污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)（以下簡稱污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)）是完全自主研發(fā)的專利技術(shù)，其利用了污泥中的熱值和有機(jī)成分，通過改性劑提高污泥熱值品位，實(shí)現(xiàn)污泥熱值的高效利用。

對污泥綜合處置后，按照污泥的污泥成分含量高低，最終剩余的碳化顆粒（無機(jī)物及固定碳）一般不超過原污泥的5%，并且剩余碳化顆粒滿足穩(wěn)定化和無害化的處置要求。

污泥改性碳化處理系統(tǒng)處理可以實(shí)現(xiàn)污泥的無害化、穩(wěn)定化、減量化和資源化的處置要求。實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用的產(chǎn)業(yè)化和新飛躍，為有機(jī)污泥的處置提供了新的發(fā)展方向。

一、污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)簡介

本項(xiàng)目中應(yīng)用的污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)是目前具有國內(nèi)、國際領(lǐng)先水平的節(jié)能資源化利用清潔工藝和成套裝備，可以實(shí)現(xiàn)污泥的無害化、穩(wěn)定化、減量化和資源化的處置要求。

污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)主要是通過對污泥的改性技術(shù)，將污泥中的重金屬等物質(zhì)進(jìn)行固化或鈍化，同時將其中的蛋白質(zhì)和糖類等物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，從而提高了污泥的產(chǎn)油率，然后進(jìn)入改性碳化爐進(jìn)行碳化處理，一般有機(jī)質(zhì)含量在50%以上的污泥即可實(shí)現(xiàn)能量的自給自足，無需任何外供能源，當(dāng)污泥中有機(jī)質(zhì)含量不足時可通過添加生物質(zhì)燃料或其他形式燃料的方式來補(bǔ)充能量缺口。

污泥在改性碳化過程中會產(chǎn)生煙氣，經(jīng)過煙氣合成隧道的處理可將污泥處置過程產(chǎn)生的CO₂、SO₂、NOx等廢氣合成農(nóng)用有機(jī)肥料，處理后的煙氣中NOx去除率可到達(dá)95%以上，SO₂去除率可達(dá)到95%以上，CO₂去除率可達(dá)到50%以上。煙氣合成隧道工藝不但可實(shí)現(xiàn)SO₂、NOx的高效去除，同時還能夠有效去除CO₂釋放出O₂，這一創(chuàng)舉不但實(shí)現(xiàn)了煙氣的資源化利用，同時還實(shí)現(xiàn)了碳減排，填補(bǔ)了國際煙氣處理資源化利用的空白。如今全球碳交易正進(jìn)行的如火如荼，此項(xiàng)技術(shù)必將會給碳交易市場帶來無限可能。

固體廢物熱解過程是一個復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。包含大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。

典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價

二、污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)本方案采用獨(dú)特的多套結(jié)構(gòu)的改性碳化爐作為改性碳化系統(tǒng)的主要處理設(shè)備，其爐體溫度分區(qū)明確，內(nèi)部為低溫反應(yīng)段，主要用于蒸發(fā)水蒸氣并及時分離排除，從而減少其在后續(xù)處理過程中的能耗。外部套筒為中高溫段，主要用于熱解污泥并輸運(yùn)可燃裂解氣進(jìn)入燃燒區(qū)域進(jìn)行燃燒，從而為整個碳化過程提供能量來源。最終的碳化顆粒與燃燒煙氣會進(jìn)入干化爐進(jìn)行余熱回收。

該技術(shù)具有以下亮點(diǎn)：

（1）降低污泥含水量的技術(shù)創(chuàng)新

將污泥中的含水量從80%降到5%以內(nèi)，通常是對污泥進(jìn)行高壓甩干脫水或外加熱源的辦法，其成本很高且有機(jī)物及重金屬無法分離。該項(xiàng)目運(yùn)用污泥改性碳化處理系統(tǒng)的方法，既可以實(shí)現(xiàn)余熱的充分回收利用，又能夠提高污泥的熱解特性和熱值品位。這樣便大大節(jié)約了能耗，降低了成本，當(dāng)污泥有機(jī)物含量達(dá)到50%以上即可實(shí)現(xiàn)能源的完全自給自足，無需任何外供能源。

（2）重金屬固化的技術(shù)創(chuàng)新

該專利技術(shù)除將污泥中所含的有機(jī)質(zhì)與無機(jī)質(zhì)分離外，通過改性劑的作用，將污泥中的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解、氨基酸脫氨基及氨的固定，利用固定后的氯化銨與添加的氫氧化鈣和葡萄糖粉逐步發(fā)生反應(yīng)，以降低污泥重金屬離子化合物或直接還原成單質(zhì)。未被完全還原的重金屬離子可在后續(xù)的熱解過程中在污泥受熱后剩余的固定炭的還原作用下還原成金屬單質(zhì)，將重金屬固化。

（3）低碳、節(jié)能的改性、熱解技術(shù)創(chuàng)新

改良后污泥其熱解性能和熱值品位均有所提高，進(jìn)入獨(dú)特的多套筒結(jié)構(gòu)碳化爐后，能夠充分利用自身熱值進(jìn)行加熱，同時產(chǎn)生的大量余熱進(jìn)入干化爐進(jìn)行余熱回收。最終的碳化顆�？梢宰鳛殇伮凡牧稀⒔ú脑�料，可制成市政用涵管、磚、板等環(huán)保建材制品或者用于園林綠化等，實(shí)現(xiàn)污泥處理處置減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化的目標(biāo)。

