污泥改性碳化處理系統(tǒng)技術(shù)（以下簡(jiǎn)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(guò)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(duì)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(wú)機(jī)物及固定碳）一般不超過(guò)原污泥的5%，并且剩余碳化顆粒滿足穩(wěn)定化和無(wú)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(wú)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)、國(guó)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(wú)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(guò)對(duì)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(shí)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(wú)需任何外供能源，當(dāng)污泥中有機(jī)質(zhì)含量不足時(shí)可通過(guò)添加生物質(zhì)燃料或其他形式燃料的方式來(lái)補(bǔ)充能量缺口。

污泥在改性碳化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙氣，經(jīng)過(guò)煙氣合成隧道的處理可將污泥處置過(guò)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(shí)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(shí)還實(shí)現(xiàn)了碳減排，填補(bǔ)了國(guó)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(huì)給碳交易市場(chǎng)帶來(lái)無(wú)限可能。

固體廢物熱解過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(píng)價(jià)

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(shí)分離排除，從而減少其在后續(xù)處理過(guò)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(gè)碳化過(guò)程提供能量來(lái)源。最終的碳化顆粒與燃燒煙氣會(huì)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(duì)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(wú)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(wú)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(wú)機(jī)質(zhì)分離外，通過(guò)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(guò)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(shí)產(chǎn)生的大量余熱進(jìn)入干化爐進(jìn)行余熱回收。最終的碳化顆粒可以作為鋪路材料、建材原料，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(wú)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(guò)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(guò)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(shí)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(shí)還實(shí)現(xiàn)了碳減排，填補(bǔ)了國(guó)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(huì)給碳交易市場(chǎng)帶來(lái)無(wú)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(wèn)題還有一個(gè)重要原因是投入大，產(chǎn)出少，社會(huì)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(cái)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(wèn)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(cāng)、混合倉(cāng)、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(shí)通過(guò)添加改性劑不但可以參與改性反應(yīng)，還能夠在混合過(guò)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(guò)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(guò)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(huì)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(zhǎng)污泥在爐內(nèi)的停留時(shí)間。同時(shí)，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(guò)程，通過(guò)在此段設(shè)置引風(fēng)機(jī)可將大部分水蒸氣通過(guò)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(guò)程，過(guò)程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w引入爐體底部燃燒室后，通過(guò)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(guò)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(guò)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。