導讀：“綠色生態(tài)，和諧自然”是環(huán)境人的共同夢想，環(huán)境企業(yè)為綠色發(fā)展都貢獻著自身力量。在自身領(lǐng)域精專做強，這其中少不了企業(yè)的核心技術(shù)團隊的努力奉獻，晝夜拼搏。作為圈層企業(yè)技術(shù)專家開放長期發(fā)聲平臺，E20通過征文形式匯集多企業(yè)的核心技術(shù)特點、優(yōu)勢以及與該技術(shù)匹配的經(jīng)典案例，E20愿以企業(yè)為核心建立企業(yè)技術(shù)團隊專家?guī)�，促進企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢在實際項目中的應(yīng)用以及該技術(shù)的發(fā)展方向和創(chuàng)新。后續(xù)E20旗下中國水網(wǎng)/中國固廢網(wǎng)/中國大氣網(wǎng)微信和網(wǎng)站，將持續(xù)發(fā)布此系列內(nèi)容。今天特別發(fā)布安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司的技術(shù)及案例。

一．前言

市政污泥指在城鎮(zhèn)污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，污泥的不當處置將對環(huán)境造成惡劣的影響。據(jù)E20研究院數(shù)據(jù)顯示，2018年中國市政污泥產(chǎn)生量超過4500萬噸，2020年總產(chǎn)生量將超過5000萬噸，“十四五”期間年復(fù)合增長率將達到5%左右。但由于行業(yè)內(nèi)長期“重水輕泥”，導致污泥處置無害化、資源化面臨諸多難題，污泥處置未同步跟上，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥有80%以上沒有得到妥善處理，隨意傾倒、堆放和填埋導致二次污染嚴重、污染減排效果大打折扣。

近年來，隨著環(huán)保部將污泥妥善處理處置納入污水總量減排考核，將促進綜合建設(shè)投入低、運營效果穩(wěn)定、資源化利用高的技術(shù)發(fā)展，污泥市場有望迎來高速增長，政策由“重水輕泥”向“泥水并重”轉(zhuǎn)變，驅(qū)動污泥處置的資源化與無害化進程。

前期市政污泥處理處置主要集中在脫水減量化、石灰穩(wěn)定化后進行生活垃圾混合填埋，由于污泥脫水穩(wěn)定技術(shù)投資低，運維價格低，被各地方政府采用，其主要占污泥處理處置項目的80%。但由于市政污泥脫水穩(wěn)定后混合填埋存在占用土地資源、存在二次污染風險，污泥脫水穩(wěn)定混合填埋近年來逐漸被取締。近年來，市政污泥已經(jīng)從過去單一的脫水穩(wěn)定后混合填埋處置轉(zhuǎn)變?yōu)樘盥�、高溫堆肥或者厭氧消化后產(chǎn)物土地利用、熱處理（熱干化、熱解炭化、焚燒、協(xié)同焚燒）后產(chǎn)物進行建材利用等兼而用之的多種處置利用方式。但由于存在土地利用，公眾擔心有毒有害物質(zhì)，園林綠化也無法消納過多污泥，導致市政污泥處置后未能真正實現(xiàn)資源化利用的目的。同時，市政污泥處置過程中存在的二次污染風險和處置利用成本過高等問題制約了污泥處置利用行業(yè)的發(fā)展。

公司研發(fā)的市政污泥“高干脫水+熱解炭化技術(shù)”解決了前期污泥處置利用的瓶頸，真正實現(xiàn)了市政污泥的減量化、無害化和穩(wěn)定化，最終產(chǎn)物污泥基生物炭能夠有效利用在園林營養(yǎng)土復(fù)配材料、土壤修復(fù)基質(zhì)土和吸附材料復(fù)配原料。

二．工藝技術(shù)的依據(jù)

濕污泥含水率較高，通常≥80%，若通過加熱蒸發(fā)該部分水分，熱量需求很高，能耗成本高，且易產(chǎn)生臭氣污染，故采用機械脫水的方式先脫出大部分水分，再進行熱解炭化。

國外學者Vesilind 和Marte 提出污泥中所含的水分主要有四種，即自由水、間隙水、表面水和結(jié)合水。自由水是指沒有與污泥顆粒結(jié)合的水分，它可以通過重力濃縮去掉。間隙水是指膠羽和有機物之間的裂縫、間隙中的水分，它需要通過機械脫水才能脫除。表面水是指由于水分子的分子結(jié)構(gòu)，被固定在污泥顆粒表面的水分，它不能被機械脫水去除。結(jié)合水是指經(jīng)過水合作用，通過化學方式與顆粒結(jié)合的水分，可以加熱破壞顆粒而釋放。

