导航：安全管理网>> 安全论文>> 环境保护论文>>正文

污泥碳化技术应用现状及展望

文档作者：杨敏，彭艺艺，孟宪翚文档来源：柳州市污水治理有限责任公司		点击数：	更新时间： 2024年07月06日
下载地址：点击这里	文件大小： 1.88 MB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：1.88 MB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

上一篇：污水调节池对污水热能利用影响研究

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

杨敏，彭艺艺，孟宪翚
（柳州市污水治理有限责任公司，广西柳州545002）
摘要：随着城市污水污泥排放量的逐年上升，污泥碳化技术发展迅速。文中分析了城市污泥的碳化机理，简述了几
种主要污泥碳化技术工程应用现状，着重介绍了污泥碳化技术发展趋势，旨在为城市污泥碳化工艺设备的开发和研究
提供参考。
关键词：城市污泥；碳化；深度脱水
中图分类号：TK09 文献标志码：A
文章编号：1001-5523（2017）05-0047-04
随着城市污水和工业废水排放的不断增加， 截至
2016 年9 月底，全国累计建成城镇污水处理厂
3 976 座， 城镇污水处理能力达到1.7 亿m3/d[1]。
污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥， 以含水率
80%计，全国年污泥总产量将突破4 000 万t，而这一数字仍
会不断上升，污泥处理形势十分严峻。因此，如何清洁、高效、
合理地处置污泥已成为亟待解决的问题。污泥处理的原则是
实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。
纵观国内外污泥处理与处置技术的发展及已建成运行
的项目，常见的污泥处理处置方
法主要有好氧发酵（堆肥）、厌氧
消化、填埋、干化和焚烧等。污泥
的最终出路是资源化利用或以
某种形式返回到环境中去[2-3]。
污泥碳化是近年来迅速发
展的污泥处理新技术之一，污泥
碳化是在一定的温度和无氧或
缺氧条件下，通过裂解等方式将
市政生化污泥中挥发分强制脱
出， 同时又保留了污泥中的碳
值，使最终产物中碳含量比例大
幅提高的过程[4]。不同污泥碳化
技术实际应用情况参差不齐， 国外已有很成熟的样板工程，
而国内污泥碳化技术研究起步较晚，但发展较为迅速[5]。因此，
掌握污泥碳化技术应用现状及发展趋势意义重大。
1 连续高速污泥碳化技术
1.1 工艺原理及特点
连续高速污泥碳化技术，在无氧或缺氧条件下加热污泥
来分解污泥中除碳以外的有机物，使污泥中的有机物发生热
裂解反应，从而产生主要有碳氢化合物组成的可燃挥发性气
污泥碳化技术应用现状及展望
J节能科技
IENENGKEJI
能源研究与利用 47
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
2017年第5期·
图1 连续高速污泥技术工艺流程图
万方数据
体，通过燃烧可燃挥发性气体产生的热量来蒸发污泥中的水
分，使污泥的重量和体积大幅度减少，完成污泥碳化的过程。
连续高速污泥碳化技术充分利用污泥自身的能量，显著降低
污泥体积和重量，且污泥碳化后的产品与木炭具有相似的物
理特性，使污泥最终处置变的简单，并实现了碳化产物的资
源化利用。
1.2 工艺流程图
连续高速污泥碳化技术工艺流程如图1 所示。该系统主
要由污泥接收系统（污泥斗及传送带等）、污泥干化炉、污泥
碳化系统（碳化炉、预热炉、再燃炉、备用炉）、粉尘收集系统、
热回收与交换系统、尾气处理（脱臭炉、风机和排烟塔）以及
碳化产品冷却和包装系统等七个部分组成[6]。
该污泥处理技术采用内破碎回转滚筒干化装置和多段
开孔管有机废物裂解碳化装置对污泥进行干化和碳化处理，
通过无氧或缺氧条件解热污泥分解污泥中有机物，产生可燃
挥发性气体，可燃挥发性气体从碳化炉开孔管中析出并在碳
化炉及再燃炉中燃烧，燃烧后的高温烟气进入回转滚筒干燥
机，蒸发污泥中的水分，从而充分利用污泥自身的能量，产生
出化学性质稳定的碳化产物，达到减少污泥的体积和重量以
及高效节能的目的。高温和高浓度废气经过“水洗降温塔+
生物除臭塔+ 活性炭吸附塔”处理装置高效率无害化净化处
理后达标排放。
1.3 污染物排放情况分析
以某地10 t/d 污泥连续高速碳化工程为例，废气排放检
测结果以及碳化物浸出毒性检测结果如表1 和表2 所示。废
气排放浓度和碳化物浸出毒性远低于《城镇污水处理厂污泥
处理单独焚烧用泥质》等标准要求。
1.4 投资及运行成本分析
连续高速污泥碳化系统单位投资约60 万元/t 湿污泥
