市政污泥干化碳化成套168体育工艺技术介绍及产业化案例分享doc

　　市政污泥干化碳化成套工艺技术介绍及产业化案例分享 摘要 本文对污泥连续热力干化耦合绝氧热解工艺进行了详细介绍，并以青岛市即墨区300t/d污泥干化碳化处置工程为例进行了分析。污泥热力干化碳化技术具有减量化彻底、热量利用率高、排放环保、重金属固化、产物安全利用等优点，基于上述技术和环境友好优势，168体育该工艺成为实现污泥处置的优选工艺之一。 在城市污水处理过程中，污水经过一系列处理得以达标排放，而大量污染物被富集、浓缩而转移至污泥中。2015 年全国污泥年总产量接近4000 万吨（以含水率80%计）。按照预测，到2020 年污泥产量将突破年6000万吨[1]。城镇污水处理厂污泥不仅含水量高、易腐烂、有强烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、铜等重金属和多环芳烃等难以降解的有毒有害及致癌物质。污泥未经处理随意堆放，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类身体健康[2-3]。 2020年7月国家发改委、住建部联合印发的城市生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》明确提出到2023年，进一步提高城市污泥无害化处置率和资源化利用率[4]。 国内目前污泥处置的最终去向可分为卫生填埋、土地利用、厌氧消化、好氧堆肥、干化焚烧、炭化等。在上述技术中污泥碳化和焚烧能实现污泥的彻底减量化，而热解碳化跟焚烧相比，具有烟气排放量少、源头抑制二噁英生成、污泥炭用途安全多样等优点，采用热解碳化技术处置污泥越来越普遍[5-7]。 01 污泥绝氧热解碳化成套工艺 污泥绝氧热解碳化技术，就是将脱水后的污泥（含水率30%以下）进行间接绝氧加热，使污泥在500～650℃温度下进行热分解，固体产物冷却后成为污泥炭，热解产生的挥发性气体燃烧后提供碳化所需热量的技术。 污泥中的重金属在碳化过程中转化为残渣态，实现了稳定化，避免在自然界中释放析出，实现彻底安全处置。同时污泥中的抗生素在碳化过程完全分解，彻底无害化。 污泥炭产物可安全消纳使用，用途广泛。在碳化过程中，污泥中丰富的N、P、K 绝大部分留存在污泥炭中，因此污泥炭可作为园林绿化营养土、土壤改良剂；污泥炭化学和物理性质稳定，可作为建材原料使用；又由于其含有较发达的孔隙结构，可作为吸附材料直接或加工后使用；同时污泥炭含水率极低，热值约1500大卡，也可以作为燃料使用。 因此，在目前的污泥资源化利用技术中，污泥热解碳化技术是国际上最先进的环保热点技术之一。 02 工艺流程 图1 工艺流程总图 1、污泥浓缩：污水处理厂含水率97%的脱水污泥通过泵输送至调质池中，添加药剂后，经叠罗浓缩机浓缩到含水率95%的泥浆。 2、污泥调质：调配好的污泥通过泵送至污泥调理罐，加入药剂后进行搅拌调理，使污泥的细胞壁破坏，便于后续挤压脱水。 3、板框脱水：调理后的污泥送入板框机进行固液分离，污泥含水率降至60%左右。 4、热力干化：板框脱水后的60%的泥饼送入污泥干燥机，在干燥机内与碳化炉排出的余热烟气接触，加热蒸发水分，将含水率60%左右的污泥干燥至含水率20%以下。 在此环节，也可利用蒸汽余热锅炉，吸收碳化炉排出的热烟气产生蒸汽，送入污泥蒸汽干化机，与污泥间接接触蒸发脱水。 5、热解炭化：含水率20%左右的污泥，输送进入连续式绝氧热解碳化炉，与热烟气间接加热发生热解碳化反应，产生污泥炭排出经冷却后，送至炭渣储存仓。碳化产生的热解气进入热解气燃烧系统燃烧。 6、热解气燃烧：由碳化炉产生的热解气，进入热解气燃烧装置，产生800~900℃的烟气，返回碳化炉，为热解碳化提供热量。污泥热值较低时导致热解气热量不足时，由天然气补充提供。 