碳中和背景下污泥干化技術(shù)應(yīng)用研究

摘要：干化處理可以顯著降低污泥含水率，使其達(dá)到直接入爐焚燒標(biāo)準(zhǔn)。以河北國(guó)惠環(huán)保科技有限公司的辛集市污泥干化獨(dú)立焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，本文對(duì)比分析了不同污泥干化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇合適的污泥干化方案并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，在降低能耗的同時(shí)產(chǎn)生電能與熱能，響應(yīng)碳中和政策和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為其他同類型的工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：污泥干化；污泥處理；焚燒；熱值調(diào)理

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）06-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.06.023

Study on the Application of Sludge Drying Technology under the Background of Carbon Neutrality

——Taking Independent Incineration Power Generation Project of Sludge Drying in Xinji City as an Example

YANG Ling

（Hebei Guohui Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Xinji 052300， China）

Abstract： Drying treatment can significantly reduce the moisture content of sludge， making it meet the standard of direct incineration in the furnace. Taking the independent incineration power generation project of sludge drying in Xinji City of Hebei Guohui Environmental Protection Technology Co.， Ltd. as an example， this paper compares and analyzes the advantages and disadvantages of different sludge drying technologies， and selects appropriate sludge drying scheme and applies it to production practice by combining with the actual situation of the project， thus generating electricity and heat energy while reducing energy consumption， responding to carbon neutrality policies and sustainable development strategies， and providing reference for other similar engineering applications.

Keywords： sludge drying; sludge treatment; incineration; calorific value adjustment

隨著我國(guó)城市化建設(shè)的不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)污水處理廠的規(guī)模和數(shù)量日益增大，污水排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，污泥產(chǎn)生量迅猛增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年我國(guó)僅市政污泥的產(chǎn)生量就高達(dá)5 552萬(wàn)t（以含水率80%計(jì)）[1]。隨著國(guó)家碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，污泥的處理處置刻不容緩，按照減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化與資源化的原則，污泥處理處置技術(shù)不斷優(yōu)化，其中干化焚燒被認(rèn)為能最大限度地解決污泥問(wèn)題，因此有必要開展深入研究，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的同時(shí)，提高該技術(shù)的普適性。本文以河北國(guó)惠環(huán)保科技有限公司的辛集市污泥干化獨(dú)立焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，對(duì)比分析不同污泥干化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇合適的污泥干化方案并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，在降低能耗的同時(shí)產(chǎn)生電能、熱能，響應(yīng)碳中和政策，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 項(xiàng)目概況

辛集市污泥干化獨(dú)立焚燒發(fā)電項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱辛集項(xiàng)目）是全鏈條純污泥發(fā)電項(xiàng)目，日處理含水率80%的污泥2 200 t。目前，污泥處理處置的方式為“調(diào)理脫水+燃料制作+獨(dú)立焚燒”。其中，脫水段可通過(guò)自主研發(fā)的污泥熱值調(diào)理機(jī)直接將污泥含水率降低至40%～45%，使其符合直接入爐焚燒的標(biāo)準(zhǔn)；焚燒段脫水污泥無(wú)須添加輔助燃料，可直接獨(dú)立焚燒。

2 污泥干化工藝選擇

污泥干化是指通過(guò)滲透或蒸發(fā)作用，從污泥中去除大部分水的過(guò)程。目前應(yīng)用最為廣泛的污泥干化技術(shù)有熱干化和機(jī)械脫水兩種，將污泥的含水率降低到一定程度。

