圖文|污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案 來(lái)源:中國(guó)給水排水 -cnww1985 作者:何光亞
何光亞：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同仁，大家上午好!我在這里向大家報(bào)告和分享的是我們安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司從2009年開(kāi)始著眼做的一項(xiàng)工作，那就是污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案，我們通過(guò)8年的時(shí)間，不斷調(diào)研、大力投入研發(fā)力量最終選取了這套具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力的污泥處理處置工藝路線，下面我會(huì)逐一展開(kāi)介紹我們選取這套工藝路線的依據(jù)和優(yōu)勢(shì)。我的報(bào)告分為下面四個(gè)內(nèi)容：第一個(gè)部分是關(guān)于我們通源環(huán)境的簡(jiǎn)單介紹;第二部分是關(guān)于目前污泥處理處置技術(shù)的一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹;第三部分是我們通源環(huán)境的技術(shù)主體路線及優(yōu)勢(shì);第四部分是污泥最終的資源化途徑。
1安徽通源環(huán)境
通源環(huán)境是集工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、環(huán)保設(shè)備生產(chǎn)制造以及固體廢棄物處理處置整體解決方案研發(fā)為一體的綜合性環(huán)保公司。
通源環(huán)境的定位是固廢系統(tǒng)解決方案的服務(wù)商。業(yè)務(wù)板塊包括：污泥的處理處置及其資源化;生態(tài)屏障的設(shè)計(jì)，施工以及運(yùn)營(yíng);土壤的修復(fù)與水環(huán)境治理，危廢、醫(yī)廢處理及其運(yùn)營(yíng)。
通源環(huán)境的企業(yè)目標(biāo)是要建立優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目，以用戶滿意為宗旨。如何建設(shè)優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目?圍繞著固廢項(xiàng)目，我們通源環(huán)境有自己的設(shè)計(jì)院，自己的建設(shè)團(tuán)隊(duì)、運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)、設(shè)備制造團(tuán)隊(duì)和技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)為依托，制造、研發(fā)為支撐，保證了我們能夠建設(shè)一個(gè)優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目。
而在項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程當(dāng)中，我們以用戶滿意為宗旨。如何建立和運(yùn)營(yíng)一個(gè)讓用戶滿意的項(xiàng)目呢?我們首先拿到一個(gè)項(xiàng)目之后通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)調(diào)研，了解這個(gè)項(xiàng)目的市場(chǎng)背景和技術(shù)背景，我們有針對(duì)性的進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，包括對(duì)固體廢物、污泥、水質(zhì)的調(diào)查，根據(jù)不同的市場(chǎng)條件和技術(shù)背景為用戶量身定制合適的技術(shù)工藝路線，然后通過(guò)合理化的設(shè)計(jì)、建設(shè)過(guò)程中的質(zhì)量控制、精細(xì)化的設(shè)備制造，保證了優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目的建設(shè)，后期我們提供可靠的運(yùn)營(yíng)服務(wù)，通過(guò)在線監(jiān)控、實(shí)時(shí)跟蹤，接受用戶和業(yè)主的監(jiān)督。
2關(guān)于污泥處理處置技術(shù)
其實(shí)污泥處理處置主要包括這么三大塊：一個(gè)是預(yù)處理段，一個(gè)是深度脫水段，其實(shí)這兩段應(yīng)該是污泥處理段;后面還有一個(gè)處置段，隨著國(guó)家對(duì)污泥處理處置的不斷重視，提出了更多的要求，目前市場(chǎng)上有很多處置技術(shù)，現(xiàn)在是百花齊放。
其實(shí)前端處理段主要是采用一些絮凝濃縮、調(diào)理改性和機(jī)械深度脫水工藝，通過(guò)前面一天半時(shí)間的技術(shù)交流，發(fā)現(xiàn)有很多的處置技術(shù)，主要是像炭化技術(shù)、焚燒技術(shù)、好氧堆肥、厭氧消化和一些填埋技術(shù)。當(dāng)然相對(duì)來(lái)說(shuō)這些都是傳統(tǒng)的處置技術(shù)，目前市場(chǎng)上還有一些新型的處理處置技術(shù)。
