通源环境：市政污泥高干脱水热解炭化组合工艺的开发和应用

导读：“绿色生态，和谐自然”是环境人的共同梦想，环境企业为绿色发展都贡献着自身力量。在自身领域精专做强，这其中少不了企业的核心技术团队的努力奉献，昼夜拼搏。作为圈层企业技术专家开放长期发声平台，E20通过征文形式汇集多企业的核心技术特点、优势以及与该技术匹配的经典案例，E20愿以企业为核心建立企业技术团队专家库，促进企业的技术优势在实际项目中的应用以及该技术的发展方向和创新。后续E20旗下中国水网/中国固废网/中国大气网微信和网站，将持续发布此系列内容。今天特别发布安徽省通源环境节能股份有限公司的技术及案例。

一．前言

市政污泥指在城镇污水处理过程中产生的半固态或固态物质，污泥的不当处置将对环境造成恶劣的影响。据E20研究院数据显示，2018年中国市政污泥产生量超过4500万吨，2020年总产生量将超过5000万吨，“十四五”期间年复合增长率将达到5%左右。但由于行业内长期“重水轻泥”，导致污泥处置无害化、资源化面临诸多难题，污泥处置未同步跟上，我国污水处理厂所产生的污泥有80%以上没有得到妥善处理，随意倾倒、堆放和填埋导致二次污染严重、污染减排效果大打折扣。

近年来，随着环保部将污泥妥善处理处置纳入污水总量减排考核，将促进综合建设投入低、运营效果稳定、资源化利用高的技术发展，污泥市场有望迎来高速增长，政策由“重水轻泥”向“泥水并重”转变，驱动污泥处置的资源化与无害化进程。

前期市政污泥处理处置主要集中在脱水减量化、石灰稳定化后进行生活垃圾混合填埋，由于污泥脱水稳定技术投资低，运维价格低，被各地方政府采用，其主要占污泥处理处置项目的80%。但由于市政污泥脱水稳定后混合填埋存在占用土地资源、存在二次污染风险，污泥脱水稳定混合填埋近年来逐渐被取缔。近年来，市政污泥已经从过去单一的脱水稳定后混合填埋处置转变为填埋、高温堆肥或者厌氧消化后产物土地利用、热处理（热干化、热解炭化、焚烧、协同焚烧）后产物进行建材利用等兼而用之的多种处置利用方式。但由于存在土地利用，公众担心有毒有害物质，园林绿化也无法消纳过多污泥，导致市政污泥处置后未能真正实现资源化利用的目的。同时，市政污泥处置过程中存在的二次污染风险和处置利用成本过高等问题制约了污泥处置利用行业的发展。

公司研发的市政污泥“高干脱水+热解炭化技术”解决了前期污泥处置利用的瓶颈，真正实现了市政污泥的减量化、无害化和稳定化，最终产物污泥基生物炭能够有效利用在园林营养土复配材料、土壤修复基质土和吸附材料复配原料。

二．工艺技术的依据

湿污泥含水率较高，通常≥80%，若通过加热蒸发该部分水分，热量需求很高，能耗成本高，且易产生臭气污染，故采用机械脱水的方式先脱出大部分水分，再进行热解炭化。

国外学者Vesilind 和Marte 提出污泥中所含的水分主要有四种，即自由水、间隙水、表面水和结合水。自由水是指没有与污泥颗粒结合的水分，它可以通过重力浓缩去掉。间隙水是指胶羽和有机物之间的裂缝、间隙中的水分，它需要通过机械脱水才能脱除。表面水是指由于水分子的分子结构，被固定在污泥颗粒表面的水分，它不能被机械脱水去除。结合水是指经过水合作用，通过化学方式与颗粒结合的水分，可以加热破坏颗粒而释放。

由于不同水分与污泥颗粒的结合方式和能力各不相同，去除它们所需要的能耗也不同。自由水或调质释放出来的吸附水可通过重力浓缩去除，所需要的能耗约为10-3kWh/m3;结合水通过机械脱水去除，所需要能耗约为1kWh/m3；细胞水通过热处理去除，所需要能够约为103kWh/m3。由此可见，浓缩工艺的能耗大大低于机械脱水工艺的能耗，机械脱水工艺的能耗又大大低于热处理工艺的能耗，因此我们可以得出这样的污泥处理原则：尽量采用浓缩法和机械脱水法去除更多的水分，来减少后续热处理的污泥量和蒸发量，可以大大节省总能耗。

三．工艺技术

3.1工艺技术的理论基础

污泥热解是利用污泥中有机物的热不稳定性，在无氧条件下对其加热，使有机物产生热裂解，有机物根据其碳氢比例被裂解，形成利用价值较高的气相（热解气）、和固相（固体残渣），这些产品具有易储存、易运输及使用方便等特点,给污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化提供了有效途径。

根据热解过程操作温度的高低可分为低温、中温和高温热解，在500℃以内的为低温热解，500℃-800℃为中温热解，800℃以上的为高温热解。影响热解过程及产物产率及组成的因素有热解温度、压力、升温速率、气固相停留时间及物料的尺寸等，其中热解温度是最主要影响因素。

3.2工艺系统组成

高干脱水+热解炭化技术是由“高干脱水系统、干化炭化系统、生物炭资源化利用系统、主供热系统、辅助供热系统、烟气处理系统”等组成，实现市政污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。

3.3工艺流程

 “高干脱水系统”使用化学方法或电化学方法对污泥进行调理改性，改善污泥脱水性能，然后通过高干脱水设备使污泥含水率降低至50%左右，初步实现减量化。“干化炭化系统”利用有机物的热不稳定性将有机物热解，热解产生的热解气引入主供热系统燃烧作为补充热源，残碳固定在污泥基生物炭中，热解气和补充燃料燃烧产生的高温烟气提供热解炭化的能源需求，热解炭化的余热烟气提供干化的能源需求，分梯度对热量进行高效利用，污泥经干化、炭化处理后得到的污泥基生物炭可作为资源化利用。干化炭化过程中产生的废热烟气经烟气处理系统处理后达标排放，高干脱水产生的滤出水和烟气喷淋产生的喷淋废水经水处理设施处理后达标排放。

3.4工艺技术创新点

（1）选用符合炭化工艺的聚硅铝铁盐和聚醚胺类复配药剂进行调理，满足干化炭化工艺前的调理脱水要求，形成高干脱水热解炭化组合处置技术。

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编辑：徐冰冰