污水處理廠脫水污泥的熱解工藝分析
【上海純水設(shè)備行業(yè)新聞】
中國(guó)污泥處置的現(xiàn)狀是70%以上棄置，20%填埋，不到10%污泥是通過(guò)堆肥等技術(shù)處理后回用于土地，因此，污泥的二次污染已經(jīng)成為亟待解決的環(huán)境問(wèn)題，污泥問(wèn)題是目前困擾鄉(xiāng)村健康快速發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重而緊迫的問(wèn)題。污泥熱分解是一種新興的污泥熱處置工藝。熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，無(wú)氧或缺氧條件下受熱分解，形成氣體、液體和固體殘留物的過(guò)程。
近年來(lái)污泥熱解炭化得到越來(lái)越多的關(guān)注，污泥熱解炭化為污泥的減量化、上海純水設(shè)備無(wú)害化和資源化提供了新的有效途徑。
污泥熱解技術(shù)的發(fā)展
從70年代開始，熱解技術(shù)作為從鄉(xiāng)村垃圾和工業(yè)固體廢物等可燃性固體廢物回收能量的技術(shù)得到廣泛的開發(fā)。但是對(duì)于具有負(fù)熱值的污泥，該技術(shù)的應(yīng)用不能以回收能量為主要目的其重點(diǎn)主要放在解決焚燒存在問(wèn)題，即實(shí)現(xiàn)污泥的節(jié)能型低污染處理。
污泥熱解爐型通常采用豎式多段爐，為了提高熱解爐的熱效率，能夠控制的二次污染物質(zhì)（Cr6+NOx發(fā)生的范圍內(nèi)，盡量采用較高的燃燒率（空氣比0.60.8
此外，熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及NH3氨）HCN氫化氰）等有害氣體組分必需經(jīng)過(guò)二燃室以實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化，通常情況下，HCN熱解溫度在800900℃，還應(yīng)對(duì)二燃室排放的高溫氣體進(jìn)行余熱回收。
污泥熱解技術(shù)現(xiàn)狀
國(guó)際上對(duì)熱解技術(shù)的開發(fā)過(guò)程，一是以美國(guó)為代表，以回收貯存性能源（燃料氣、燃料油和炭黑）為目的另一個(gè)是以日本為代表，以無(wú)公害型處理系統(tǒng)的開發(fā)為目的將污泥焚燒爐改進(jìn)為熱解爐。西歐、北美正在研制帶加熱夾套的臥式攪拌反應(yīng)器。
污泥低溫?zé)峤馓幚淼男Ч茫偝杀驹诶碚撋系陀谥苯臃贌?，而且熱解過(guò)程可以將廢物轉(zhuǎn)化為有能量的物質(zhì)和有用的化學(xué)物，常州水處理設(shè)備符合污泥資源化利用的要求，且能量回收率較高。以低溫?zé)峤?200-500℃)為主要反應(yīng)機(jī)理的污泥低溫?zé)峄瘜W(xué)轉(zhuǎn)化制油技術(shù)作為焚燒的替代技術(shù)已逐步發(fā)展為生產(chǎn)性技術(shù)，并顯現(xiàn)出了能量經(jīng)濟(jì)性與二次污染可控性的顯著優(yōu)勢(shì)
污泥的熱解反應(yīng)及燃燒反應(yīng)
污泥的熱解反應(yīng)
可燃?xì)猓褐饕?C15烴類、氫和CO氣體。
液態(tài)油：主要包括 C25烴類、乙酸、丙酮、甲醇等液態(tài)燃料。
固體燃料：主要包括含純碳和聚合高分子的含碳物。
污泥的燃燒反應(yīng)
有機(jī)物+O2=CO2+H2O+其它簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物+熱量
污泥熱解發(fā)和焚燒法比較
熱解法和焚燒法是兩個(gè)完全不同的過(guò)程。
1焚燒的產(chǎn)物主要是二氧化碳和水；而熱解的產(chǎn)物主要是可燃的低分子化合物：氣態(tài)的有氫氣、甲烷、一氧化碳；液態(tài)的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機(jī)物及焦油、溶劑油等；固態(tài)的主要是焦炭或碳黑。
2焚燒是一個(gè)放熱過(guò)程；而熱解需要吸收大量熱量。
