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1、 污泥碳化技术污泥碳化技术浙江科技学院 建工学院 毛敏敏 给排水 072指导老师 宋亚丽摘要摘要 随着城市人口的增加，工业化、城市污废水处理厂的增设，污泥产生量逐渐增加，污泥处理成了环境的焦点。原有技术包括干燥、填埋、堆肥等工艺只是对污泥进行简单的处理。而污泥干燥碳化技术不仅能有效处理污泥，还能将其制成具有高附加值的活性炭，真正实现了废弃物的资源化处置。污泥碳化主要利用污泥在炭化炉中，在无氧或微氧的条件下，使污泥中的水分蒸发出来，同时又最大限度地保留了污泥中的碳值过程。污泥中的有机物被碳化，碳化后的污泥性质类似于活性炭，可以广泛用于吸附除臭脱水等用途。而且碳化后的污泥体积小，污泥中无有毒气体等
2、，不会造成二次污染。所以污泥碳化是一种既不会损坏环境又能资源回用的经济型方法。关键字关键字 污泥碳化技术 优点 缺点 经济 对比 应用一、前言一、前言自从 2007 年国家发改委提出节能减排的法案以后，越来越多的人们提出了节能减排的金点子。加上近年来频频发生的自然灾害和气候变化大的现象，国家又于 2008 年提出了“低碳”的概念，到了今年也越来越多的人宣扬低碳生活了。作为给排水专业的学生，我们应该致力于寻求一种利国利民，维护环境的方法去解决我们现有处理方法中所存在的不足。随着经济的快速发展，我国的城市污水和工业废水的处理率也在逐年地提高，同时也伴随着处理污废水中也产生了大量的污泥，据了解，20
3、09 年，我国城镇污水处理厂统计有 1992 座，全年污水处理量达 280 亿 m3，相比“十五”初期增加一倍，产生含水率 80%的污泥约 2005 万吨。我国各城市污水处理厂产生的湿污泥将达 3000 多万吨，占我国年总固体废弃物排放量的 5%以上。如果污泥处置不当，不但占用大量的有限耕地，还会对地表环境和地下水造成严重的污染。据统计，现阶段我国的城市生活污泥和工业污泥的处理利用率不足 10%，距发达国家如美国的处理利用率 60%70%相差甚远。在污水处理总投资中，污泥处理设施的成本占到 50%75%。而且国家每年用于污泥填埋的费用大约为 50100 元/吨左右，由上面知，2009 年我国产
4、生 2500 万吨的污泥，那么总费用大约为 125000250000 万元，计 12 亿25 亿元，这是一笔多大的数目啊。所以开发新的、先进的技术，对污泥有效地处理处置，使之变废为宝，又不损害环境，危害人体健康，开辟环境友好道路，走上良性发展的轨道是我们持之以恒的目标。所以这里介绍一种新型的污泥处理技术-污泥碳化技术。二、污泥碳化技术应用现状及研究发展二、污泥碳化技术应用现状及研究发展污泥碳化技术是在上世纪 90 年代出现的，其理论基础研究阶段是在 19801990。到了九十年代中期，已经陆陆续续有小规模的生产阶段。97 年日本三菱在宇部的污泥碳化厂规模为 20 吨/天；同年 Thermo E
5、nergy 在加利福尼亚州Colton 市建立了一个污泥碳化实验厂规模为每天处理 5 吨干泥。因污泥碳化有其明显的优越性，于是从 2000 年开始，污泥碳化技术在国外已经进入大规模的商业推广阶段。目前，日本已经有多家公司生产和销售碳化装置。比较著名的有荏原公司的碳化炉，三菱公司横滨制作所的污泥碳化装置，巴工业公司每天处理 30 吨的污泥碳化装置。2005 年日本东京下水道技术展览会上，日本日环特殊株式会社甚至推出了标准的污泥碳化减量车。该车可以随时到任何有污泥的场所对污泥进行碳化。近期日本巴工业公司还研发了污泥连续碳化技术。在此期间，美国也在不断地完善污泥碳化技术。目前在南加州大洛杉矶地区，经
