一種污泥處理綜合利用技術

羅明聰，馮文平，資靜斌

（中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410116）

我國“十四五”規劃及“遠景規劃”中提出生態文明建設是未來我國發展的重要目標，環境保護及治理是我國重大戰略方針政策。隨著《固廢法》等法律法規的實施，污泥作為一般固廢，對其監管力度、處罰力度也越來越大，處置要求也越來越高；同時碳達峰與碳中和遠景規劃的出臺，使污泥采用焚燒等工藝進行處理已不能滿足人民群眾對生態環境的要求，采用更節能環保及超低排放的技術勢在必行。因此從根本上實現污泥處理處置的無害化、資源化，實現真正意義上的污泥零排放已勢在必行[1]。

1 現有主要污泥處理處置工藝介紹

目前國內已有的主要污泥處理技術包括：衛生填埋、高溫堆肥、厭氧消化、好氧發酵、焚燒與協同處置等。雖然模式難以統一，但最終都是以無害化、穩定化、資源化為處理目標。其中污泥填埋、高溫堆肥本身存在著環保問題，將被更安全、環保、經濟的處理處置方式所取代。

1.1 污泥焚燒法

該方法可以對城市污泥中含有的大量有機物進行處置，焚燒后的殘渣也可以實現穩定化，體積減少，有利于運輸和最終處理，但也存在著能耗高、處理費用昂貴以及氮氧化物、二噁英、硫化物、飛灰等二次污染等難以有效解決的問題。

1.2 厭氧消化法

厭氧消化法可以將污泥進行較好地資源化，但這需要更多的能源消耗，且系統運行管理復雜，產生的沼液、沼渣需后續處理且難度較大，難以大面積推廣。

1.3 好氧發酵法

由于經好氧發酵法處理的污泥泥質不穩定，在中溫情況下，難以對細菌病原體進行100%的滅活，重金屬難以穩定化，所以該方法的使用面較窄，并存在臭氣難以控制、污染周邊環境等問題，且堆肥產物市場銷路的制約因素較大[2]。

2 污泥炭化（低溫熱解）技術介紹

低溫熱解技術利用了污泥中有機物的熱不穩定性，在絕氧和低氧狀態下可將有機污泥分解成可燃氣和固態碳，并可以以連續生產的工藝和工廠化的方式，將污泥轉化為高品質的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方便的可燃氣、固態產物等高附加值能源產品。在我國“雙碳”目標背景下，與常規耗氧焚燒技術相比，其具有排放煙氣量和大氣污染物少、可有效減少二氧化碳（CO2）排放等優點。

2.1 污泥炭化（低溫熱解）技術工藝流程

圖1 污泥炭化技術工藝流程示意圖

污水處理廠濃縮后的污泥（含水98%左右）送至調理池加藥調理，經污泥調理池調理后的污泥通過污泥進料泵加壓進入壓濾機內進行高干脫水至60%的泥餅，此過程中生成的壓濾液通過內部管道排入廠內污水管網，進行回廠處理；壓濾后的泥餅落入到泥餅輸送線內，送入污泥緩存貯倉內存放。將存放在污泥緩存貯倉中含水率60%左右的污泥利用螺旋輸送機輸送至碳化機高位料倉，再進入干化碳化機，經過干化、碳化生成生物炭，生物炭冷卻后進入儲倉，待外運后進行資源化利用。系統產生的尾氣經尾氣處理系統集中處理后達標排放。

2.2 污泥碳化（熱解）技術的特點

污泥碳化（熱解）技術具有以下特點：（1）可直接處理含水率小于60%的污泥，適應性強；（2）一體化污泥連續碳化主機干化模塊和碳化模塊采用分離的水蒸汽和熱解氣通道，污泥炭化機采用外加熱方式進行加熱，加熱區增加翅片裝置，大大增加了受熱面積，傳熱均勻，提高了傳熱效果。（3）污泥在全封閉的微負壓工況下完成系統全流程處置。污泥存儲及輸送過程中產生的惡臭可通過微負壓送入熱風爐，進行高溫除臭處理，環境非常友好；（4）通過熱能綜合利用，實現循環經濟，進一步降低運行成本，提升項目價值；（5）集污泥干化、碳化模塊于一體，使設備高度集成化、簡約化，并利用自動化儀表實現從物料進場至生物炭產出的全系統監測，采用PLC實現全系統參數化設計及控制，系統操作簡單；（6）采用連續化的進料和出料，工藝過程穩定、自動化水平高；（7）系統設備工業化程度高，主設備可室外放置，無需新建單獨的處置車間，節約了土建投資，縮短了建設期。

2.3 污泥碳化（低溫熱解）與焚燒相比的優勢

低溫熱解與焚燒相比具有以下優勢：（1）絕氧分解，排氣量少，有利于減輕對大氣環境的二次污染；（2）低溫熱解，廢物中的氯、硫、氮（燃料性氮）成分大部分被固定在生物炭中；（3）低溫（＜500 ℃）且還原性條件，重金屬揮發量少且呈低價態（Cr3+不會轉化為Cr6+）；（4）有利于從源頭對有害物質進行捕捉和治理；（5）相較于小型焚燒爐難以保證穩定燃燒，絕氧熱解技術氣-氣燃燒，可確保穩定燃燒，處理規模靈活，適用于分布式及集中式有機固廢的處理。

3 典型污泥處置工藝與污泥碳化技術的比較

3.1 典型污泥處置工藝與污泥干化碳化技術比較

目前污泥處置行業主要采用好氧發酵做堆肥、厭氧發酵產沼氣、焚燒或協同焚燒的處理處置工藝，典型工藝與干化碳化工藝比較見表1。

表1 典型污泥處置工藝與污泥碳化（低溫熱解）技術對比表

3.2 污泥碳化（低溫熱解）技術工程化說明

一套污泥干化碳化裝置主要包括少量土建（污泥調理池、污泥脫水車間、碳化模組及基礎等）以及污泥干化碳化設備系統；污泥干化碳化設備系統包括污泥脫水系統（調理攪拌機系統、板框壓濾機系統、污泥輸送機）碳化（低溫熱解）系統以及配套附屬電氣、給排水通風除塵輔助系統。目前一套污泥規模30噸/天（含水率80%污泥計）的污泥碳化裝置直接投資約700萬元，運行費用約200元/噸污泥（主要包括藥劑費用，少量燃氣費用、電費以及人工費用）。在徹底解決污泥處置與資源化的前提下，投資與處理費用適中，如果規模提升則經濟性價比更高，有很好的推廣價值。

4 結論與建議

（1）該技術利用材料學、熱工、自動化控制等，將不可再生的碳基資源（污泥）向可再生生物基（沼氣、生物炭等）轉化，實現了生態可循環，符合國家的生態戰略，符合雙碳政策。

（2）該技術可實現設備的實用和高效，所制作的炭化產品質量優異、燃燒值顯著，為延伸開發新型污泥炭化產品，促進污泥處理進入市場創造條件。

（3）技術利用碳化廢熱進行污泥烘干、碳化產生的可燃煙充分燃燒來自供熱，資源化明顯。

（4）該技術實現了污水廠污泥處理處置的最終目標，真正實現了污泥的“減量化、穩定化、無害化和資源化”，解決了當前污泥處理項目實施所面臨的經濟性難題，為污泥終端處置提供了很好的選擇。