（按含水率80%计）， 运行成本根据污泥热值不同有所差异，
直接运行成本约为200～250 元/t。
2 污泥干馏制生物炭技术
2.1 工艺原理
污泥干馏制生物碳是在密封、无氧、非燃烧和高温状态
下进行的化学反应过程，对污泥进行高温加热，并在催化剂
作用下，通过干馏作用将污泥热分解为生物质油、生物炭、不
凝气体和水[7]。整个过程包括干化、汽化、热解、脱氢、热缩合、
碳化等反应，将污泥中的水分蒸发，有机物转化为可燃气体
和有机碳。整个工艺过程中将燃料的燃烧与干馏污泥制生物
炭分别在两个独立的空间进行，通过气体燃烧室的阶段性升
温，将污泥中的水分蒸发，有机物逐渐气化和碳化。
2.2 工艺流程图
污泥干馏制生物炭工艺流程如图2 所示，污水厂湿污泥
（含水率约80%）首先通过泵送入预热干燥机内，利用干馏机
内燃气燃烧产生的热烟气用于干燥污泥，污泥含水率干燥至
小于40%，然后进入干馏机。干馏机内污泥碳化产生的可燃
气经过净化分离，然后燃烧，为干馏机提供碳化所需热量。另
外采用天然气补燃，保证干馏机热量供给。
2.3 主要技术特点
污泥中具有丰富的氮磷等营养元素，污泥制备的生物炭
具有较好的利用价值，在农业、能源和环境等方面均有很好
的利用效益。污泥干馏制生物炭技术可以显著降低污泥体积
和重量，碳化后的物质可以资源化利用，大大较少碳排放。同
时，系统过程中辅助燃料可采用天然气、液化气等清洁能源，
没有污染物排放。
污泥干馏项目可在污水厂内进行处理，可使污水厂独立
实施污泥处理，仅属于技术改造，同时增加了对污泥处理全
过程的可控性，从而规避污泥处置带来的二次环境污染。同
时，该污泥处理系统具有较强的稳定性，且占地面积小。
2.4 投资及经济效益分析
建设50 t/d（含水率≤80%）的污泥干馏热解处置项目，
实际总投资需要1 671 万元，其中环保投资为50 万元，占比
为3%左右。整个系统过程中能源消耗少，封闭状态下热损失
少，平均单位污泥处理设施占地为10.08 m2。
48 能源研究与利用
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
·2017年第5期
J节能科技
IENENGKEJI
表1 废气排放检测结果mg/m3
表2 碳化物浸出毒性检测结果mg/L
万方数据
能源研究与利用 49
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
2017年第5期·
J节能科技
IENENGKEJI
以日处理50 t 污泥为例，全年可处理污泥18 250 t，制成
生物炭约1 800 t，出售后可获利109.5 万元，节约污泥运输成
本约50 万元。而且，系统过程中产生的副产品生物有机碳性
能稳定，可长期保存，具有很高的附加值。
3 污泥碳化技术发展趋势
研究发现，现阶段污泥碳化技术应用较多的为干化碳化
法（裂解法）。传统的热裂解法在无氧或缺氧环境下，利用污
泥碳化系统对干燥污泥进行高温加热使有机物转化为炭。因
此，将湿污泥转化为含水率尽可能低的干燥污泥是一个亟待
解决的问题，这对整个污泥碳化系统的稳定运行和工艺参数
的调整至关重要。污泥深度脱水技术与污泥碳化技术的耦合
系统—污泥深度脱水- 碳化技术，将有力推动污泥碳化技术
的发展和应用。
3.1 污泥深度脱水—碳化技术工艺原理
湿污泥（含水率为80%）在调理池内稀释后，在调理剂的
作用下进行调理改性，再通过高压泵送至高压压滤机，待高
压压滤机中充满调理污泥后， 调高高压油泵压力进行压榨，
得到含水率小于55%的泥饼。然后，泥饼送入干燥系统进行
干燥，将污泥含水率降至20%以下。最终，含水率小于20%的
污泥进入低温碳化反应器， 在高温无氧的作用下进行裂解，
分解成低分子量的有机物、油类物质、可燃气体和有机碳。
整个工艺过程中产生的热量尽可能回收循环利用，达到
工艺系统高效、节能和资源化，产生的尾气经处理后达标排
放。
3.2 工艺流程图
污泥深度脱水- 碳化技术工艺流
程图如图3 所示。整个工艺流程由污
泥深度脱水系统、污泥干化系统、污泥
碳化系统、热回收系统和尾气处理系
统组成。
在深度脱水系统中， 含水率为
80%的污泥在调理池内进行稀释，并
在调理剂的作用下反应改性， 然后通
过高压泵送至高压压滤机， 高压泵以
0.6～1.0 MPa 的输送压力将改性后污
泥送入压滤机的多块滤板之间的空隙
内， 当高压泵的输送压力逐步升高至
最高压力1.0 MPa 时，表明本污泥脱水机的多块滤板之间的
空隙内都充满了污泥，高压泵停止运行，关闭污泥脱水机的
进料阀门， 启动污泥脱水机的高压油泵， 由高压油泵提供
25～30 MPa 的压力，压缩滤板之间的空隙内污泥，使污泥再
次压滤得到含水率小于55%的泥饼。
泥饼送入干化系统，干化系统采用桨叶式干燥机，通过
高温碳化过程中产生的高温烟气，对污泥进行干燥，将污泥