6、过近 2 年的考察、比较，已经决建立了一个每天处理 675 吨污泥的碳化厂，由能源技术公司（Enertech Environmental Co.）建设、运行。除了日本和美国，澳大利亚 ESI 公司也建设了一座 100 吨/日的碳化处理厂。近几年来，我国也在不断的向国际接轨，碳化技术进入国内市场。2009 年 1 月11 日，中国通用技术咨询顾问有限公司，日本巴工业株式会社，湖北搏实城乡环境能源工程有限公司协办的“关于中日污泥碳化技术研讨会”在湖北省武汉市洪广大酒店成功举办。会上，中国准备引进日本先进的碳化技术并经消化吸收优化，用于武汉污泥处置项目上。同时，哈尔滨凝智科技有限公司也推出了污泥干燥
7、碳化设备。1. 污泥碳化技术的提出污泥碳化技术的提出污泥处理处置的方法有很多，传统的污泥处置总共有以下几个：生污泥浓缩前处理好氧堆肥土地还原土地还原，填埋加无机药剂加有机药剂 冷冻真空式 加压式 离心式 带式消化热处理蒸发干燥湿式氧化土地还原，海洋还原沼气发电调质分离脱水干燥 直接型 间接型焚烧 热分解热回收利用供热 发电立式多段炉回转炉流化床炉 窑炉填埋熔融 烧结燃料化电弧炉鼓风炉喷射炉建筑材料土地还原沼气利用脱水填埋 生污泥浓缩前处理（加药剂或冷冻）脱水好氧堆肥土地还原 生污泥浓缩前处理（加药剂或冷冻）脱水干燥土地还原（填埋） 生污泥浓缩前处理（加药剂或冷冻）脱水焚烧（或热分解）灰分填埋
8、生污泥浓缩前处理（加药剂或冷冻）脱水干燥熔融烧结做建材 生污泥浓缩前处理（加药剂或冷冻）脱水干燥做燃料 生污泥浓缩厌氧消化前处理（加药剂或冷冻）脱水土地还原 生污泥浓缩蒸发干燥做燃料 生污泥浓缩湿法氧化脱水填埋以上各种污泥处置方法各有其优缺点。对于第种方法，就是我们平常所说的堆肥技术。主要采用在好氧条件下，污泥中的微生物进行发酵，把有机废物转化为稳定性较高的腐殖质。优点是：在好氧消化过程中产生了大量的热，这些热产生的高温有效地杀死病原微生物及各种蠕虫卵，另一方面由于在好氧消化时污泥都要跟一些垃圾木屑（统称调理剂）混在一起发酵，此时调理剂能改善污泥的胶体团粒结构，降低含水率。同时因为变成腐殖质，
9、挥发性成分减少，臭味减少，重金属有效态的含量也降低。其缺点是：污泥中的重金属，难降解有机物并未从根本上得到去除。堆肥化过程没有实现体积减量化，而且处理、储存、缓冲区占地面积很大。而且臭味处理过程复杂，易受气候温度的变化，尤其对于南方，因经常下雨，所以储存和堆肥化的场地设施难。对于第种方法，就是目前国内用的较广的污泥浓缩，压滤脱水后排放法。对于这种方法，其优点是操作简便，运行费用低。缺点是：填埋中会有渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当，这种液体就会进入地下水层，污染地下水环境。另外填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。此外，随着城市
10、的发展，适合污泥填埋的场地也越来越有限。如果用作土地还原，则污泥中的二噁英及重金属也会造成二次污染。对于第种方法，就是我们所说的焚烧法。污泥的焚烧是指对脱水或干燥后的污泥依靠其自身的热值或辅助燃料，送入焚烧炉进行热处理，这是由于污泥中的有机物含量高，其热值也相当高 1500020000KJ/KG。其优点是：该处理方法是最彻底的污泥处理方法，污泥最终转化为 CO2,H2O,N2.能杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积；但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，而且最近显示焚烧会产生二噁英。对于第种方法来说，因污泥中能用于做建材和燃料的成分有限，而且技术设备还不能很好的掌握，只能在实验阶段，另外投
11、资设备也比较大。对于第种处置方法，就是采用厌氧消化，其主要是利用微生物在厌氧条件下发酵产生沼气。其主要优点是运行费用低，产生的沼气又能作为能源。但其缺点是污泥属于难降解生物固体,厌氧消化存在反应速度慢,消化时间长,池体体积庞大,生物气中甲烷含量低。第种的湿法氧化又称部分焚烧，属于焚烧类型。其主要缺点是工程运行设备较高，耗电大，噪音大，容器要耐腐蚀性强，反应塔热交换器需常清洗，不能除臭。针对上面的污泥处理过程中产生的缺点，于是提出了污泥碳化技术。污泥在无氧或低浓度氧下被加热使之蒸发焚烧，污泥中的水分被蒸发出来，同时污泥中的有机物也被碳化了。和其他污泥处置方法相比，污泥碳化的主要优点是： 污泥减量
