焦点提醒：【干货】污泥碳化手艺成长陈述（一） 发布在：上海市导 读污泥碳化手艺是最近几年来成长的污水厂污泥热化学处置的方式之一。为增进污泥碳化手艺成长和利用，由北控水务杭世珺工作室牵头、结合同济年夜学和武汉普乐情况手艺无限公司，依托国度污泥处置措置财产手艺立异计谋同盟，设立了污泥碳化手艺的宏不雅研究课题，展开污泥碳化手艺成长、手艺尺度、项目扶植尺度等方面的研究。课题担任人：戴晓虎 杭世珺手艺担任人：罗臻 陈德珍课题构成员：陈云 关春雨 许文波 杨东海 刘志刚 罗弘熙 杨海 余斌

【干货】污泥碳化手艺成长陈述（一）发布在：上海市

导 读

污泥碳化手艺是最近几年来成长的污水厂污泥热化学处置的方式之一。为增进污泥碳化手艺成长和利用，由北控水务杭世珺工作室牵头、结合同济年夜学和武汉普乐情况手艺无限公司，依托国度污泥处置措置财产手艺立异计谋同盟，设立了污泥碳化手艺的宏不雅研究课题，展开污泥碳化手艺成长、手艺尺度、项目扶植尺度等方面的研究。

课题担任人：戴晓虎 杭世珺

手艺担任人：罗臻 陈德珍

课题构成员：陈云 关春雨 许文波 杨东海 刘志刚 罗弘熙 杨海 余斌

陈述分污泥碳化手艺成长布景、手艺与装备、国表里手艺成长、相干律例和尺度、总结与瞻望六个章节，内容很是详实丰硕，共分为三期推送，本期为前两章。

跟着我国经济的高速成长和城镇化程度的晋升，污水发生和处置量日趋增添，我国污水处置范围已跃居世界首位。按照住房和城乡扶植部最新数据，截止到2020年，我国已建成城镇污水处置厂4326座，污水处置量到达2.2亿立方米/日，由此发生的污泥量已冲破6500万吨/年（以含水率80%计）。污泥作为污水处置的进程产品，浓缩聚集了污水中的30%~50%污染物，具有“污染”和“资本”的两重属性，污泥的平安处置措置与资本化一向是污水处置范畴的国际研究热门。因为我国污泥处置起步较晚，持久以来以填埋措置体例为主，形成严峻的二次污染和资本华侈。污泥处置措置是我国水污染防治中面对的严重瓶颈问题，也是我国污水处置的短板之一。

最近几年来，跟着我国对污泥问题的正视，投入了年夜量的资金和研发气力，在生物不变、脱水减量、热化学处置措置等方面冲破了一系列要害手艺与严重设备，相干国度政策接踵发布，慢慢明白了污泥处置的要乞降方针，污泥处置措置行业快速成长。今朝，经常使用的措置体例首要包罗地盘操纵、建材操纵、卫生填埋等，响应的处置手艺首要包罗污泥厌氧消化、好氧发酵、干化燃烧、深度脱水等，逐步显现多元化的处置措置体例。

污泥碳化手艺是上世纪90年月在日本和欧美成长而来的污泥处置新手艺，2008年今后中国也慢慢展开了污泥碳化的手艺研究和项目利用。国表里项目利用的成果注解，和保守的堆肥、燃烧等污泥处置手艺比拟，污泥碳化在能源有用操纵、资本化、温室气体减排等方面表示出必然的劣势。是以，污泥碳化手艺逐步成为国际上污泥处置的研究热门和新的成长标的目的。

污泥碳化手艺固然在中国已有十几年的成长，但仍然未能获得年夜范围推行利用。为了更好地领会该手艺的合用性和成长潜力，本研究将从手艺、经济、项目和政策律例等方面临国表里污泥碳化手艺进行系统回首，以期为我国污泥碳化手艺的成长供给参考和指点。

