污泥改性碳化技术

一、污泥改性碳化处理系统技术简介

本项目中应用的污泥改性碳化处理系统技术是目前具有国内、国际领先水平的节能资源化利用清洁工艺和成套装备，可以实现污泥的无害化、稳定化、减量化和资源化的处置要求。

污泥改性碳化处理系统技术主要是通过对污泥的改性技术，将污泥中的重金属等物质进行固化或钝化，同时将其中的蛋白质和糖类等物质进行转化处理，从而提高了污泥的产油率，然后进入改性碳化炉进行碳化处理，一般有机质含量在50%以上的污泥即可实现能量的自给自足，无需任何外供能源，当污泥中有机质含量不足时可通过添加生物质燃料或其他形式燃料的方式来补充能量缺口。

污泥在改性碳化过程中会产生烟气，经过烟气合成隧道的处理可将污泥处置过程产生的CO₂、SO₂、NOx等废气合成农用有机肥料，处理后的烟气中NOx去除率可到达95%以上，SO₂去除率可达到95%以上，CO₂去除率可达到50%以上。烟气合成隧道工艺不但可实现SO₂、NOx的高效去除，同时还能够有效去除CO₂释放出O₂，这一创举不但实现了烟气的资源化利用，同时还实现了碳减排，填补了国际烟气处理资源化利用的空白。如今全球碳交易正进行的如火如荼，此项技术必将会给碳交易市场带来无限可能。

固体废物热解过程是一个复杂的化学反应过程。包含大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。

典型污泥处理处置方案的综合分析与评价

二、污泥改性碳化处理系统技术特点本方案采用独特的多套结构的改性碳化炉作为改性碳化系统的主要处理设备，其炉体温度分区明确，内部为低温反应段，主要用于蒸发水蒸气并及时分离排除，从而减少其在后续处理过程中的能耗。外部套筒为中高温段，主要用于热解污泥并输运可燃裂解气进入燃烧区域进行燃烧，从而为整个碳化过程提供能量来源。最终的碳化颗粒与燃烧烟气会进入干化炉进行余热回收。

该技术具有以下亮点：

（1）降低污泥含水量的技术创新

将污泥中的含水量从80%降到5%以内，通常是对污泥进行高压甩干脱水或外加热源的办法，其成本很高且有机物及重金属无法分离。该项目运用污泥改性碳化处理系统的方法，既可以实现余热的充分回收利用，又能够提高污泥的热解特性和热值品位。这样便大大节约了能耗，降低了成本，当污泥有机物含量达到50%以上即可实现能源的完全自给自足，无需任何外供能源。

（2）重金属固化的技术创新

该专利技术除将污泥中所含的有机质与无机质分离外，通过改性剂的作用，将污泥中的蛋白质进行水解、氨基酸脱氨基及氨的固定，利用固定后的氯化铵与添加的氢氧化钙和葡萄糖粉逐步发生反应，以降低污泥重金属离子化合物或直接还原成单质。未被完全还原的重金属离子可在后续的热解过程中在污泥受热后剩余的固定炭的还原作用下还原成金属单质，将重金属固化。

（3）低碳、节能的改性、热解技术创新

改良后污泥其热解性能和热值品位均有所提高，进入独特的多套筒结构碳化炉后，能够充分利用自身热值进行加热，同时产生的大量余热进入干化炉进行余热回收。最终的碳化颗粒可以作为铺路材料、建材原料，可制成市政用涵管、砖、板等环保建材制品或者用于园林绿化等，实现污泥处理处置减量化、无害化、稳定化和资源化的目标。

（4）体积减量化

该技术可以实现污泥的体积减量。市政脱水污泥含水率较高，容积较大，占有的空间较大。经过污泥改性碳化处理系统技术处理之后，污泥的体积量大大减少，污泥按照含水率80%，其体积可以减少90%以上。