3焚燒發(fā)生的熱能量大的可用于發(fā)電量小的只可供加熱水或產(chǎn)生蒸汽，適于就近利用；熱解的產(chǎn)物是炭黑、燃料油及燃料氣，便于貯藏和遠(yuǎn)距離輸送。
固體廢物的熱解與焚燒相比的優(yōu)點(diǎn)
1可以將固體廢物中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以燃料氣、燃料油和炭黑為主的貯存性能源；
2由于是缺氧分解，排氣量少，有利于減輕對(duì)大氣環(huán)境的二次污染；
3廢物中的硫、重金屬等有害成分大部分被固定在炭黑中。熱解雖不能去除重金屬，但固體殘留物在高溫下被玻璃化，重金屬固化在玻璃體中，可防止重金屬二次污染的危害。
4由于堅(jiān)持還原條件，Cr3+鉻離子）不會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr6+
5NOx氮氧化物）發(fā)生量少。
污泥熱解產(chǎn)物資源化
1制作吸附劑
對(duì)于含碳較多的污水處置剩余活性污泥，無(wú)氧或缺氧條件下高溫?zé)峤馓蓟罨?，可將其制成吸附劑。例如，用剩余活性污泥為原料，添加一定的活化藥品，隔絕空氣，一定的溫度下炭化可得到活性炭。制成的活性炭對(duì)難處理的農(nóng)藥廢水，COD去除率也可達(dá)到63.25%
2作為炭基肥
國(guó)內(nèi)外各種研究演講認(rèn)為，土壤施用生物黑炭對(duì)于改良土壤，節(jié)能減排，減緩氣候變化效益明顯，炭基肥是今后改良土壤的重要手段。污泥熱解碳化產(chǎn)物可作為炭基肥的基本原料。
污泥熱解技術(shù)研究
研究利用小型及實(shí)際生產(chǎn)用回轉(zhuǎn)熱解爐，針對(duì)不同市政污水處置廠的脫水活性污泥，進(jìn)行不同溫度情況下的熱解實(shí)驗(yàn)，探尋：熱解的最佳溫度；熱解能耗；實(shí)測(cè)可燃?xì)怏w產(chǎn)量；碳化料產(chǎn)物得率；對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定及性能實(shí)驗(yàn)（重點(diǎn)關(guān)注了污水處置吸附性能）分析熱解過(guò)程、物料平衡及熱量平衡。
污泥熱解及活性炭再生實(shí)驗(yàn)室
污泥熱解實(shí)驗(yàn)室主體設(shè)備有：蒸汽發(fā)生器、臥式電加熱回轉(zhuǎn)爐、尾氣凈化及計(jì)量裝置、無(wú)紙記錄儀等。下圖為污泥熱解實(shí)驗(yàn)室。
污泥熱解/活化最終產(chǎn)物—活性炭
污水處置脫水活性污泥熱解處置工藝設(shè)計(jì)
新型污泥熱解處置工藝流程
目前污水處置廠脫水污泥熱解處置工藝存在能耗及運(yùn)行利息高的主要原因是濕污泥中80%水分的去除，干燥1噸濕污泥約需80m3天然氣。本工藝從兩個(gè)方面進(jìn)行熱能 回收，以降低能耗。
一是將污泥熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及熱解高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐發(fā)生飽和蒸汽，用于槳葉干燥機(jī)對(duì)濕污泥的干燥。二是利用熱泵技術(shù)，回收污泥蒸汽的潛熱。也就是利用蒸汽壓縮機(jī)，將污泥蒸汽在真空蒸發(fā)器中加熱干燥機(jī)清潔蒸汽冷凝水產(chǎn)生的負(fù)壓蒸汽，使其成為高品位蒸汽，再用于槳葉干燥機(jī)對(duì)濕污泥的干燥。由于現(xiàn)行槳葉干燥機(jī)污泥蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定，需在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)干燥機(jī)進(jìn)料進(jìn)行改進(jìn)，故第二項(xiàng)節(jié)能措施暫不實(shí)施，僅留出安裝位置，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行改進(jìn)，污泥蒸汽參數(shù)不穩(wěn)定后再實(shí)施污泥蒸汽的潛熱回收系統(tǒng)。
脫水污泥熱解處置工藝流程圖
有污泥蒸汽潛熱回收方案）
無(wú)污泥蒸汽潛熱回收方案）
污泥熱解處置工藝布置圖
污泥熱解爐實(shí)景
污泥熱解技術(shù)特點(diǎn)及前景