01

污泥碳化手艺成长布景/Sludge

1.1 污泥碳化手艺道理

污泥碳化是在无氧或缺氧前提下进行热解处置，以取得含碳固体产品为首要方针产品的污泥不变化进程。无机物在碳化进程会产生分化，产品包罗由低份子无机物、水蒸气等构成的热解气、焦油、和由固定碳和无机物为主的固体碳化物（日本、德国均将污泥碳化物归类到生物炭（Biochar）（图1）。因为水份的蒸发和热解气体的挥发，逐步构成概况和内部孔隙发财、且富含固定碳的污泥碳化物（图2）。污泥碳化物在生物、化学、物理等方面具有杰出的不变性，在多个范畴均有较好的资本化操纵前景。

图1 污泥碳化处置进程示企图

图2 污泥处置状况与单元质量热值散布图

1.2 手艺成长布景

欧美国度和日本在成长进程中都履历过污水厂污泥处置措置的情况问题，对中国具有必然的鉴戒意义。初期污泥处置措置方式简单，以填埋、投海为主，由此带来了严峻的情况污染。跟着经济成长和公家环保认识的加强，列国当局对污泥处置措置的要求也慢慢提高，并制订了响应的律例。

以日本为例，污泥处置措置的首要体例履历以下变化：

• 上世纪60年月之前：天然干化、间接填埋；
• 60年月：脱水、卫生填埋；
• 70年月：堆肥、地盘操纵；
• 80年月：最先燃烧，最年夜限度减量，燃烧灰填埋；
• 90年月：推行厌氧消化，以收受接管污泥的能源；
• 90年月后期：提出污泥碳化手艺标的目的，深度资本化操纵。

  今朝，污泥燃烧依然是日本污泥的首要处置体例，占70%以上，如图3所示。

  

  图3 日本污泥处置措置近况

  在欧洲一些国度，如德国、荷兰、瑞典、瑞士、奥地利等，燃烧也是污泥的首要处置方式，而部门国度则以污泥农用为首要措置体例，如图4所示。

  

  图4 欧洲污水厂污泥措置环境(Eurostat, 2015)

  欧盟28国污泥处置措置的环境见表1。

  表1 欧盟28国污水厂污泥措置环境(2012–2015)

  

  世界列国对污泥措置的方式各有分歧的偏重点，今朝污泥的处置措置体例首要包括不变化地盘操纵、燃烧建材操纵、和卫生填埋，此中美国、英国等首要采取地盘操纵的措置体例，日本地盘面积较小，首要采取燃烧建材操纵的体例，德国最近几年来正视污泥磷收受接管，燃烧比例有所增添。整体上，国际污泥处置措置以地盘操纵和燃烧为主，此中地盘操纵呈逐步增添的趋向，燃烧呈稳步成长趋向，而卫生填埋因为情况负面影响较年夜，呈降落趋向。

  跟着情况治理政策的增强和社会经济的成长，到本世纪初，日本和欧美国度在污泥不变化、无害化处置方面已获得了长足的前进，污泥处置措置手艺成长程度已可以或许知足社会和情况的根基要求。跟着污泥热化学处置手艺的成长，日本和欧美国度率先提出了污泥碳化再操纵的概念，以到达更好的减排和资本化操纵的方针。在如许的需求驱动下，污泥碳化手艺应运而生。

  1.2.1 日本碳化手艺的成长

  上世纪90年月末，跟着污水处置量的增添，日本市政污泥的产量也随之增添，对污泥的处置措置体例提出了更高的要求。各类分析身分促使日本最先追求开辟新的污泥处置措置手艺，污泥碳化手艺迎来成长机缘。本世纪初，污泥碳化手艺在日本获得开辟利用，首要驱动力以下：

