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1、污泥碳化技术简介:1、 污泥低温碳化技术1.1、什么是低温碳化市政污泥中含有可燃物质，尤其是生化污泥二沉池排出的剩余污 泥，由于其中含有大量的活性污泥细菌，可燃物质量更大。根据、 等地的污泥发热量试验，中国市政污泥中的发热量约为 22003300 大卡/吨干物质。其中消化后的污泥发热量较低，一般仅为未消化污 泥的 70左右。夏季污泥的发热量比冬季低。所谓污泥碳化，就是 通过给污泥加温和加压，使生化污泥中的细胞裂解，将其中的水分释 放出来，同时又最大限度地保存了污泥中碳质的过程。污泥碳化的优 势在于，污泥碳化是通过裂解方式将污泥中的水分脱出，能源消耗少， 剩余产物中的碳含量高，发热量大，而其它工
2、艺大多数是通过加热， 蒸发的方式去除污泥中的水分，耗能大，灰分中的碳质低，利用价值 小。1.2 污泥碳化的开展 世界上污泥碳化技术的开展分为以下三个阶段 1理论研究阶段19801990年。这个阶段的研究集中在污泥碳化机理的研究上。这个阶段一 个突出特点就是大量的专利申请。Fassb ender, A.G等人的STORS 专利，Dickinson N.L污泥碳化专利都是在这期间申请和批准的。 2小规模生产试验阶段19902000年。随着污泥碳化理论研究的深入和实验室试验的成功，人们开 场思考将污泥碳化技术转变成为真正商业化污泥处理的装置。在大规 模商业化之前，为了减少投资风险，需要对该技术进展小
3、规模生产性 试验Pilo t Trial。通过这些试验，污泥碳化技术开场从实验室走 向工厂。这期间设计和制造了许多专用设备，解决了大量实际工厂化 的技术问题。这个阶段的特点如下：规模小。例如 1997 年日本三菱在宇部的污泥碳化厂规模为 20 吨/天；1992 年，日本 ORGANO 公司在东京郊区建了一个污泥碳化 试验厂；1997年Thermo Energy在加利福尼亚州Col ton市建立了一 个污泥碳化实验厂规模为每天处理5吨干泥。 试验资金来自大公司和政府，而不是商业用户。例如，在日本的试验 均来自大公司，在加州的试验资金是来自美国 EPA。 3大规模的商业推广阶段2000。除了污泥碳
4、化技术逐渐成熟的因素以外，导致污泥碳化技术 大规模商业推广还有其他因素。在日本，80的污泥的最终处置方法 是燃烧。但由于近年来发现燃烧存在二恶英污染的隐患，所以日本环 保部门对燃烧排除的气体提出了更加严格的要求，使得本来本钱就很 高的燃烧工艺的本钱更加提高。为了取代燃烧工艺，目前，日本已经 有多家公司生产和销售碳化装置。比拟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10 吨， 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展碳化。这些开展说明，碳
5、化技术已趋 于成熟。在美国，很多州的污泥过去都采用填埋。由于发现污泥中包含的 有害物质对地下水的污染，未处理污泥填埋后造成填埋场对环境的危 害，美国EPA公布了新的填埋标准。过去的未达标的污泥Class B 污泥将不再允许填埋，只有达标污泥Class A污泥才允许填埋。 这项标准的公布，使得现有的污水处理厂只有投入巨大的污泥处置本 钱，才能对其污泥进展处置。另外，现有的填埋场已经接近饱和，开 辟新的填埋厂越来越困难。为了到达EPA新的污泥处置标准和解决填 埋场逐渐用尽的问题，2000年以后，在美国各个州，各个县 County 的政府都建立了专门的污泥处置研究机构，对可能的解决方案进展可 行性研
6、究。在研究了一些传统的污泥处置方案如燃烧，堆肥，干化 的同时，新的污泥碳化技术开场进入了政府的考虑围，例如在南加州 大洛杉矶地区，经过近2年的考察、比拟，已经决定要建立一个每天 处理675吨污泥的碳化厂 由能源技术公司Enertech EnvironmentalCo.建立、运行。1.3污泥碳化的分类 1高温碳化碳化时不加压，温度为1,200 - 1,800F 649 982C。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。碳化颗粒 可以作为低级燃料使用，其热值约为2 0 0 0 30 0 0大卡/公斤在日本 或美国。技术上较为成熟的公司包括日本的荏原，三菱重工，巴工 业以与美国的
7、IES等。该技术可以实现污泥的减量化和资源化，但由 于其技术复杂，运行本钱高，产品中的热值含量低，目前尚未有大规 模的应用。最大规模的为30 吨湿污泥/天。2中温碳化碳化时不加压，温度为800 - 1000F426 537C。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， 反响水蒸汽冷凝水，沼气未冷凝的空气和固体碳化物。该技 术的代表为澳大利亚 ESI 公司。该公司在澳州建立了一座 100 吨/日 的处理厂。该技术可以实现污泥的减量化和资源化，但由于污泥最终 的产物过于多样化，利用十分困难。另外，该技术是在干化后对污泥 实行碳化，其经济效益不明显，除澳洲一家处理厂外，目前尚
8、无其他 潜在的用户。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 600F左右315C，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，其热值约为 36004900 大卡/公斤在美国。该技术的特点是，通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解，仅通 过机械方法即可将污泥中 75%的水分脱除，极节省了运行中的能源 消耗。污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保存了 绝大局部污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件。1.4污泥低温碳化技术的厂家1EnerTech能源技术：该公司1992年成立，技术名称为SlurrycarbTM，该
