有機(jī)污泥干化、熱解炭化一體化技術(shù)在工程上的應(yīng)用

王其

摘 要：污泥熱解炭化技術(shù)是近幾年推廣使用的一種工業(yè)有機(jī)污泥處理新方法，具有污染物處理較為徹底、最終產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)資源化利用等優(yōu)勢。實(shí)踐表明，如果將含水率在80%左右的濕污泥直接進(jìn)行熱解炭化，不僅會降低處理效率，而且增加能源消耗。因此，增加前置的污泥干化工藝，推行“脫水干化+熱解炭化”的一體化處理技術(shù)，成為有機(jī)污泥無害化處理的新選擇。本文結(jié)合一個使用污泥干化、熱解炭化一體化技術(shù)的工程實(shí)例，首先從污泥調(diào)理、脫水、干化-高溫炭化、碳粒存儲、臭氣處理等方面，簡要概述了工程項目各個環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn);隨后分析了污泥處理中熱解氣與最終產(chǎn)物碳粒的資源化利用方式，并對該工程的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益進(jìn)行了預(yù)測，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了一定幫助。

關(guān)鍵詞：有機(jī)污泥;干化;熱解炭化一體化 ;資源化利用

脫水干化、熱解炭化一體化技術(shù)的原理，是將高含水率的有機(jī)污泥進(jìn)行干化處理，理想情況下干化后污泥含水率在50%以下;然后再利用設(shè)備進(jìn)行加熱使其分解、炭化，最終產(chǎn)物為含水率在5%以下的碳粒。碳?？勺鳛榻ㄖ?、工業(yè)等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料，從而實(shí)現(xiàn)了無害化處理和資源化利用。近年來，在新設(shè)備、新工藝的帶動下，污泥的脫水干化、熱解炭化一體化技術(shù)已經(jīng)比較成熟，這就為技術(shù)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了便利條件。

1.工程項目概況

該工程項目共包含五個系統(tǒng)，分別是污泥調(diào)理系統(tǒng)、脫水系統(tǒng)、干化熱解炭化系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和臭氣處理系統(tǒng)。工程總占地面積1464m2，其中建筑物占地面積1224m2，工程費(fèi)用950萬元，建成后污泥處理量可達(dá)40t/d（折合含水率80%）。

2.有機(jī)污泥干化、熱解炭化一體化技術(shù)的應(yīng)用

2.1污泥調(diào)理處理

調(diào)理系統(tǒng)的作用是破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)和水分結(jié)合容量，達(dá)到壓縮、減量的目的，既可以減輕后續(xù)污泥熱解炭化的能量消耗，又可以進(jìn)一步提高脫水效果。常用的調(diào)理方式有物理調(diào)理（加入硅藻土）、化學(xué)調(diào)理（加入無機(jī)金屬鹽）和生物調(diào)理（加入復(fù)合酶）等。在綜合考慮成本、環(huán)保等因素后，本工程選擇生物調(diào)理工藝。主要設(shè)備有1臺直徑為2.0m、高度為2.5m的污泥調(diào)理罐，內(nèi)置1臺功率為5.5kW、轉(zhuǎn)速為45r/min的攪拌器。同時，配套設(shè)置1臺加藥設(shè)備。在均勻加入生物復(fù)合酶之后，通過攪拌使生物復(fù)合酶與污泥充分結(jié)合，提高調(diào)理效果。

2.2污泥脫水處理

對污泥進(jìn)行深度脫水，通常將含水率控制在50%以內(nèi)，從最初的濕潤狀態(tài)變成半干狀態(tài)。臥式隔膜板框脫水機(jī)能夠滿足污泥干化處理的要求，但是實(shí)際使用時存在能耗高、效率低的問題。而本工程每日處理污泥量較大，因此臥式隔膜板框脫水機(jī)的性價比不高。立式壓濾機(jī)高干污泥脫水機(jī)能夠在不借助外部能源的情況下，將經(jīng)過調(diào)理后、含水率在80-90%之間的污泥，深度脫水至50%以內(nèi)。除了脫水效果好，該設(shè)備還具有占地面積小、自動化程度高、污泥減容量大等優(yōu)勢。