  （1）地盘和填埋场容量限制

  烧毁物终究措置（包罗燃烧灰）所触及的填埋场新开辟用地难等身分，使得填埋场（包罗燃烧灰填埋场）的残剩容量变得极其无限。

  （2）温室气体减排

  跟着《京都议定书》的签定和生效，温室气体减排需求日趋凸起，是以需要寻觅污泥处置范畴实现碳减排的新路径。

  （3）消弭二噁英污染隐患

  燃烧是日本污泥的首要处置体例，而二噁英排放首要来自在烧毁物燃烧（包罗污泥燃烧）和钢铁冶炼，是以，对污泥燃烧二噁英排放也最先强迫治理。现实上，80年月以来固体烧毁物（包罗污泥）燃烧敏捷成长所带来的二噁英排放已成为年夜气污染的主要隐患，亟需寻觅二噁英排放量低的污泥处置手艺。

  （4）资本化操纵的方针

  日本在污泥碳化资本化操纵方面，存眷的重点不是热解气而是碳化处置获得的污泥碳化物。其方针是推动污泥碳化物在燃料、地盘操纵、建材操纵等各方面获得利用。

  1.2.2 欧洲碳化手艺的成长

  欧洲成长污泥碳化手艺的驱动力来历在寻觅比燃烧更洁净的处置手艺和对污泥中磷的有用收受接管操纵。

  早在上世纪90年月，德国投入了年夜量的科研气力，延续展开污泥碳化方面的研究与项目示范。德国成长碳化手艺的首要缘由在在：

  （1）污泥燃烧发生的复杂污染物处置难，情况健康效应不明白。而污泥热解手艺能够实现气相产品燃烧，下降持久性污染物的排放；

  （2）德国要求污泥燃烧后灰渣中磷收受接管率年夜在80%，但今朝从污泥燃烧灰渣中提取磷经济性较差，而污泥碳化除比燃烧进程更洁净以外，还能为污泥中磷资本的收受接管操纵供给有益前提。

  欧友邦家中德国的污泥产量最年夜，2015年为180万吨(干量)，占28个欧友邦家污泥产量的 20.4%。2017年10月修订的“德国污泥条例”正式公布，其主要的划定是：在划定的过渡期(12年或15年)以后，所有范围跨越5万生齿当量的污水厂都必需从污泥或污泥灰进行磷收受接管，同时对此后过渡期间内还进行“地盘操纵”的污泥措置提出了更严酷的要求。是以，必需找到有用的污泥磷收受接管手艺。

  磷能够从污泥中间接收受接管（要求收受接管率不得低在50%）或在污泥热处置（如燃烧）后收受接管。假如在污泥燃烧后收受接管灰渣中的磷, 要求收受接管率年夜在80%。今朝从污泥燃烧灰渣中收受接管磷本钱要高在从磷矿石中提取磷，所以从污泥燃烧灰渣中提取磷经济性较差。而污泥碳化物中的含磷程度较着高在欧盟对磷肥中含磷程度的划定，且含有N、 K、 Ca 等养分元素，并具有多孔、吸附性等特点，能够用作肥料或泥土改进剂。同时碳化对污泥重金属具有必然的不变固化感化，有益在下降后续操纵进程的情况风险。

  另外，欧洲已公布生物炭的尺度。The European Biochar Certifcate (EBC)是欧洲和瑞士生物炭的保举性工业尺度（Voluntary industry standard），它划定了生物炭的含碳量必需跨越50%，含碳量小在50%的含碳固体被认为是热解含碳材料(PCM)。

  1.2.3 中国碳化手艺的成长

  中国污泥碳化手艺的呈现，源在中国企业对国外手艺的引进，在引进之初并没有明白的社会成长政策导向、行业手艺政策导向或明白的资本化操纵方针的差遣。2006-2008年，湖北博实城乡情况能源项目公司从日本引入污泥碳化手艺；同期，密西西比国际水务(中国)公司从美国引入污泥碳化手艺。但因为缺少手艺成长的顶层设想，中国污泥碳化手艺成长较为迟缓。