由于不同水分與污泥顆粒的結(jié)合方式和能力各不相同，去除它們所需要的能耗也不同。自由水或調(diào)質(zhì)釋放出來的吸附水可通過重力濃縮去除，所需要的能耗約為10-3kWh/m3;結(jié)合水通過機械脫水去除，所需要能耗約為1kWh/m3；細胞水通過熱處理去除，所需要能夠約為103kWh/m3。由此可見，濃縮工藝的能耗大大低于機械脫水工藝的能耗，機械脫水工藝的能耗又大大低于熱處理工藝的能耗，因此我們可以得出這樣的污泥處理原則：盡量采用濃縮法和機械脫水法去除更多的水分，來減少后續(xù)熱處理的污泥量和蒸發(fā)量，可以大大節(jié)省總能耗。

三．工藝技術(shù)

3.1工藝技術(shù)的理論基礎(chǔ)

污泥熱解是利用污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在無氧條件下對其加熱，使有機物產(chǎn)生熱裂解，有機物根據(jù)其碳氫比例被裂解，形成利用價值較高的氣相（熱解氣）、和固相（固體殘渣），這些產(chǎn)品具有易儲存、易運輸及使用方便等特點,給污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化提供了有效途徑。

根據(jù)熱解過程操作溫度的高低可分為低溫、中溫和高溫熱解，在500℃以內(nèi)的為低溫熱解，500℃-800℃為中溫熱解，800℃以上的為高溫熱解。影響熱解過程及產(chǎn)物產(chǎn)率及組成的因素有熱解溫度、壓力、升溫速率、氣固相停留時間及物料的尺寸等，其中熱解溫度是最主要影響因素。

3.2工藝系統(tǒng)組成

高干脫水+熱解炭化技術(shù)是由“高干脫水系統(tǒng)、干化炭化系統(tǒng)、生物炭資源化利用系統(tǒng)、主供熱系統(tǒng)、輔助供熱系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)”等組成，實現(xiàn)市政污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。

3.3工藝流程

“高干脫水系統(tǒng)”使用化學方法或電化學方法對污泥進行調(diào)理改性，改善污泥脫水性能，然后通過高干脫水設(shè)備使污泥含水率降低至50%左右，初步實現(xiàn)減量化。“干化炭化系統(tǒng)”利用有機物的熱不穩(wěn)定性將有機物熱解，熱解產(chǎn)生的熱解氣引入主供熱系統(tǒng)燃燒作為補充熱源，殘?zhí)脊潭ㄔ谖勰嗷�生物炭中，熱解氣和補充燃料燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣提供熱解炭化的能源需求，熱解炭化的余熱煙氣提供干化的能源需求，分梯度對熱量進行高效利用，污泥經(jīng)干化、炭化處理后得到的污泥基生物炭可作為資源化利用。干化炭化過程中產(chǎn)生的廢熱煙氣經(jīng)煙氣處理系統(tǒng)處理后達標排放，高干脫水產(chǎn)生的濾出水和煙氣噴淋產(chǎn)生的噴淋廢水經(jīng)水處理設(shè)施處理后達標排放。

 

3.4工藝技術(shù)創(chuàng)新點

（1）選用符合炭化工藝的聚硅鋁鐵鹽和聚醚胺類復(fù)配藥劑進行調(diào)理，滿足干化炭化工藝前的調(diào)理脫水要求，形成高干脫水熱解炭化組合處置技術(shù)。

（2）在無二次動力的情況下將污泥熱解氣直引入二次燃燒爐內(nèi)燃燒，在管道外設(shè)置電熱裝置進行伴熱并進行保溫設(shè)計，保證熱解焦油呈現(xiàn)氣化狀態(tài)，在管內(nèi)設(shè)置無軸反轉(zhuǎn)切刀螺旋進行間歇式管道清理，避免焦油在管道內(nèi)結(jié)焦。

3.5技術(shù)特點

（1）將污泥高干脫水和污泥炭化有效結(jié)合，形成污泥高干脫水炭化處置技術(shù)，污泥脫水調(diào)理采用不含氯離子的無機調(diào)理劑和有機調(diào)理劑復(fù)合進行高壓板框脫水后，污泥泥餅含水率降低至60%以下，減少了污泥水分的蒸發(fā)量，將獲得后的泥餅進行熱解炭化，極大地降低了熱解炭化的熱能耗。