7、热量的梯级利用：为了充分回收热量，热解炭化炉产生的热解气燃烧后，产生900℃左右的热烟气，热烟气首先进入热解炉，提供热解所需热量，从热解炉出来的烟气温度为600℃左右，为脱水泥饼的热力干燥提供热量，干燥后烟气温度降至120℃后进入烟气处理系统。 8、烟气处理系统：热解气和天然气燃烧过程中，会产生氮氧化物和二氧化硫等污染物。烟气通过脱硝、脱硫、除尘等工艺处理后达标排放。 03 工艺优势 1、占地小 采用热化学处理技术，与其它非热化学处理技术如堆肥等相比，具有处理速度快、处理周期短，设备处理量大，占地面积小等优势。 2、减量化显著 减量化彻底，一次性减少污泥体积和总量90%以上。 3、无害化彻底 热解炭化处理后可实现100%杀灭各种有害病原菌，并彻底消解抗生素。 4、能耗低 污泥中的热值通过梯级利用的方式，得到最大程度的利用，大大降低了能耗成本。 5、清洁燃烧 燃烧的为热解过程产生的合成气体，为清洁燃烧。 6、重金属固化不再释放 热解炭化过程使污泥中重金属存在形态变得更加稳定、不会在后续利用中再释放、无害且有广泛的用途。168体育 7、不受季节影响 该系统采用机械脱水和热力干燥，在冬季低温下和夏季高温下均能稳定运行，不受季节和气温的影响。 8、产物可安全利用 污泥热解炭化的产物为污泥生物炭，含水率极低，性质稳定，送至热电厂作为辅助燃料或作为园林改良土使用，符合循环经济的发展思路。 04 典型案例分析 1、项目简介 山东省青岛市即墨300t/d市政污泥热解炭化项目，位于青岛市即墨区即墨污水处理厂院内，设计日处理污泥300吨/天，消纳处理即发污水处理厂内产生的污泥。 项目采用污泥调理+板框脱水+热力干化+热解炭化+尾气处理的工艺路线条污泥干化碳化生产线。运行数据显示，污泥减量化程度达到90%以上，处理后的污泥炭渣作为建材原料在当地消纳使用。 该项目已于2019年建成投产，稳定运行，解决了即墨区污泥出路问题，可为国内污泥热解碳化处置项目提供参考。 山东金孚环境工程有限公司采用PC+O模式，为本项目提供完整的工艺包设计、设备制造、供货、安装调试、委托运营服务。 表1 青岛即墨污泥干化碳化项目主要参数 序号 项目 数据 1 污泥来源 市政污水污泥 2 设计处理能力 300t/d（以含水率80%计） 3 处理工艺 污泥调理、板框脱水、热力干化、绝氧热解碳化 4 热源 以污泥碳化产生的热解气为主，补充天然气 5 生产线% 8 板框出口泥饼含水率 60% 9 干化出口污泥含水率 20% 10 炭渣产生量 30t/d（含水率＜1%） 11 炭渣用途 建材原料 2、项目安全性设计 1）干化单元安全性设计 本项目污泥干化热烟气直接换热干化的方式。进入污泥脱水后含水率60%左右，含湿量大。污泥进入干燥机，在干燥机内高速旋转的破碎装置作用下，与污泥与烟气进行快速降温蒸发过程，在干燥过程中，污泥温度低于100℃，烟气含氧量低，安全可靠。 2）热解碳化单元安全性设计 干燥后的污泥（含水率20%以下）进入碳化炉后，被烟气炉产生的烟气间接加热，热烟气不与污泥直接接触，污泥处于绝氧状态，整个系统处于微负压状态，通过氮气密封系统实现和外部氧气的隔绝，将污泥转化为污泥炭，实现安全运行。 具体安全设计如下： ①热烟气与污泥间接接触，不直接接触，确保安全。 ②污泥碳化采用多重组合密封，包括启动、停机和运行过程中的充氮保护，确保污泥热解过程处于绝氧环境，确保运行安全性。 ③污泥碳化炉内为微负压，同时又有多重密封保护，避免了热解气外溢和空气进入，确保了安全性。 3）热解气燃烧单元安全性设计 ①热解气燃烧炉采用负压设计，避免烟气外溢，实现安全和环保。 ②天然气作为热解气稳燃火炬，持续为热解气的燃烧提供点火能量，保证热解气及时着火燃尽； ③热解气燃烧炉内采用蓄热结构，高温蓄热材料在燃烧过程中保持在800~1000℃，当热解气热值和成分波动时，蓄热结构能保证热解气稳定着火燃烧；热风炉设置燃烧摄像头和等离子火焰监测，准确监控燃烧状况。 