  02

  污泥碳化手艺与装备/Sludge

  污泥碳化手艺最早来历在生物资热解碳化。世界规模内，日本污泥碳化手艺成长较快，已获得了较多的项目利用，今朝最年夜的污泥碳扮装置处置能力为150吨/日。

  2.1 污泥碳化手艺

  2.1.1污泥碳化系统构成

  污泥碳化工艺首要由污泥干化、污泥碳化、尾气处置和能源收受接管操纵等单位构成。此中，干化是碳化的预处置单位，碳化是焦点单位。

  因为污泥干化进程会释放臭气，同时在热解进程中也会发生多种气体成份，是以，尾气处置单位不成或缺。尾气处置手艺办法与污泥的构成性质和全部系统进程的手艺参数紧密亲密相干。能源收受接管系统是下降系统能耗的保障。在日本的现实项目中，能源收受接管和尾气处置两个部门的装备投资占到装备总投资的30%-40%。

  2.1.2 污泥碳化反映前提

  污泥碳化是采取热解的方式处置污泥。在以下四个前提同时具有的环境下，碳化进程才能产生或手艺可行：

  （1）无机物含量

  污泥碳化的热解反映对象是污泥中无机物，无机物含量会间接影响污泥碳化进程能耗程度、碳化物成份等。日本市政污泥的无机物含量凡是到达70%-85%，而今朝中国市政污泥的无机物含量凡是只要40%-60%。当污泥无机物含量太低时，污泥碳化进程经济性较差，且污泥碳化物可操纵性差，不宜采取碳化工艺进行处置。

  （2）绝氧（或缺氧）情况

  无机物的热解反映只要在绝氧����Ϸapp（或缺氧）的前提下才会产生。

  （3）热解反映温度

  污泥无机物受热到达必然的温度以后，热解反映才最先产生。热解所需要的温度凡是按照污泥无机物含量、成份和资本化操纵路子而肯定。凡是污泥热解的温度规模为250-700°C。

  2010年日本下水道新手艺推动机构发布的《污泥热分化燃料化系统手艺手册》提出污泥碳化进程产生的根基温度为250℃（污泥颗粒应到达的温度）。同时提出，当脱水污泥的热值高、有足够热值残留在碳化污泥中时，碳化温度设为500℃，增进裂解气生成以下降碳化进程运营本钱。当脱水污泥热值低、没有足够热值残留在碳化污泥中时，碳化温度节制在500℃以下，以尽可能将热值保存在碳化污泥中。

  （4）足够的反映逗留时候

  污泥碳化处置反映逗留时候，需按照污泥无机物含量、挥发份特征和热解温度等肯定。在不异的碳化温度前提下，假如连结碳化物中碳、氢、氧等元素的终究残留率分歧，污泥无机物含量越高，所需要的热解反映逗留时候越长。

  2.1.3 污泥碳化工艺分类

  1、按资本化产品分类

  污泥碳化进程以取得含碳固体产品为首要目标。按照污泥碳化的资本化产品品种，可将污泥碳化工艺分为污泥碳化根本工艺和污泥碳化产油（气）工艺。

  （1）污泥碳化根本工艺

  污泥碳化根本工艺是以污泥碳化物为独一产品，是污泥碳化手艺项目利用的支流工艺。碳化进程中发生的干馏气被燃烧操纵释放热量，以削减全部进程的能量弥补，到达节俭能源的目标。

  根本工艺凡是由污泥干化、污泥碳化、尾气处置等首要单位构成，如图5所示。

  

  图5 污泥碳化根本工艺

  （2）污泥碳化产油（气）工艺

  污泥碳化产油（气）工艺是污泥碳化根本工艺的衍生工艺，进程的方针产品包罗污泥碳化物和油（气）两种可收受接管操纵的产品。衍生工艺是经由过程对污泥的热解碳化处置，最年夜限度收受接管污泥中可资本化操纵的物资，而到达这个方针的重要前提是污泥的无机物含量足够高。今朝，污泥碳化衍生工艺利用的案例很少，可是将来的成长标的目的之一。

  污泥碳化产油（气）工艺凡是由污泥干化、污泥碳化、尾气处置、油（气）改质等首要单位构成，如图6所示。

  

  图6 污泥碳化衍生工艺

  2、按碳化处置进程温度分类

  按照碳化的操作温度，将污泥碳化手艺划分为低温、中暖和高温碳化，如图7所示。

  