9、工艺是 连续式的。其工艺是将污泥加压至 1000-1500 psig70-100kg/cm2， 通过热交换器，加温至400-450F204-232C。热化分解反响时， 污泥中的有机物被分解，二氧化碳气从固体中被别离。 1999年8月 美国能源部DOE丨拨款50万美元，支持能源技术公司的污泥碳化技 术开发，制造碳化中试装置PDUProcessDevelopmentUnit； 2001 年1月，能源技术公司与美国太空总署签订了2年的合同。能源公司 利用污泥碳化技术开发出在太空仓转化太空垃圾的原型装置； 2005 年4月，在美国加州Rail to建立一座每天处理625吨污泥的处理厂。 工厂占地2.6
10、公顷6.4 arces，建在Rial to污水处理厂旁，每天 约可生产140吨干的碳化颗粒。该工厂已经于2006年4月在Rialto 破土动工，加州共有5个地区向该厂提供污泥，已经全部与Enertech 签署了协议书。该厂预计2008年上半年完工投产。该厂生产的碳化 物全部销售给据该厂50英里外的三菱水泥厂。2ThermoEnergy热能：热能的工艺与EnerTech的工艺类似，热能用活塞压力系统， 污泥st eam是注入的而不是泵入的，有热交换器。要求的温度是 600F315C，压力是 2,000 psig138kg/cm2。热能的工艺是批 处理，每批需20分钟的反响时间，有两个并行的压力活
11、塞和反响罐， 这样可以使整个工艺连续。处理后的污泥经过压力释放系统，然后用 离心方式脱水至50%的含固率。这个工艺产生的碳化物与EnerTech 的产生的碳化物一样。该公司曾在美国加州Col ton污水处理厂做了 一个试验厂，目前没有推广的报导。1.5、SlurryCarbTM碳化工艺流程Step 1: 污泥预处理，将含水率 80左右的脱水污泥切碎，搅拌。Step 2:污泥加压，将污泥加压送入碳化系统。Step 3:污泥加热，通过外部热源为污泥加热。St ep 4:污泥裂解反响，在高温高压状态下，亏泥被裂解成液态。Step5: 冷凝/热交换，将加热的污泥水冷却，能量经热交换器回收。Step 6
12、:污泥液脱水，脱水后的泥饼的含水率为50%以下。Step 7: 上清液回收，使用膜过滤技术处理后的水返回污水处理厂。Step 8:干化，造粒，根据用户需要可以对碳化物进一步干化造粒， 或保持原状。1.6污泥碳化的主要参数进泥含水率：80%左右干物质20，水80碳化物含水率：50%以下干物质20，水20实际脱水：75%以上 （8020反响时间：12分钟反响温度：300C 反响压力：10MPaE-fuel燃值美国：3600大卡/公斤DS消化污泥，4500大卡/公斤DS（未消化）滤出液处理：膜生物反响器MBR，到达国家污水排放标准。蒸发气处理：废气燃烧+旋风、过滤器，到达国家废气排放标准。l.7Sl
13、urryCarbTM碳化工艺质量平衡1.8SlurryCarbTM碳化工艺能耗与干化比拟1理论根底 取含水率80%的污泥1.25kg其中水含量为1kg ,S含量为0.25kg。 标准大气压下，将1公斤水从20C升高至100C所需要的能量为80大卡，折合335 千焦。将1公斤水在其沸点蒸发所需要的热量为40. 8千焦/摩尔，相 当于2260千焦。五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需 要的热量。2污泥干化能耗假设污泥中干物质的比热与水一样，那么0.25公斤干物质从20C加 温至100C需要84千焦。1.25kg含水率80%的污泥干化所需要的总能量为：335 + 2260 + 84 = 26
14、79 千焦 由于干化只能以其干化物质进展能量回收污泥返混，最多只能有 30%的能量回收，所以干化需要的能量为：2679 x 70%= 1875千 焦3污泥碳化能耗在10MPa压力下，污泥中的水份不会汽化，将1公斤水从 160C升高至240C所需要的能量为80大卡SlurryCarb工艺的能量 回收可将初始污泥的温度提高至160C，折合400千焦水在10MPa 下的比热约为5.0xkJ/(kg C)。加压能量很小，可以忽略不计。假 设污泥中干物质的比热与水一样，将0.25公斤干物质从160C升高 至240C需要100千焦。碳化局部需要的总能量为：400 100 = 500千焦由于碳化剩余物 中还
15、有50%的水分，不考虑干物质减量，其总量为0.5公斤，用干 化方法蒸发，需要能量应为：84 + 565 + 84 = 733千焦同样考虑30%的能量回收，干化所需能量为：733x 70%= 513千焦整个碳化过程需要的能量：500 513 = 1013千焦纯干化工艺需 要的热量为1875千焦，碳化后再干化工艺需要的热量为1013千焦， 后者是前者的54%，节省能源约46%。2. SlurryCarbTM工艺的投资在美国，建立一座处理700吨/天污泥含水率80%污泥干 化处理厂的总投资约为7500万美元，包括全部土建，设备、安装和 技术使用费等。其中直接费设备，土建为4000万美元，工程费 为1850万美元，其他资金筹集，保险等1650万美元。合到处理100 吨/天污泥含水率80%的总投资为8500万人民币。按同样的水平和数量，如果在中国建立，直接费约2000万美元， 工程费约380万美元，资金费用约550万美元，总投资约2930万美 元，合人民币2 3 4 4 0万人民币。合到处理1 0 0吨/天污泥含水率8 0 % 的总投资为3400万人民币。由于SlurryCarbTM采用了大量的常规设备，总造价比干化设备 的投资要小很多。目前，即使在美国