上述设计确保了污泥在干化及热解碳化过程的安全性，实现安全稳定运行。 3、污泥重金属固化效果分析 污泥炭产物的安全性是本技术的优势，对于本项目产生的污泥生物炭样品，按照《危险废物鉴别标准?浸出毒性鉴别GB 5085.3-2007》进行重金属浸出毒性测试，测试结果如表2所示。 从表2的测试结果来看，所有的重金属经过热解碳化处理后，其重金属的生物毒性降低到很低的水准，远远优于标准限值的要求。 这意味着污泥生物炭产品在进入自然界中，其中的重金属不再会对生物链造成危害，是可以安全利用的。 表2 污泥炭产品重金属浸出毒性测试结果 序号 检测项目 单位 检测结果 标准值 1 总镉 mg/L ＜0.05 ≤1 2 总汞 mg/L 0.0011 ≤0.1 3 烷基汞 mg/L 未检出 不得检出 4 总铅 mg/L ＜0.06 ≤5 5 总铬 mg/L 0.06 ≤15 6 六价铬 mg/L 0.005 ≤5 7 总砷 mg/L 0.00056 ≤5 8 总锌 mg/L 0.06 ≤100 9 总镍 mg/L ＜0.03 ≤5 10 总铜 mg/L ＜0.02 ≤100 05 总结 1、污泥调理脱水、热力强化干化、连续绝氧热解碳化技术的集成应用，具有能量利用效率高、减量化彻底、排放环保、污泥炭安全利用等优点，成为污泥处置领域的优选技术。 2、污泥连续绝氧热解碳化技术，采用中温热解工艺，将污泥在绝氧条件下间接加热，产生的热解气高温条件下低氮燃烧，符合850℃燃烧2s以上的条件，实现清洁燃气的燃烧，从源头上抑制了二噁英的产生，环保排放优良。 3、采用热力干化耦合绝氧连续热解碳化技术，凭借环保方面的巨大优势，不易产生邻避效应，选址落地更加容易，是市政污泥处理处置的发展趋势和方向。 参考文献： [1] 薛重华、孔祥娟、王胜等，我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求[J].净水技术，2018,37(12):33-39. [2] Bingcheng Lin,Qunxing Huang,Mujahid Ali,et al. Continuous catalytic pyrolysis of oily sludge using U-shape reactor for producing saturates-enriched light oil[J]. Proceedings of the Combustion Institute,2019,37(3). [3] Zhiqiang Gong,Chang Liu,Mi Wang,et al. Experimental study on catalytic pyrolysis of oil sludge under mild temperature[J]. Science of the Total Environment,2019. [4] 国家发展改革委 住房城乡建设部关于印发《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》的通知 发改环资〔2020〕1234号 [5]周学坤、景元琢、肖培蒙、孟辉，基于工业示范的市政污泥热解炭化机理研究，科技创新导报 2019年第20-21期 [6] 景元琢、孟辉、肖培蒙、周学坤，市政污泥热力干化尾气净化效果研究，工程技术，2020年1月，188 [7] 景元琢、孟辉、肖培蒙、周学坤，热解炭化对市政污泥重金属生物毒性消除效果研究，工程技术，2020年3月，187

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