/h的循環水泵;1臺功率為3kW、儲水量為20m3/h的噴淋水泵;1臺總容積為200m3，尺寸為10m×5m×4m的碳料倉。

2.5煙氣及臭氣處理工藝