（4）體積減量化

該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)污泥的體積減量。市政脫水污泥含水率較高，容積較大，占有的空間較大。經(jīng)過污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)處理之后，污泥的體積量大大減少，污泥按照含水率80%，其體積可以減少90%以上。

（5）煙氣資源化高效處理

應(yīng)用煙氣合成隧道，將污泥處置過程產(chǎn)生的CO₂、SO₂、NO_x等廢氣合成農(nóng)用有機(jī)肥料，處理后的煙氣中NO_x 、SO₂ 、CO₂去除率可到達(dá)95%以上。煙氣合成隧道工藝不但可實(shí)現(xiàn)SO₂、NO_x的高效去除，同時還能夠有效去除CO₂釋放出O₂，這一創(chuàng)舉不但實(shí)現(xiàn)了煙氣的資源化利用，同時還實(shí)現(xiàn)了碳減排，填補(bǔ)了國際煙氣處理資源化利用的空白。如今全球碳交易正進(jìn)行的如火如荼，此項(xiàng)技術(shù)必將會給碳交易市場帶來無限可能。

（6）改變了治理污泥投入大于產(chǎn)出的現(xiàn)狀

污泥治理是世界難題，除了技術(shù)問題還有一個重要原因是投入大，產(chǎn)出少，社會效益顯著，經(jīng)濟(jì)效益負(fù)數(shù)，制約了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是政府治理污染的巨大的財政負(fù)擔(dān)。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了向污泥要資源要能源的設(shè)想，不僅能資源利用還有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，還能緩解能源緊張及填埋占用土地等問題。

三、工藝流程描述

工藝流程圖

本項(xiàng)目的主工藝路線為：原泥與改性劑以及改性后的污泥在預(yù)處理工段混合---干化工段---脂轉(zhuǎn)化工段---碳化工段---煙氣合成工段---尾氣達(dá)標(biāo)排放，其整體工藝流程框圖如圖所示。

本工藝主體設(shè)備包含原泥料倉、混合倉、干化爐、翻拋機(jī)、改性碳化爐、煙氣合成隧道、冷卻系統(tǒng)及一體化污水處理設(shè)備等。

首先，含水率80%的污泥與改性后的干化污泥及改性劑按一定比例在預(yù)處理工段進(jìn)行混合，混合后含水率為70%左右，同時通過添加改性劑不但可以參與改性反應(yīng)，還能夠在混合過程中極大程度的去除污泥臭味，達(dá)到固氮、固硫的效果。

混合后的污泥通過傳輸裝置送入干化工段，干化后污泥含水率可從70%降至60%左右，其熱源為改性碳化爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧案邷靥蓟�顆粒。干化爐為套筒結(jié)構(gòu)，改性碳化爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧案邷靥蓟�顆粒進(jìn)入干化爐與改性后的原泥進(jìn)行熱交換，這樣不但能夠有效降低煙氣及碳化顆粒溫度，還能夠充分利用改性碳化爐余熱進(jìn)行干化處理。

經(jīng)干化后的污泥由傳輸裝置輸送至脂轉(zhuǎn)化工段，歷經(jīng)7天左右的改性反應(yīng)后其含水率可從60%降至30%左右，在脂轉(zhuǎn)化工段中污泥利用改性劑中的酵母菌群產(chǎn)熱脫水，將污泥中的蛋白質(zhì)、糖類物質(zhì)在污泥改性劑脂轉(zhuǎn)換酶的作用下轉(zhuǎn)化為油脂，并產(chǎn)生熱量，改性過程中污泥溫度最高可達(dá)到70℃，并且經(jīng)改性后的污泥其含油率提高到7~15%。經(jīng)干化工段換熱后的煙氣以及改性碳化爐的循環(huán)熱水也會為改性溝供熱，從而提高了改性反應(yīng)和水分蒸發(fā)的速率。

改性后的污泥進(jìn)入碳化工段，經(jīng)碳化后污泥含水率將從30%降至0~5%以下。碳化工段中使用的改性碳化爐采用獨(dú)特的多套筒結(jié)構(gòu)，能夠最大限度的延長污泥在爐內(nèi)的停留時間。同時，還能夠?qū)⑽勰喾謪^(qū)加熱，不同溫度段其污泥的反應(yīng)機(jī)理也不同。在低溫段（100~150℃）污泥主要為水分蒸發(fā)過程，通過在此段設(shè)置引風(fēng)機(jī)可將大部分水蒸氣通過冷卻塔冷凝，然后通入煙氣合成隧道進(jìn)行處理并達(dá)標(biāo)排放，從而減少水蒸氣在后續(xù)高溫段的熱耗。在中、高溫段則主要是污泥絕氧或缺氧碳化、揮發(fā)份析出以及油脂蒸發(fā)的過程，過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w引入爐體底部燃燒室后，通過鼓風(fēng)機(jī)送入適量空氣即可實(shí)現(xiàn)可燃成分燃燒放熱，從而為碳化和干化過程提供能量。本工藝產(chǎn)生的最終碳化顆粒如圖所示。

      本工藝碳化顆粒               高溫碳化工藝顆粒

碳化成品展示

處理過程中產(chǎn)生的煙氣等經(jīng)余熱回收及冷卻塔冷卻后溫度降至40℃左右，經(jīng)引風(fēng)機(jī)引入煙氣合成工段進(jìn)行處理，處理后的煙氣中NO_x 、SO₂ 和CO₂去除率可達(dá)到95%以上，產(chǎn)生的臭氣可經(jīng)由等離子除臭設(shè)備進(jìn)行處理，最終尾氣達(dá)標(biāo)排放。