熱干化技術(shù)包括直接熱干化、間接熱干化和直接-間接聯(lián)合熱干化[2]。直接熱干化技術(shù)是指污泥直接與熱介質(zhì)接觸而蒸發(fā)水分，如熱空氣、蒸汽等，也就是對(duì)流干化，其優(yōu)點(diǎn)在于污泥干化效率高，但它與污泥直接接觸，排出的氣體包含污染物，廢氣需要處理后排放。間接熱干化技術(shù)是指通過(guò)熱傳導(dǎo)方式加熱污泥，實(shí)現(xiàn)干化，其優(yōu)點(diǎn)在于可循環(huán)使用熱介質(zhì)，降低能耗，但蒸發(fā)效率較直接熱干化差。直接-間接聯(lián)合熱干化技術(shù)是對(duì)流-傳導(dǎo)技術(shù)的結(jié)合。熱干化技術(shù)使用較多的設(shè)備是流化床干化器、薄層干化器和帶式干化器等。

機(jī)械脫水技術(shù)是指將流態(tài)的原生污泥、濃縮污泥或消化污泥脫除水分，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)泥塊[3]，它分為過(guò)濾法和離心法。常用的設(shè)備是真空過(guò)濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式過(guò)濾機(jī)和臥式離心機(jī)等。一般地，機(jī)械脫水前，要對(duì)污泥進(jìn)行改性調(diào)理，進(jìn)而最大限度地脫除污泥中的水分。

熱干化技術(shù)和機(jī)械脫水技術(shù)均能對(duì)污泥進(jìn)行干化[4-6]。熱干化可使污泥的含水率降低至40%，甚至20%，但是需要配備冷凝裝置和除臭系統(tǒng)對(duì)污泥干化過(guò)程產(chǎn)生的水蒸氣和不凝臭氣進(jìn)行處理，大幅提高了處理過(guò)程的運(yùn)行和投資成本，此外，熱干化過(guò)程中部分可燃性氣體的析出會(huì)降低污泥的熱值，不利于后續(xù)的焚燒處理。機(jī)械脫水配合使用改性劑，僅能使污泥的含水率降低至60%，但是其能耗較低。

本著節(jié)能降耗的目標(biāo)，辛集項(xiàng)目最終選擇基礎(chǔ)的機(jī)械脫水技術(shù)作為實(shí)施方案，并自主研發(fā)用于機(jī)械脫水的污泥熱值調(diào)理機(jī)使污泥的含水率降低至熱干化技術(shù)才能達(dá)到的水平（≤45%）。

3 辛集項(xiàng)目污泥干化技術(shù)方案

3.1 工藝描述

辛集項(xiàng)目采用河北國(guó)惠環(huán)保科技有限公司自主研發(fā)的資源化全鏈條污泥處理處置技術(shù)，貫通機(jī)械深度脫水、燃料化制作、獨(dú)立焚燒發(fā)電、煙氣超低排放治理和灰渣3D建材打印利用的全流程，實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化、無(wú)害化和資源化[7-9]，主要工藝流程如圖1所示。

首先，污泥進(jìn)入接收系統(tǒng)進(jìn)行緩存，用于保證后續(xù)脫水系統(tǒng)的穩(wěn)定給料，根據(jù)污泥的特性，確定是否需要進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行污泥的加藥、改性、初步脫水，為后續(xù)的熱值調(diào)理系統(tǒng)提供良好的進(jìn)泥形態(tài)。隨后，污泥進(jìn)入熱值調(diào)理機(jī)，進(jìn)行深度脫水，使含水率低于45%，配合耦合劑制作生物質(zhì)燃料棒，直接送入污泥焚燒爐內(nèi)焚燒。燃燒產(chǎn)生的熱量用于產(chǎn)生中溫中壓蒸汽，換熱后的煙氣經(jīng)過(guò)治理后排放至大氣中，污染物排放濃度滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13271—2014）。焚燒產(chǎn)生的灰渣送入渣倉(cāng)和灰?guī)鞎捍妫罄m(xù)作為3D建材打印原料綜合利用。