技術(shù)特點(diǎn)
1減量化
污泥經(jīng)熱解處置后，污泥體積和重量減少90%以上，實(shí)現(xiàn)“減量化”
2無(wú)害化
高溫?zé)峤庥袡C(jī)物被分解碳化，細(xì)菌完全滅殺，實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)化和“無(wú)害化”熱解產(chǎn)生的有害氣體（HCNNH3二噁英等）及焦油通常情況下的熱解溫度在800900℃，進(jìn)入二燃室的焚燒溫度高達(dá)1500℃，不只可得到充分分解，還能回收熱能，不會(huì)造成二次污染。
3資源化
熱解產(chǎn)品可作為吸附劑或改良土壤的炭基肥，實(shí)現(xiàn)“資源化”熱解雖不能去除污泥中的重金屬，杭州水處理設(shè)備但固體殘留物在高溫下被玻璃化，重金屬固化在玻璃體中，可防止重金屬二次污染的危害。大量資料和實(shí)驗(yàn)證明，國(guó)市政污水的污泥熱解碳化料中絕大部分重金屬含量可滿足農(nóng)用肥標(biāo)準(zhǔn)，唯Zn超標(biāo)（見碳化料化學(xué)成分分析）但，國(guó)南方人群存在缺Zn問(wèn)題，眾所周知的
作為土壤改良劑，土壤的理化性質(zhì)也決定了重金屬的富集影響，南方堿性土壤其影響是較小的
4兩次節(jié)能降耗
十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》重點(diǎn)支持“低品位余熱利用”熱泵技術(shù)屬于十二五規(guī)劃鼓勵(lì)類型。污泥處置能耗最大的干燥，本工藝?yán)脽峤猱a(chǎn)生的可燃?xì)怏w及高溫?zé)煔庥酂嵘a(chǎn)蒸汽用于槳葉干燥機(jī)；利用熱泵技術(shù)回收污泥二次蒸汽潛熱，也用作槳葉干燥機(jī)污泥干燥；此兩項(xiàng)使本工藝處置每噸濕污泥運(yùn)行利息僅180元左右，優(yōu)于其他工藝。
5投資及運(yùn)行利息低
通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析知，本工藝噸污泥處置利息小于200元/噸.濕污泥（不考慮生物炭銷售）各種污泥處置工藝中，性價(jià)比最好的
技術(shù)前景
2008年，美國(guó)聯(lián)邦首次在聯(lián)邦層面建立了對(duì)世界上生物黑炭研究、生產(chǎn)、應(yīng)用與推廣的鼓勵(lì)機(jī)制，專門設(shè)立了農(nóng)業(yè)基金支持生物黑炭研究與示范；2009年8月10日，美國(guó)農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)表示美國(guó)農(nóng)業(yè)部正在組織一系列的生物黑炭研究、技術(shù)開發(fā)與推廣和培訓(xùn)的合作項(xiàng)目，旨在全面推進(jìn)生物黑炭這項(xiàng)綠色技術(shù)在農(nóng)業(yè)和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。2011年9月在中國(guó)南京召開國(guó)際生物質(zhì)黑炭與綠色農(nóng)業(yè)專題研討，呼吁在中國(guó)推行以生物黑炭技術(shù)改良土壤為核心的新土地革命，恢復(fù)健康綠色農(nóng)業(yè)。國(guó)內(nèi)外各種研究演講認(rèn)為，土壤施用生物黑炭對(duì)于改良土壤，固化重金屬，節(jié)能減排，減緩氣候變化效益明顯。
結(jié) 語(yǔ)
當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)有的污泥處置技術(shù)有的雖簡(jiǎn)單易行，但占地面積大，有嚴(yán)重二次污染；有的雖處置效果尚可，但必需采用高溫、高壓或微波等復(fù)雜手段才干實(shí)現(xiàn)。經(jīng)綜合比較，可看出污泥熱解處置技術(shù)具有工藝及設(shè)備簡(jiǎn)單，制約因素少，投資及運(yùn)行利息合理，符合我國(guó)污泥處置的三化原則，規(guī)范的綠色環(huán)保工藝，應(yīng)大力推廣。
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