绳新安

（西安三瑞实业有限公司，陕西西安 710077）

市政污泥低温炭化处理系统的设计

绳新安

（西安三瑞实业有限公司，陕西西安 710077）

市政污泥低温炭化处理的工艺设计实现了对污泥的无害化处理和资源化利用，污泥炭化处理过程清洁、环保、高效，工艺技术先进，使污泥处理具有良好的社会效益和经济效益。

污泥；低温炭化；无害化处理；资源化利用；系统设计

随着我国社会经济的发展，城镇化建设进程的加快，人口不断大量流入城镇生活，城市生活污水量的不断增加，城市生活污水处理率的逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。市政污泥中含有大量的有害病菌、有机污染物和危害生态环境安全的重金属，必须对市政污泥进行规模化、无害化处理和资源化利用，才能实现社会的可持续发展、加强对生态环境的安全保护，才能使我们生活的家园变成蓝天白云、青山绿水的美好景象。市政污泥低温炭化处理系统可以对含水率98％的污泥进行深度脱水、干燥、碳化的有效集成处理，产出可以进行资源化利用的可燃气、焦油、炭化料等产品，实现良好的经济效益和社会效益，促进我国城市污泥无害化、资源化处理产业的发展，更好的保护生态环境。

1 我国城市污泥处理的现状

到2014年底，我国城市和县城累计建成污水处理厂3 362家，每天的污水处理能力约为1.59亿m3；城市污水处理厂为1 808家，日污水处理能力为13 088万m3，污水处理厂的集中处理率为85.94％；县城污水处理厂为1 554家，日污水处理能力为2 881万m3，污水处理厂的集中处理率为80.19％。污泥量约占到污水重量的1％～2％，根据测算我国2014年至2020年城镇污水处理厂的湿污泥（含水率80）产出量数据如表1所示。

表1 2014年至2020年城镇污水处理厂的湿污泥（含水率80）产量数据

目前我国市政污泥的无害化安全处理约占25％，污泥填埋处理约占62％，其它处理方式约占13％。市政污泥的有机污染物、有害病菌和重金属二次污染环境已经是非常突出的问题，采用先进的技术对市政污泥进行无害化安全处理显得紧迫而必要。我国市政污泥处置的标准只有《城镇污水处理厂污染物排放标准》和《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025—93）两项，而且对污染物排放指标没有明确、具体、完整的规定，缺乏规范化、系统化的技术评价和考核体系。

目前，我国市政污泥处理缺乏总体规划，政府职能部门对市政污泥处理监管缺失，长期忽视市政污泥不安全处置带来的危害；市政污泥处理缺乏有效的管理体制、市场机制、标准体系、技术政策等方面的系统支撑。市政污泥无害化处理量约占污泥总量的25％，市政污泥安全处理的缺口巨大；市政污泥的无害化处理和资源化利用相结合，既有经济效益，又有社会效益，将是市政污泥处理的最佳选择方案。

2 市政污泥低温炭化处理系统的工艺设计

市政污泥普遍认同的处理方式有厌氧消化、好氧发酵、焚烧处理、炭化加资源化利用等四种主流技术路线。市政污泥中含有Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Mn、Hg等重金属污染物，厌氧消化、好氧发酵的处理方式无法降低重金属活性，重金属会二次污染水和土壤；污泥焚烧处理产生的烟气中含有二恶英、甲硫醇、硫化物、二氧化氮等有毒有害物质，烟气处理工艺复杂、技术难度大、成本昂贵。

市政污泥低温炭化处理系统采用的是将污泥低温炭化加资源化利用的技术路线。污水处理厂产出的含水98％的污泥采用钢带压滤机进行机械脱水处理，变成含水量60％左右的湿污泥，滤出的废水送回污水厂处理，湿污泥用皮带机送入叶片干燥机。湿污泥进入叶片干燥机在密闭工况下进行间接干燥，叶片轴和壳体夹层中通入导热油，叶片外壁和壳体内壁与湿污泥接触干燥出污泥中的水分，水蒸气经管道进入冷却系统形成冷凝水，冷凝水送污水处理厂处理，干燥后的污泥含水量不大于5％，干污泥用链斗输送机送入污泥低温炭化炉。污泥低温炭化炉采用间接加热方式对污泥进行密闭工况的炭化，燃气热风炉燃烧生成750～800℃的热烟气经热风管和进风口进入炭化炉的热风夹套，加热炭化炉的炉体到600～650℃，引风机将热烟气从热风夹套的出风口引出再送入热风炉循环使用；多于的热烟气经换热器预热热风炉燃烧需要的新鲜空气，达到余热回收的节能目的，换热后的烟气净化处理达标后经烟囱排空，整个热风系统的热能利用率可达到85％。炭化炉旋转使干污泥与炭化炉炉体内壁充分均匀接触，把干污泥加热到500～550℃进行低温炭化，干污泥在炭化炉内停留90～120min完成干馏炭化过程生成炭化料、焦油和可燃性气体。炭化料经炭化炉出料口流出，经料管进入冷却螺旋，炭化料冷却到80℃以下由斗提机送入料仓。焦油以汽态形式和可燃性气体一起经管道进入尾气处理系统，经旋喷塔、冷却器的洗涤、冷却处理，分离出焦油和可燃气，用泵将焦油打入焦油罐，焦油作化工原料外卖，可燃气用风机抽入储气罐供热风炉使用。经试验测试干污泥经过500～550℃低温干馏炭化生成的炭化料，其中含有的重金属已经被钝化，失去金属活性，不会造成度环境的二次污染。炭化料可供给水泥厂作为生产水泥的原料，实现资源利用；炭化料可作为改良土壤的肥料使用，实现资源利用；大颗粒的炭化料因具有活性炭的性质，也可作吸附材料用来净化水和空气，实现资源利用。市政污泥低温炭化处理系统的设计使市政污泥处理不仅环保节能，而且把污泥变废物为原料，实现污泥的无害化处理和资源化利用，既有社会效益又有经济效益。每t干污泥（含水量不大于5％）低温炭化处理后的物料量如表2所示。市政污泥低温炭化处理系统工艺流程图如图1所示。