12、化：碳化后的污泥含水率很低，污泥体积减少很多； 无臭味，无有毒气体； 碳化后的污泥可以做活性炭，资源再利用； 没有二次污染； 碳化污泥可以做脱水剂，甚至燃烧； 碳化污泥可以做建材，如吸水式陶瓷； 产生可燃气可回收做热源，无爆炸着火危险；2.2.污泥碳化技术的工艺介绍及过程污泥碳化技术的工艺介绍及过程.污泥碳化的分类： 1.高温碳化：碳化时不加压，温度为 649-982 度，先将污泥干化至含水率约 30，然后进入炭化炉高温碳化造粒。2.中温碳化：碳化时不加压，温度为 426537，先将污泥干化至含水率约 90，然后进入炭化炉分解。工艺中产生油，反应水（蒸汽冷凝水） ，沼气（未冷凝的空气）和固体碳
13、化物。3.低温碳化：碳化前无需干化，碳化时加压至10MPa 左右，碳化温度为 315，碳化后的污泥成液态，脱水后的含水率达 50以下，经干化造粒后可以作为低级燃料使用。.污泥碳化设备： 外热式转炉外热多级螺旋式内热式转炉下面以外热式转炉为例，列举其工作过程。1.碳化炉的构造：如下图所示：2.碳化过程： 在碳化过程中，脱水污泥的投加方式有两种，一种是干燥投加法，另一种是直接投加法。对于干燥投加法来说，脱水污泥先在带有搅拌器的回转干燥机中，干燥到 40%，形成 mm 级颗粒，然后加入到炭化炉中，隔绝空气，加温到 700800，碳化 30 分钟60 分钟。而对于直接投加法来说，则不需要经过干燥。两者
14、在处理过程中的挥发成分差别不大，但碳化污泥的粒径有所差别，详见下图。下面是具体的干燥碳化流程见下图。外热式转炉内设有内筒和外筒，经干化的污泥由投加机的螺旋进料器送至炭化炉。在碳化过程中，内筒缓慢的转动，污泥在内筒受热进行热分解。起先温度达到 200500时约有 75%的有机物分解成干化气（水，二氧化碳，一氧化碳） ，加温到 800时产生干馏气和碳化物，其中干馏中含有一氧化碳、氰基、氨等。热分解产生的干馏气用鼓风机导致热风炉。热风炉排出的干馏气会在850完全燃烧除臭。气体的热量以不自然为宜，所以可用煤油、柴油、LPG等作为辅助燃料。热风炉排出的气体送至转炉外筒，从内筒壁间接加热的污泥排出。这样利
15、用燃烧气加热污泥，可以大大减少能源成本。3.污泥碳化成果技术分析污泥碳化成果技术分析 和焚烧相比，污泥碳化的一个最大优点就是没有二次污染。下表为某运行过程中排气分析成果：项目单位定值备注水分%湿18.8烟尘g/m3N0.006 换算 O2 12% 一氧化碳v/v10-4%5换算 O2 12%氮氧化合物v/v10-4%58硫氧化物v/v10-4%320 氯化氢g/m3N33换算 O2 12%氰基v/v10-4%0.1二噁英Ng-TEQ/m3N0.0017换算 O2 12%从上面列表中可以看出，所排放的气体各物质浓度均很低，尤其是二噁英几乎不存在，使得排气处理更为简单。.碳化污泥成分：经过炭化炉的
16、碳化，约有 80%的有机物被分解汽化，剩余的20%有机物被碳化。在剩余碳化污泥中，固定碳占 25%40%，灰分占 50%70%，粒径为 1mm5mm 的黑色粒状碳化物。这些粒状碳化物具有以下特性： 密度小，质量轻； 孔隙多，比表面大； 湿润时可吸附污泥体积 30%40%的水分；良好的脱色除臭性能；吸收太阳光热量的效能高；富含热值；适合微生物在其表面生长；从上面的特性中我们可以看出，该黑色粒状碳化物性能和木炭，活性炭类似。经统计实验得，该黑色粒状碳化物的比表面积比活性炭小，大致和木炭相同（约 10-90M2/g）.总微孔容积为活性炭的 1/51/10 左右。相对密度为0.350.45，重量和木炭相似。具体参数见下表：参考 项目单位碳化产品 木炭活性炭水分%0.781215灰分%57.89