3.2 污泥熱值調(diào)理機(jī)脫水原理

污泥進(jìn)入熱值調(diào)理機(jī)后，通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)模塊化擠壓?jiǎn)卧瑢⑽勰喾种糜诓煌臄D壓腔內(nèi)，將污泥按照壓力變化曲線進(jìn)行逐步加壓壓濾，在足夠的耐受力下，污泥顆粒的水分被外力分離出來(lái)，保證污泥能被壓透，避免包漿，最大程度脫水，從而保證污泥脫水效果。

3.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3.3.1 脫水方面

本工藝中的熱值調(diào)理機(jī)與市面上傳統(tǒng)的機(jī)械脫水裝置板框壓濾機(jī)相比，具有突出優(yōu)勢(shì)。板框壓濾機(jī)進(jìn)泥必須具備流動(dòng)性，污水處理廠預(yù)處理后的污泥仍然需要在調(diào)理階段將含水率提高至92%以上，這樣才能進(jìn)壓濾機(jī)脫水，但其含水率難以降至60%以下，而本項(xiàng)目的設(shè)備對(duì)進(jìn)泥的形態(tài)（流態(tài)或固態(tài)）和含水率基本沒有要求，且脫水后污泥含水率可降至45%以下，滿足直接入爐焚燒的含水率要求。板框壓濾調(diào)制過(guò)程一般需要添加較多的生石灰，會(huì)增加污泥的干基質(zhì)量，大幅降低脫水后污泥的熱值，不利于后續(xù)焚燒，而本項(xiàng)目采用超高壓機(jī)械脫水工藝，無(wú)須添加石灰輔料，無(wú)須借助熱能干化，降低運(yùn)營(yíng)成本。

3.3.2 焚燒方面

污泥焚燒一般分為兩種。一種是依托電廠或水泥窯等，進(jìn)行摻燒，摻燒量一般不超過(guò)5%；由于脫水污泥含水率高、熱值低，另一種需要添加輔助燃料，從而大幅增加污泥處置的運(yùn)營(yíng)成本和碳排放。本項(xiàng)目的污泥焚燒技術(shù)是將深度脫水污泥制成高機(jī)械強(qiáng)度的燃料，在無(wú)輔助燃料的條件下，獨(dú)立焚燒，大幅降低成本。

3.4 污泥干化系統(tǒng)運(yùn)行情況

2022年7月，污泥熱值調(diào)理機(jī)進(jìn)出口污泥含水率結(jié)果如表1所示。進(jìn)樣口污泥的平均含水率為67.2%，出口污泥的平均含水率為42.8%，滿足后續(xù)直接入爐焚燒的含水率要求。

4 碳中和

污泥有機(jī)物的分解和轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的CO2氣體是自然界碳循環(huán)的一部分，不會(huì)引發(fā)大氣中CO2的凈增長(zhǎng)，屬于中性碳。利用碳中和的污泥為原料發(fā)電，取代部分傳統(tǒng)化石燃料，具備能源替代作用，有良好的碳減排效應(yīng)。辛集項(xiàng)目處理污泥過(guò)程中，除驅(qū)動(dòng)設(shè)備所消耗的電能，沒有額外能耗，且可將污泥轉(zhuǎn)化為電能和熱能等，年發(fā)電量為8 640萬(wàn)kW·h，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2.84萬(wàn)t，每年可減少CO2排放超過(guò)7.5萬(wàn)t。

5 結(jié)論

辛集污泥干化獨(dú)立焚燒發(fā)電項(xiàng)目采用企業(yè)自主研發(fā)的污泥熱值調(diào)理機(jī)，污泥處理工藝成熟，處理后污泥的含水率可降低至45%以下，達(dá)到直接入爐焚燒的含水率標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備運(yùn)行能耗低，減少了運(yùn)行成本，同時(shí)產(chǎn)生電能和熱能。脫水后污泥無(wú)須添加輔助燃料即可獨(dú)立焚燒，年發(fā)電量大，每年可減少大量CO2排放，節(jié)能降耗效果好，符合碳中和政策與可持續(xù)發(fā)展的要求。

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