表2 每t干污泥（含水量不大于5％）低温炭化处理后的物料量

图1 市政污泥低温炭化处理系统工艺流程图

每t含水60％的湿污泥干化之中的水分需要约64标方可燃气，每t干污泥炭化需要约18m3（标）的可燃气。每t含水60％的湿污泥产出约48m3（标）的可燃气，每t含水60％的湿污泥进行干化处理和炭化处理约需要71.2m3（标）可燃气，所以处理每t湿污泥需要外购23.2m3（标）天然气，可燃气回收利用能大幅降低整个市政污泥低温炭化处理系统的能耗成本，实现系统运行的经济性。

3 市政污泥低温炭化处理系统的主要设备选用

含水60％的市政污泥50t/d低温炭化处理系统的主要设备规格如表3所示。系统核心设备叶片干燥机结构如图2所示，污泥炭化炉的结构如图3所示。

表3 50t/d低温炭化处理系统的主要设备规格

图2 叶片干燥机结构示意图

叶片干燥机采用间接加热方式干燥污泥，去除污泥中的水分。叶片轴设计为中空结构，一端安装传动机构使叶片轴旋转，叶片轴的旋转搅拌使污泥与叶片外壁和壳体内壁均匀接触，起到对污泥充分干燥的效果，同时叶片轴也推动污泥向出料口流动；另一端安装旋转接头，导热油通过旋转接头进入和流出叶片轴。叶片干燥机的壳体设计为夹层结构，空腔内充满导热油加热污泥。盖板上设置进料口和出气口，污泥从进料口进入壳体内，污泥受热蒸发出的水蒸气从出气口排出。

图3 污泥炭化炉结构示意图

污泥炭化炉采用热烟气对污泥间接加热，使污泥在密闭、无氧工况下干馏炭化。干污泥从进料口经进料螺旋送入筒体装置内，传动装置使筒体装置旋转，污泥在筒体装置内完成干馏炭化后从出料装置的出料口排出。热烟气从夹套的热风进口进入夹套，热烟气与筒体完成换热后从热风出口排出。进料密封装置采用柔性密封和机械密封结构，出料密封采用鱼鳞柔性密封结构，在筒体旋转时保证筒体内部处于密闭状态。夹套密封采用双层石墨块径向浮动结构，使夹套两端与筒体的结合部位不漏风，减少热量损失，提高热能利用率。托轮装置和挡托轮装置支撑筒体，使筒体在旋转状态下稳定运行。

4 市政污泥50t/d低温炭化处理系统的投资及效益估算

一套50t/d市政污泥（含水60％）低温炭化处理系统，建设周期约为10个月，投资建设费用估算如表4所示，每t污泥处理运行成本估算如表5所示。

表4 投资建设费用估算

表5 每t污泥处理运行成本估算

每t含水60％的污泥干馏炭化生成约221kg的炭化料、112kg焦油和48m3（标）的可燃气。可燃气用于供给系统热能燃烧，炭化料外卖150元/t，焦油外卖2000元/t。每t含水60％的污泥干馏炭化后产品外卖可收益约257元，每t污泥处理政府补贴150元，企业处理每t污泥合计收益407元。收益减去污泥处理运行成本，每t污泥处理的企业利润为166元，每年按生产300d计算，年利润为249万元。

5 结束语

市政污泥低温炭化处理能对城镇污泥进行高效的减量化、无害化处理和资源化利用，是污泥处理的主流发展趋势。市政污泥低温炭化处理具有工艺技术先进，污泥处理过程清洁环保、能源高效利用，污泥产品资源利用的优点。城镇污水处理厂进行污泥低温炭化处理，符合我国目前建设生态环保社会、发展循环经济的要求，能为我国社会经济的可持续发展提供强大的技术支持，具有良好的社会效益和经济效益。

[1]何益得.污水污泥中重金属在热解过程中行为研究[D].湖南大学，2010.

[2]马涛，宋元红，李贵桐，等.市政污泥生物质炭重金属含量及其形态特征[J].中国农业大学学报，2013，（2）：189-194.

Design of Low Temperature Carbonization Treatment System for Municipal Sewage Sludge

Sheng Xin-an

The process design of low temperature carbonization treatment of municipal sludge realizes the harmless treatment and resource utilization of sludge.The process of carbonization of sludge is clean，environmental protection，high efficiency and advanced technology，so that the sludge treatment has good social benefits.And economic benefits.

sludge；low temperature carbonization；harmless treatment；resource utilization；system design

X703.1

B

1003-6490（2016）08-0103-02

2016-07-30

绳新安（1976—），男，河南商水人，工程师，主要从事化工研发设计工作。