（2）污泥熱解過程中產(chǎn)生的熱解氣烷類（C_mH_n）、一氧化碳（CO）、焦油等可燃氣體及水蒸氣（H₂O）通過保溫伴熱管引入二燃室進行燃燒，通過高溫風機風壓梯度變化在炭化爐體內(nèi)和二次燃燒爐之間形成負壓差，在無二次動力的情況下將熱解氣由炭化爐體內(nèi)引入二次燃燒爐內(nèi)進行燃燒。此工藝技術(shù)既解決了副產(chǎn)物焦油的二次處理問題，又將污泥中一部分有機質(zhì)的熱值充分利用，降低了干化炭化過程中外部熱源的能耗，同時通過燃燒將熱解氣中的大分子化合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳（CO₂）和水蒸汽（H₂O）簡化了排放煙氣組分。

（3）通過高干脫水炭化處置技術(shù)工藝組合可將污泥含水率降低至3%以下，形成的污泥基生物炭水溶性低，減容率達到85%以上，性能滿足園林營養(yǎng)土的標準，實現(xiàn)了污泥最終的減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。運行過程中能耗充分利用，徹底實現(xiàn)了低成本高效處置污泥的目標。

無為市城區(qū)污水處理廠污泥處理處置工程

工程規(guī)模：50噸/日污泥（含水率80%計）。

占地面積：3300m²。

圖4-1 無為項目外景及炭化系統(tǒng)

4.1工藝路線：

采用高干脫水+熱解炭化的工藝路線，具體如下：

將城東污水處理廠含水率99.2%的污泥濃縮后與無城污水處理廠污泥（含水率80%）混合，通過投加調(diào)理藥劑改變污泥的親水性能，使污泥高壓深度脫水變的可行。調(diào)質(zhì)后的污泥進入改性儲罐，然后經(jīng)過過高壓進料泵送入高壓板框壓濾機進行深度脫水，使污泥的含水率降到60%以下，通過輸送系統(tǒng)運輸至炭化車間進行進一步處理。利用生物質(zhì)燃料為熱量來源先對污泥進行干化，含水率降低到20%左右，然后在炭化爐中進行熱解炭化反應(yīng)并最終得到炭化物；同時產(chǎn)生的熱解氣回收供炭化爐供熱系統(tǒng)使用，節(jié)約輔助能源消耗量。

4.2性能指標和關(guān)鍵參數(shù)

表4-1 無為項目主要性能指標和參數(shù)

4.3二次污染控制情況

污泥處理過程中，對廢氣、廢水、噪音、固廢經(jīng)過處理處置及控制措施，保證各項指標排放符合標準要求和環(huán)評要求，主要內(nèi)容如下：

（1）有組織廢氣經(jīng)過SNCR+旋風除塵+酸堿噴淋洗滌+冷凝工藝，煙氣達到《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)表2中二級標準限值要求；

（2）脫水車間廢氣經(jīng)收集系統(tǒng)收集進入離子除臭系統(tǒng)處理后符合《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）表1中二級標準限值要求；

（3）脫水車間產(chǎn)生的壓濾液及炭化車間噴淋塔產(chǎn)生的廢水經(jīng)混凝調(diào)節(jié)工藝處理后符合《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）表4中三級標準要求，排放城東污水廠處理排放；

（4）污泥熱解炭化產(chǎn)物（污泥基生物炭）滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》GBT23486-2009要求,外運至周邊生物肥廠家作為園林綠化用肥生產(chǎn)原料資源化利用；

（5）對產(chǎn)生聲音較大的風機和設(shè)備隔音處理，保證噪音滿足《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標準》(GB12348-2008)中 2 類標準限值要求。

4.4.投資和運行費用分析

表4-2 無為項目投資和運行費用

4.5.項目獲獎情況

無為市污泥集中處置中心項目獲得中國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)環(huán)保聯(lián)盟頒發(fā)的《固體廢物處理及污染治理典型技術(shù)案例獎》

圖4-2榮譽證書

本文作者

何光亞，高級工程師，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)，碩士學位。長期從事固廢資源化的技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用工作，目前就職于安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司，擔任技術(shù)總監(jiān)。

從業(yè)期歷任工藝工程師、技術(shù)部經(jīng)理和技術(shù)研發(fā)總監(jiān)等崗位，期間獲批多項工藝技術(shù)專利，并在國內(nèi)外刊物發(fā)表多篇論文，參與國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項目《秸稈為碳源硫酸鹽還原菌生物礦化動力學和介觀尺度研究》 ，作為主要完成人參加安徽省重大科技專項《污泥高干脫水炭化一體化技術(shù)和設(shè)備》，參與的《基于污泥機械高干脫水的鋼結(jié)構(gòu)板框壓濾機關(guān)鍵裝備研制與應(yīng)用》技術(shù)獲得安徽省科技進步三等獎。帶領(lǐng)團隊開發(fā)了市政污泥“高干脫水+熱解炭化處置利用技術(shù)”并順利進行工程應(yīng)用，并主持編寫了《安徽省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥高干脫水炭化處置技術(shù)導則》。