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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(下)  

2018-01-04 07:04:03|  分类: 废水污泥处理和资 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在美国,很多州的污泥过去都采用填埋。由于发现污泥中包含的有害物质对地下水的污染,未处理污泥填埋后造成填埋场对环境的危害,美国EPA颁布了新的填埋标准。过去的未达标的污泥(Class B污泥)将不再允许填埋,只有达标污泥(Class A污泥)才允许填埋。这项标准的颁布,使得现有的污水处理厂只有投入巨大的污泥处置成本,才能对其污泥进行处置。另外,现有的填埋场已经接近饱和,开辟新的填埋场越来越困难。

为了达到EPA新的污泥处置标准和解决填埋场逐渐用尽的问题,2000年以后,在美国各个州,各个县(County)的政府内都建立了专门的污泥处置研究机构,对可能的解决方案进行可行性研究。在研究了一些传统的污泥处置方案(如焚烧,堆肥,干化)的同时,新的污泥碳化技术开始进入了政府的考虑范围。

例如在南加州大洛杉矶地区,经过近2年的考察,比较,已经决定要建立一个每天处理675吨污泥的碳化厂,由能源技术公司(Enertech Environmental Co.)建设,运行。

6、美国能源技术公司污泥碳化技术介绍

1992年现任公司总经理Mr. Kevin Bolin与污泥碳化技术的发明人Norman Dickinson, Peter Dickinson创建能源技术公司。

Dickinson一生致力于污泥碳化技术的研究,他本人在污泥碳化方面共有13项专利。最早的5项专利于1978年至1980年申请。1984年至1991年间,Dickinson又有6项关于碳化的专利,1994,1995年Dickinson又有2项专利,是以能源技术公司名义申请的。目前,这13项专利均为能源技术公司所有。其中最关键的2项已经申请了国际专利,受专利保护协约保护。其中,US5685153号专利(Dickinson的最后1项专利)1994年也在中国申请了专利,于2000年得到了批准。

能源技术公司的主要产品是基于Dickinson专利的技术SlurryCarbTM(污泥碳化)。基于该技术的主要项目如下。

1997年日处理20吨污泥的设备在日本三菱公司(宇部)。

1999年8月美国能源部(DOE)拨款50万美元,支持能源技术公司的污泥碳化技术开发,制造碳化中试装置PDU(Process Development Unit)。

2001年1月,能源技术公司与美国太空总署签订了2年的合同。能源公司利用污泥碳化技术开发出在太空仓转化太空垃圾的原型装置。

2005年4月,在美国加州Railto建立一座每天处理675吨污泥的处理厂。工厂占地2.5公顷(6.2 arces),建在Rialto污水处理厂旁,每天约可生产140吨干的碳化颗粒。该工厂已经于2006年4月在Rialto破土动工,加州共有5个地区向该厂提供污泥,已经全部与Enertech签署了协议书。该厂预计2008年上半年完工投产。该厂生产的碳化物全部销售给据该厂50英里外的三菱水泥厂。

能源技术公司与其他美国客户(如费城)的签约也在进行中。

污泥碳化技术介绍(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

PDU Process Development Unit工艺试验单元

污泥碳化技术介绍(下) - 不在眉头愁 - 吉建斌的网易博客

日本三菱宇部工厂,20吨DS/天

7、污泥碳化能量的理论计算

标准大气压下,将1公斤水从20℃升高至100℃所需要的能量为80大卡,折合335千焦。将1公斤水在其沸点蒸发所需要的热量为40.8千焦/摩尔,相当于2260千焦(五倍于把等量水从一摄氏度加热到一百摄氏度所需要的热量)

假设污泥中干物质的比热与水相同,假设原始污泥的含水率为80%,则与1公斤水对应的干物质为0.25公斤,加温至100℃需要105千焦。

不考虑细胞壁破解的能量要求,干化所需要的总能量为

335 + 2260 + 105 = 2700千焦

由于干化只能以其干化物质进行能量回收(再利用),最多只能有30%的能量回收,所以干化需要的能量为

2700 × 70% = 1890千焦

10MPa气压下,碳化所需要的能量

将1公斤水从160℃升高至240℃所需要的能量为80大卡(SlurryCarb工艺的能量回收可将初始污泥的温度提高至160℃),折合400千焦。(水在10MPa下的比热约为5.0×kJ/(kg ℃)注:原文如此,请自行查找、核对比热数值)加压能量很小,可以忽略不计。

假设污泥中干物质的比热与水相同,假设原始污泥的含水率为80%,则与1公斤水对应的干物质为0.25公斤,从160℃升高至240℃需要105千焦。

碳化部分需要的总能量为

400 + 105 = 505千焦

干化所需要的能量

由于碳化剩余物中还有50%的水分,不考虑干物质减量,其总量为0.5公斤,用干化方法蒸发,需要能量应为

84 + 565 + 105 = 754千焦

同样考虑30%的能量回收, 干化所需能量为

754 × 70% = 528 千焦

整个碳化过程需要的能量

505 + 528 = 1033 千焦

纯干化工艺需要的热量为1890千焦,碳化后再干化工艺需要的热量为1033千焦,后者是前者的55%,节省能源约45%

参考文献

1.Long-Range Biosolid Management Plan, Orange County Sanitation District, December 2003

2.Emerging Technologies for Biosolid Management, EPA 832-R-06-005, September 2006

3.Review of Alternative Technologies for Biosoilid Management, Great Vancouver Regional District, September, 2005

 

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