  图7 分歧温度规模污泥碳化分类

  该分类首要是基在碳化物质源化操纵标的目的的不同：

  （1）高温碳化的产品首要利用在泥土改进、建材操纵等方面，为了资本化操纵的平安，污泥必需获得最年夜限度的不变化和无害化，是以采取高温的热解前提；

  （2）低温、中温碳化产品首要的资本化操纵标的目的为燃料化，将碳化物作为替换煤的辅助燃料。在包管污泥碳化物的性质获得根基不变的条件下，尽可能保留碳化物热值，是以采取低温、中温的热解前提，保存一部门挥发分。

  2.2 污泥碳化装备

  污泥碳化炉（反映器）首要包罗以下几种情势：

  外加热螺旋推动碳化炉、间接加热螺旋推动碳化炉、外加热反转展转窑碳化炉、间接加热反转展转窑碳化炉和多膛炉。

  2.2.1 外加热螺旋推动碳化炉

  采取间接加热和螺旋驱动物料进步的管式热解炉，裂解发生的挥发份在裂解管上启齿喷出后当即燃烧，高温烟气除供热解能耗外还能干燥污泥。

  该类碳化炉能合用在高温、中暖和低温碳化，代表性公司为日本巴工业股份有限公司（TOMOE）。其系统概念和工艺如图8和图9所示。

  

  图8 日本TOMOE外加热螺旋推动碳化炉

  

  图9 日本TOMOE高温碳化系统

  德国ELIQUO STULZ公司供给的Pyreg®碳化工艺也采取了外热螺旋推动碳化反映器，如图10所示。

  

  图10 PYREC®污泥热解工艺

  2.2.2 间接加热螺旋推动碳化反映器

  该类装备采取导电螺旋间接加热污泥，使污泥发生热解反映。

  该类装备的代表公司是法国的ETIA，其部属公司BIOGREEN®开辟了Spirajoule®碳化工艺，该装备的焦点部件是由焦耳效应电加热的无轴螺旋。道理上该手艺可用在无机烧毁物的碳化、热解或气化，发生碳化物、油和蔼。其反映器和系统如图11、图12所示。

  今朝，还没有见该手艺在污泥碳化项目利用方面的报导。

  

  图11 Spirajoule®反映器

  

  图12 Spirajoule®碳化系统

  2.2.3 外加热反转展转窑碳化炉

  该类装备的主体为反转展转窑，外部设有益用高温烟气作为加热介质的夹套。该类装备凡是用在低温或中温碳化，当用在高温碳化时，只能应对小范围的处置。

  该类装备的代表性公司为日本月岛机器、三菱重工，首要在日本污泥碳化燃料化项目中获得利用。其装备和工艺如图13、图14所示。

  

  图13 TSK碳化炉

  

  图14 外热反转展转窑污泥碳化系统

  2.2.4 间接加热反转展转（窑）碳化炉

  间接加热反转展转（窑）碳化炉是从反转展转燃烧炉成长而来的。经由过程节制供氧使部门挥发分燃烧，间接给污泥供给碳化进程所需的热量，到达污泥碳化的方针。该类装备的代表性公司是日本脏器制药股份有限公司，其装备和工艺如图15、图16所示。

  

  图15 日本脏器制药股份有限公司间接加热反转展转碳化炉

  

  图16 间接加热反转展转碳化系统

  2.2.5 多膛炉

  保守的多膛炉首要用在烧毁物的热解燃烧。经由过程改变反映前提，多膛炉能够用在污泥碳化。污泥颠末事后干燥或不干燥，从上部进入逐层下降，在炉内隔层装有燃烧器对污泥进行加热实现碳化或气化。节制供入的风量便可调剂污泥碳化和蔼化的水平。其装备情势和系统如图17、图18所示。

  

  

  图17 多膛炉布局示企图

  

  图18 TSK多膛炉碳化系统

  文章来历在污泥立异计谋同盟 ，作者国度污泥财产同盟

  
  

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