2.3污泥干化、熱解炭化一體化工藝

基于干化、熱解炭化一體化工藝的污泥熱解過程共包含3個階段：首先是干化階段，溫度維持在25-100℃之間，污泥中剩余的游離水、結(jié)合水完全脫除;其次是熱解階段，溫度升高至100-350℃。提供無氧環(huán)境，隨著溫度逐漸升高，污泥中的各類揮發(fā)物開始不斷析出，污泥質(zhì)量進(jìn)一步降低，最大減重可達(dá)85%，最大減容可達(dá)95%;最后是碳化階段，溫度繼續(xù)升高并維持在400℃以上，在微觀結(jié)構(gòu)上污泥的C-C鍵和C-H鍵發(fā)生裂解，實(shí)現(xiàn)炭化。污泥中有機(jī)物的熱解過程如圖1所示。

該環(huán)節(jié)使用到的核心設(shè)備為一體化雙層套筒式旋轉(zhuǎn)炭化機(jī)，最大功率為45kW，污泥炭化處理能力可達(dá)到25m3/d。另外還有1臺功率為4kW的燃燒器、1臺DLSLN-2-60型冷凝器和1臺DJHR-2/Z型蒸汽熱換器。具體運(yùn)行工藝流程為：前端深度脫水后的污泥（含水率<50%）經(jīng)密閉螺旋輸送機(jī)均勻送入炭化機(jī)上部，通過鎖風(fēng)器進(jìn)入炭化機(jī)內(nèi)部，保持炭化機(jī)內(nèi)微負(fù)壓，對空氣進(jìn)行隔絕，使炭化機(jī)內(nèi)部形成一個無氧或缺氧的空間，污泥從20℃左右的溫度，經(jīng)過干燥段130℃-150℃，熱解段250℃-450℃以上，炭化段450℃-650℃，降溫段140℃。完成上述流程后，可以得到含水率≤5%的干化污泥。此時污泥的狀態(tài)以粉末為主，但是也有一些顆粒物。

在熱解過程中，由于提供了無氧環(huán)境，因此污泥熱解基本上不會釋放出二噁英。而常規(guī)的二氧化硫、氮氧化物等具有污染性的氣體，釋放量也明顯減少，因此干化、熱解炭化一體化技術(shù)在環(huán)保方面也有顯著優(yōu)勢。對污泥熱解生命周期評價表明，其熱解技術(shù)的GWP（全球變暖潛能）僅為厭氧消耗的0.37倍、直接填埋的0.22倍、焚燒處理的0.18倍。

2.4污泥存儲工藝

經(jīng)過熱解炭化處理后得到的碳粒，會從炭化機(jī)下方的出料口掉出，并落到螺旋輸送機(jī)上。碳粒的含水率≤3%，初始溫度在135-140℃。因?yàn)樘剂囟葮O高，在接觸外界空氣（氧氣）后，極易發(fā)生自燃現(xiàn)象，不僅造成了資源、能量的浪費(fèi)，而且容易燒毀輸送帶，引起火災(zāi)事故。因此，必須要對高溫碳粒做相應(yīng)的降溫處理?？捎梅椒ㄓ?種：其一是采用內(nèi)置冷卻水循環(huán)管路的方式，將其布置在輸送帶的下方，使低溫冷卻水不斷流動，達(dá)到幫助碳粒降溫的效果。其二是在輸送帶的兩側(cè)，分別對稱設(shè)置若干個水冷噴霧裝置。冷卻水通過噴嘴以水霧形式噴出，落到高溫碳粒上，也可以達(dá)到幫助碳粒降溫的效果。此方法降溫速度更快，但是碳粒含水率會有一定程度的上升，最高不超過10%。經(jīng)過降溫處理，碳粒溫度降低至室溫，在運(yùn)送至輸送帶的末端后，掉入集料倉中，儲存起來。該系統(tǒng)中包含的核心設(shè)備主要有：1臺功率為6.0kW、長度為10m的帶式輸送機(jī);1臺功率為4.5kW、儲水量為25m3/h的循環(huán)水泵;1臺功率為3kW、儲水量為20m3/h的噴淋水泵;1臺總?cè)莘e為200m3，尺寸為10m×5m×4m的碳料倉。

2.5煙氣及臭氣處理工藝