（5）烟气资源化高效处理

应用烟气合成隧道，将污泥处置过程产生的CO₂、SO₂、NO_x等废气合成农用有机肥料，处理后的烟气中NO_x 、SO₂ 、CO₂去除率可到达95%以上。烟气合成隧道工艺不但可实现SO₂、NO_x的高效去除，同时还能够有效去除CO₂释放出O₂，这一创举不但实现了烟气的资源化利用，同时还实现了碳减排，填补了国际烟气处理资源化利用的空白。如今全球碳交易正进行的如火如荼，此项技术必将会给碳交易市场带来无限可能。

（6）改变了治理污泥投入大于产出的现状

污泥治理是世界难题，除了技术问题还有一个重要原因是投入大，产出少，社会效益显著，经济效益负数，制约了经济发展，是政府治理污染的巨大的财政负担。该项目实现了向污泥要资源要能源的设想，不仅能资源利用还有可观的经济效益，还能缓解能源紧张及填埋占用土地等问题。

三、工艺流程描述

工艺流程图

本项目的主工艺路线为：原泥与改性剂以及改性后的污泥在预处理工段混合---干化工段---脂转化工段---碳化工段---烟气合成工段---尾气达标排放，其整体工艺流程框图如图所示。

本工艺主体设备包含原泥料仓、混合仓、干化炉、翻抛机、改性碳化炉、烟气合成隧道、冷却系统及一体化污水处理设备等。

首先，含水率80%的污泥与改性后的干化污泥及改性剂按一定比例在预处理工段进行混合，混合后含水率为70%左右，同时通过添加改性剂不但可以参与改性反应，还能够在混合过程中极大程度的去除污泥臭味，达到固氮、固硫的效果。

混合后的污泥通过传输装置送入干化工段，干化后污泥含水率可从70%降至60%左右，其热源为改性碳化炉产生的高温烟气及高温碳化颗粒。干化炉为套筒结构，改性碳化炉产生的高温烟气及高温碳化颗粒进入干化炉与改性后的原泥进行热交换，这样不但能够有效降低烟气及碳化颗粒温度，还能够充分利用改性碳化炉余热进行干化处理。

经干化后的污泥由传输装置输送至脂转化工段，历经7天左右的改性反应后其含水率可从60%降至30%左右，在脂转化工段中污泥利用改性剂中的酵母菌群产热脱水，将污泥中的蛋白质、糖类物质在污泥改性剂脂转换酶的作用下转化为油脂，并产生热量，改性过程中污泥温度最高可达到70℃，并且经改性后的污泥其含油率提高到7~15%。经干化工段换热后的烟气以及改性碳化炉的循环热水也会为改性沟供热，从而提高了改性反应和水分蒸发的速率。

改性后的污泥进入碳化工段，经碳化后污泥含水率将从30%降至0~5%以下。碳化工段中使用的改性碳化炉采用独特的多套筒结构，能够最大限度的延长污泥在炉内的停留时间。同时，还能够将污泥分区加热，不同温度段其污泥的反应机理也不同。在低温段（100~150℃）污泥主要为水分蒸发过程，通过在此段设置引风机可将大部分水蒸气通过冷却塔冷凝，然后通入烟气合成隧道进行处理并达标排放，从而减少水蒸气在后续高温段的热耗。在中、高温段则主要是污泥绝氧或缺氧碳化、挥发份析出以及油脂蒸发的过程，过程中产生的可燃气体引入炉体底部燃烧室后，通过鼓风机送入适量空气即可实现可燃成分燃烧放热，从而为碳化和干化过程提供能量。本工艺产生的最终碳化颗粒如图所示。

      本工艺碳化颗粒               高温碳化工艺颗粒

碳化成品展示

处理过程中产生的烟气等经余热回收及冷却塔冷却后温度降至40℃左右，经引风机引入烟气合成工段进行处理，处理后的烟气中NO_x 、SO₂ 和CO₂去除率可达到95%以上，产生的臭气可经由等离子除臭设备进行处理，最终尾气达标排放。

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