含水率降至20%以下。然后将干化后污泥送入碳化系统。碳
化系统采用高温碳化器，含水率小于20%的污泥在高温无氧
的作用下进行裂解，分解成低分子量的有机物、油类物质、可
燃气体和有机碳。油类及低分子有机物在进入碳化反应器燃
烧段燃烧，燃烧温度可达950 ℃左右，一部分热量进行碳化
裂解， 其余热量则通过烟气的形式供给干化系统干化污泥。
碳化过程中产生的裂解气进入燃烧室，与生物质燃料共同燃
烧，燃烧过程中会产生大量高温烟气，高温烟气先进入干化
系统用于污泥干化，干化完成后的废气经过“旋风除尘装置
+ 喷淋塔+ 活性炭”除臭装置高效率无害化净化处理后的剩
余烟气达标排放。
图2 污泥干馏制生物炭工艺流程图
图3 污泥深度脱水-碳化工艺流程图
（下转至52 页）
万方数据
2）结合该厂600 MW 机组具体的热力系统，建立了等效
焓降法的通用计算模型， 计算结果与常规热平衡法完全一
致，验证了等效焓降模型的正确性；
3）计算分析表明，对于该厂的超临界600 MW 机组加装
低压省煤器可以大幅度利用排烟余热， 取得较好的经济收
益，并给出合适的连接方案。在VWO 工况下当排烟温度为
160 ℃时，采用绕3#加热器的方案每度发电可以降低标准煤
耗率2.887 g/kW·h，不仅可以降低发电煤耗，提高机组发电
效率，减少温室气体排放，而且还可取得可观的经济效益[4]。
参考文献：
[1] 李建锋，朱超，冷杰，等. 降低锅炉排烟温度的2 种方式比较[J].中国电力，
2012，45(7)：28-33.
[2] 林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994.
[3] 卢洪波， 张超，刘锋，等.锅炉低温省煤器水侧串并联方案的优化选择[J].
东北电力大学学报， 2015，35(4)：20-25.
[4] 周新军，房林铁，张红方，等. 330 MW 机组增装低压省煤器及经济性分析
[J]. 节能， 2011，(6)：16-20.
收稿日期：2017-05-09
（上接第43 页）
3.3 主要技术特点
污泥深度脱水- 碳化技术不仅可以显著降低污泥体积
和重量，并达到碳化后的物质的资源化利用，还可以有效减
少温室气体和有毒有害气体的排放。同时，本技术通过污泥
深度脱水工艺，有效利用污泥处理过程中产生的热能，并循
环利用，从而降低了工艺能耗。
3.4 投资运行成本分析
污泥处理规模按100 t/d 计，总投资费用约为3 890 万元，
其中设备费为2 790 万元。污泥深度脱水及碳化直接运行成
本合计为178.96 元/t。
4 结语
目前，我国大部分污泥没有得到合理的处理处置，这必
将对环境带来巨大的危害。国家各级政府出台系列政策和规
划，大力倡导循环经济与可持续发展，着重关注污泥资源化
和能源化利用。污泥碳化技术可以有效实现污泥的减量化和
资源化，其技术优势会越来越明显，应用前景更广阔。而污泥
碳化整体工艺流程的能源循环利用和污泥碳化设备的国产
化的进一步研究和发展，使得污泥碳化成本的降低将是未来
的重点研究内容。
参考文献：
[1] 张勇. 我国污泥处理处置现状及发展前景[J]. 中国资源综合利用，
2014，32(10)：23-26.
[2] 张冬，董岳，黄瑛，等. 国内外污泥处理处置技术研究与应用现状[J]. 环境
程， 2015，(s1)：600-604.
[3] 王刚. 国内外污泥处理处置技术现状与发展趋势[J]. 环境工程，2013，(s1)：
530-533.
[4] 于洪江. 污泥低温碳化技术分析和应用实例[A]：2012（第四届）上海水业热
点论坛论文集[C]. 2012：55-57.
[5] 毛彦霞, 张占梅. 市政污泥炭化处理技术研究进展[J]. 环境科学与管理，
013，(10)：132-135.
[6] 舒斌, 罗臻. 污泥处置的新途径—污泥碳化[C]. 2009.
[7] 李刚， 王格格， 陆江银，等. 干馏法处理污泥制备生物炭的研究进展[J].现
代化工， 2015，35(2)：32-35.
收稿日期：2017-06-09
（上接第49 页）
色升级，将先进的生产工艺、污染物处理技术和装备应用到
企业实际生产中。
4）企业面对资金困难的现状，一方面可从自身挖潜，减
少不必要的支出， 空留出资金用于技术改造或设备维护；另
一方面可与政府或节能服务公司展开合作，以“PPP”模式或
合同能源管理模式推进节能技改项目实施，利用项目产生的
节能收益支付项目投资费用；企业还可向政府部门申请项目
相关的财政奖励基金，减轻项目投资压力。
收稿日期：2017-05-02
J节能科技
IENENGKEJI
52 能源研究与利用
ENERGY RESEARCH &amp;amp; UTILIZATION
·2017年第5期

网友评论 more

环境保护论文最新内容

07-06