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吉建斌的网易博客

吉建斌

 
 
 

日志

 
 

污泥碳化技术介绍(上)  

2018-01-04 07:02:28|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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天津机电进出口有限公司(2007年9月)

 

摘要:本文介绍了一种污泥低温裂解碳化新工艺,该工艺目前在世界上已经逐渐成熟。

Abstract: Introduce an emerging pyrolysis technology which treat the municipal sludge by low temperature and low pressure. The technology is now build a treatment plant in US.

关键字:污泥碳化,污泥裂解,污泥处置

 

1、什么是污泥碳化

市政污泥中含有可燃物质,尤其是生化污泥(二沉池排出的剩余污泥),由于其中含有大量的活性污泥细菌,可燃物质量更大。根据上海、天津等地的污泥发热量试验,中国市政污泥中的发热量约为2200至3300大卡/吨干物质。其中消化后的污泥发热量较低,一般仅为未消化污泥的70%左右。夏季污泥的发热量比冬季低。

所谓污泥碳化,就是通过给污泥加温和加压,使生化污泥中的细胞裂解,将其中的水分释放出来,同时又最大限度地保留了污泥中碳质的过程。污泥碳化的优势在于,污泥碳化是通过裂解方式将污泥中的水分脱出,能源消耗少,剩余产物中的碳含量高,发热量大,而其它工艺大多数是通过加热,蒸发的方式去除污泥中的水分,耗能大,灰分中的碳质低,利用价值小。

2、污泥碳化的基本工艺

污泥碳化技术介绍(上) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

Step 1: 污泥预处理,将含水率80%左右的脱水污泥切碎,搅拌。

Step 2: 污泥加压,将污泥加压送入碳化系统。

Step 3: 污泥加热,通过外部热源为污泥加热。

Step 4: 污泥裂解反应,在高温高压状态下,污泥被裂解成液态。

Step 5: 冷凝/热交换,将加热的污泥水冷却,能量经热交换器回收。

Step 6: 污泥液脱水,脱水后的泥饼的含水率为50%以下。

Step 7: 上清液回收,使用膜过滤技术处理后的水返回污水处理厂。

Step 8: 干化,造粒,根据用户需要可以对碳化物进一步干化造粒,或保持原状。

污泥碳化的主要参数

进泥含水率:80%左右(干物质20,水80)

碳化物含水率:50%以下(干物质20,水20)

实际脱水:75%以上 [(80-20)/80 ]

反应时间:12分钟

反应温度:< 300

反应压力:< 10MPa

炭化物的燃质:4200大卡/公斤干物质(美国),3300大卡/公斤干物质(中国)

滤出液处理:膜生物反应器(MBR),达到国家污水排放标准。

蒸发气处理:废气燃烧+旋风、过滤器,达到国家废气排放标准。

3、污泥碳化的成本计算

为了将原来含水率为80%的污泥处理成含水率基本为零,采用碳化+干化方法的能源消耗比纯干化的方法将降低50%(其原理计算详见计算书)。目前我国的污泥干化成本均在200 元人民币/吨泥左右。

4、污泥碳化的投资

目前,世界范围污泥碳化工程的实例尚不多,根据目前正在建设中的美国加州Rialto的污泥碳化厂的预算,在中国建设一座日处理量为100吨的污泥处置厂,包括污泥碳化,碳化后干化,污泥水处理,除臭等全部设备,投资约3000万元人民币左右。

5、污泥碳化的发展

世界上污泥碳化技术的发展分为以下三个阶段。

(1)理论研究阶段(1980-1990 年)。这个阶段的研究集中在污泥碳化机理的研究上。这个阶段一个突出特点就是大量的专利申请。Fassbender, A.G等人的STORS专利,Dickinson N.L污泥碳化专利都是在这期间申请和批准的。

(2)小规模生产试验阶段(1990-2000 年)。随着污泥碳化理论研究的深入,随着化验室试验的成功,人们开始思考将污泥碳化技术转变成为真正商业化污泥处理的装置。在大规模商业化之前,为了减少投资风险,需要对该技术进行小规模生产性试验(Pilot Trial)。通过这些试验,污泥碳化技术开始从实验室走向工厂。这期间设计和制造了许多专用设备,解决了大量实际工厂化的技术问题。

这个阶段的特点如下:

规模小。例如1997年日本三菱在宇部的污泥碳化厂规模为20吨/天;1992年,日本ORGANO公司在东京郊区建了一个污泥碳化试验厂;1997年Thermo Energy在加利福尼亚州Colton市建立了一个污泥碳化实验厂规模为每天处理5吨干泥。

试验资金来自大公司和政府,而不是商业用户。例如,在日本的试验均来自大公司,在加州的试验资金是来自美国EPA。

试验均取得了一定的成果,可以产出一部分碳化物。但试验也暴露了该项技术存在的一些问题。首批试验工厂并没有导致直接的商业订单。

(3)大规模的商业推广阶段(2000-)。除了污泥碳化技术逐渐成熟的因素以外,导致污泥碳化技术大规模商业推广还有其他因素。

在日本,80%的污泥的最终处置方法是焚烧。但由于近年来发现焚烧存在二恶英污染的隐患,所以日本环保部门对焚烧排除的气体提出了更加严格的要求,使得本来成本就很高的焚烧工艺的成本更加提高。

为了取代焚烧工艺,目前,日本已经有多家公司生产和销售碳化装置。比较著名的有荏原公司的碳化炉,三菱公司横滨制作所的污泥碳化装置,巴工业公司每天处理10吨,30吨的污泥碳化装置。2005年日本东京下水道技术展览会上,日本日环特殊株式会社甚至推出了标准的污泥碳化减量车。该车可以随时到任何有污泥的场所对污泥进行碳化。这些发展表明,碳化技术已趋于成熟。

 

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