王其

摘 要：污泥热解炭化技术是近几年推广使用的一种工业有机污泥处理新方法，具有污染物处理较为彻底、最终产物可实现资源化利用等优势。实践表明，如果将含水率在80%左右的湿污泥直接进行热解炭化，不仅会降低处理效率，而且增加能源消耗。因此，增加前置的污泥干化工艺，推行“脱水干化+热解炭化”的一体化处理技术，成为有机污泥无害化处理的新选择。本文结合一个使用污泥干化、热解炭化一体化技术的工程实例，首先从污泥调理、脱水、干化-高温炭化、碳粒存储、臭气处理等方面，简要概述了工程项目各个环节的技术要点;随后分析了污泥处理中热解气与最终产物碳粒的资源化利用方式，并对该工程的经济效益、环保效益进行了预测，为该技术的推广应用提供了一定帮助。

关键词：有机污泥;干化;热解炭化一体化 ;资源化利用

脱水干化、热解炭化一体化技术的原理，是将高含水率的有机污泥进行干化处理，理想情况下干化后污泥含水率在50%以下;然后再利用设备进行加热使其分解、炭化，最终产物为含水率在5%以下的碳粒。碳粒可作为建筑、工业等领域的重要基础材料，从而实现了无害化处理和资源化利用。近年来，在新设备、新工艺的带动下，污泥的脱水干化、热解炭化一体化技术已经比较成熟，这就为技术的推广应用创造了便利条件。

1.工程项目概况

该工程项目共包含五个系统，分别是污泥调理系统、脱水系统、干化热解炭化系统、存储系统和臭气处理系统。工程总占地面积1464m2，其中建筑物占地面积1224m2，工程费用950万元，建成后污泥处理量可达40t/d（折合含水率80%）。

2.有机污泥干化、热解炭化一体化技术的应用

2.1污泥调理处理

调理系统的作用是破坏污泥的胶體结构和水分结合容量，达到压缩、减量的目的，既可以减轻后续污泥热解炭化的能量消耗，又可以进一步提高脱水效果。常用的调理方式有物理调理（加入硅藻土）、化学调理（加入无机金属盐）和生物调理（加入复合酶）等。在综合考虑成本、环保等因素后，本工程选择生物调理工艺。主要设备有1台直径为2.0m、高度为2.5m的污泥调理罐，内置1台功率为5.5kW、转速为45r/min的搅拌器。同时，配套设置1台加药设备。在均匀加入生物复合酶之后，通过搅拌使生物复合酶与污泥充分结合，提高调理效果。

2.2污泥脱水处理

对污泥进行深度脱水，通常将含水率控制在50%以内，从最初的湿润状态变成半干状态。卧式隔膜板框脱水机能够满足污泥干化处理的要求，但是实际使用时存在能耗高、效率低的问题。而本工程每日处理污泥量较大，因此卧式隔膜板框脱水机的性价比不高。立式压滤机高干污泥脱水机能够在不借助外部能源的情况下，将经过调理后、含水率在80-90%之间的污泥，深度脱水至50%以内。除了脱水效果好，该设备还具有占地面积小、自动化程度高、污泥减容量大等优势。

2.3污泥干化、热解炭化一体化工艺

基于干化、热解炭化一体化工艺的污泥热解过程共包含3个阶段：首先是干化阶段，温度维持在25-100℃之间，污泥中剩余的游离水、结合水完全脱除;其次是热解阶段，温度升高至100-350℃。提供无氧环境，随着温度逐渐升高，污泥中的各类挥发物开始不断析出，污泥质量进一步降低，最大减重可达85%，最大减容可达95%;最后是碳化阶段，温度继续升高并维持在400℃以上，在微观结构上污泥的C-C键和C-H键发生裂解，实现炭化。污泥中有机物的热解过程如图1所示。

该环节使用到的核心设备为一体化双层套筒式旋转炭化机，最大功率为45kW，污泥炭化处理能力可达到25m3/d。另外还有1台功率为4kW的燃烧器、1台DLSLN-2-60型冷凝器和1台DJHR-2/Z型蒸汽热换器。具体运行工艺流程为：前端深度脱水后的污泥（含水率<50%）经密闭螺旋输送机均匀送入炭化机上部，通过锁风器进入炭化机内部，保持炭化机内微负压，对空气进行隔绝，使炭化机内部形成一个无氧或缺氧的空间，污泥从20℃左右的温度，经过干燥段130℃-150℃，热解段250℃-450℃以上，炭化段450℃-650℃，降温段140℃。完成上述流程后，可以得到含水率≤5%的干化污泥。此时污泥的状态以粉末为主，但是也有一些颗粒物。

在热解过程中，由于提供了无氧环境，因此污泥热解基本上不会释放出二噁英。而常规的二氧化硫、氮氧化物等具有污染性的气体，释放量也明显减少，因此干化、热解炭化一体化技术在环保方面也有显著优势。对污泥热解生命周期评价表明，其热解技术的GWP（全球变暖潜能）仅为厌氧消耗的0.37倍、直接填埋的0.22倍、焚烧处理的0.18倍。

2.4污泥存储工艺

经过热解炭化处理后得到的碳粒，会从炭化机下方的出料口掉出，并落到螺旋输送机上。碳粒的含水率≤3%，初始温度在135-140℃。因为碳粒温度极高，在接触外界空气（氧气）后，极易发生自燃现象，不仅造成了资源、能量的浪费，而且容易烧毁输送带，引起火灾事故。因此，必须要对高温碳粒做相应的降温处理。可用方法有2种：其一是采用内置冷却水循环管路的方式，将其布置在输送带的下方，使低温冷却水不断流动，达到帮助碳粒降温的效果。其二是在输送带的两侧，分别对称设置若干个水冷喷雾装置。冷却水通过喷嘴以水雾形式喷出，落到高温碳粒上，也可以达到帮助碳粒降温的效果。此方法降温速度更快，但是碳粒含水率会有一定程度的上升，最高不超过10%。经过降温处理，碳粒温度降低至室温，在运送至输送带的末端后，掉入集料仓中，储存起来。该系统中包含的核心设备主要有：1台功率为6.0kW、长度为10m的带式输送机;1台功率为4.5kW、储水量为25m3/h的循环水泵;1台功率为3kW、储水量为20m3/h的喷淋水泵;1台总容积为200m3，尺寸为10m×5m×4m的碳料仓。

2.5烟气及臭气处理工艺