其實(shí)我們說(shuō)污泥的處理處置主要是遵循四化原則———減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化。我們?cè)诳紤]污泥處理處置過(guò)程的資源化，主要是利用污泥中間的有機(jī)質(zhì)，以及里面的氮磷鉀元素，所以我們所有的處置以及資源化都是圍繞這些物質(zhì)做文章。例如干化焚燒、炭化主要是利用里面的有機(jī)質(zhì)的可燃;厭氧消化以及好氧堆肥，主要是利用污泥中有機(jī)質(zhì)的可生化性，氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可利用性。我們知道污水中的一部分氮和70%的磷最終沉積在污泥中間，所以污泥中間會(huì)有大量的氮磷鉀和微量營(yíng)養(yǎng)元素。
3通源環(huán)境技術(shù)路線
通源環(huán)境在污泥處理處置中采用的是高干脫水+炭化資源化工藝，我們?yōu)槭裁催x擇這套工藝，這是因?yàn)槲勰嘀兴址譃榱N，其中5%的重力水可以通過(guò)重力濃縮或者機(jī)械濃縮將其水分去除，而15%的毛細(xì)水、35%的弱結(jié)合水可以通過(guò)機(jī)械脫水的方式將其去除，這樣通過(guò)前面的重力和機(jī)械深度脫水可以將污泥含水率降低至50%-60%，而其中25%的強(qiáng)結(jié)合水、5%的礦物結(jié)晶水和15%的有機(jī)質(zhì)內(nèi)部水是無(wú)法通過(guò)機(jī)械深度脫水去除的。而重力濃縮所需要的能耗為10-3kWh/m3;機(jī)械脫水所需要的能耗約為1kWh/m3;熱處理所需要的能耗為103kWh/m3。這也就是我們選取高干脫水+炭化資源化工藝路線的依據(jù)：通過(guò)重力濃縮將含水率降低至95%，再通過(guò)機(jī)械深度脫水將污泥含水率降低至50%-60%，最后再采用熱處理的方式也就是炭化的方式將污泥最終含水率降低，并最大可能保留污泥中的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素，這套工藝的思路就是盡量選擇低能耗的方式將其污泥含水率降低后再深度處置并形成資源化。
工藝流程按上圖所示： 99%的污泥通過(guò)重力或機(jī)械濃縮，將含水率降到95%，再進(jìn)行化學(xué)、物理或電化學(xué)的方式進(jìn)行調(diào)理改性，后面進(jìn)入自主研發(fā)的特質(zhì)板框壓濾機(jī)進(jìn)行機(jī)械深度脫水，脫水后污泥含水率達(dá)到50%-60%，后面通過(guò)炭化技術(shù)，能夠?qū)⑽勰嗟暮式档偷?%以下，相對(duì)于80%含水率減量達(dá)到90%，形成了炭化產(chǎn)物最終進(jìn)行資源化的利用。
通源環(huán)境整體的技術(shù)路線有自己的一些核心技術(shù)：
1.調(diào)理改性
目前采用的技術(shù)主要是一些混合的有機(jī)調(diào)理劑和熱改性技術(shù)、臭氧氧化技術(shù)，這些調(diào)理技術(shù)在我們目前的項(xiàng)目中間，建設(shè)的項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)有40多個(gè)，自己在手上運(yùn)營(yíng)了有十幾個(gè)都分別有應(yīng)用。我們對(duì)業(yè)主的污泥泥質(zhì)通過(guò)前期的調(diào)研和實(shí)驗(yàn)室的小試和中試，最終有針對(duì)性地選取合適的調(diào)理方式。調(diào)理改性裝置有容積式的混合設(shè)備和管道式的混合設(shè)備。
2.機(jī)械深度脫水技術(shù)
通源環(huán)境自主研發(fā)的高壓鋼質(zhì)板框壓濾機(jī)具有低能耗，適用性廣，壓榨周期短的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)向各位同仁介紹一下通源環(huán)境污泥處置段的工藝---炭化技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)大部分的污泥干基熱值都是在2200-3300kcal/kg，北方高一點(diǎn)，南方低一點(diǎn);冬季高一點(diǎn)，夏季低一點(diǎn)。污泥炭化是污泥在缺氧或微氧的狀況下對(duì)污泥加熱加壓，使污泥中間的有機(jī)質(zhì)細(xì)胞熱解，將其中的水分進(jìn)行釋放，最大程度地保留了有機(jī)質(zhì)，將有機(jī)質(zhì)以炭元素的形式保存下來(lái)，而污泥中的氮、磷和鉀元素最大限度地保留在固相中間。
上面是我們整個(gè)炭化工藝的流程圖，一個(gè)是物料的流程，一個(gè)是熱量的流程。其中物料流程中含水率小于60%的污泥進(jìn)入打散儲(chǔ)料斗通過(guò)螺旋輸送進(jìn)入烘干機(jī)，當(dāng)然含水率80%也是可以做的，為什么選用60%?這也是整個(gè)技術(shù)的核心，就是我們主張前期通過(guò)高干脫水技術(shù)將含水量盡量降低，如果是含水率80%的污泥直接炭化能耗可能增加2倍，基本上機(jī)械深度脫水的能耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱處理的能耗，所以我們采用前段高干脫水的方式將污泥含水率盡量降低后再進(jìn)行烘干和炭化。在烘干機(jī)中具有打散揚(yáng)霧裝置將污泥盡量打散，增加熱接觸面積，提高熱交換效率，烘干采用的溫度是160-200℃，而物料的溫度是100℃左右，這個(gè)溫度段達(dá)到了水分蒸發(fā)要求，而未達(dá)到有機(jī)質(zhì)揮發(fā)溫度，這樣一方面盡量保證有機(jī)物的保存，同時(shí)煙氣處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，煙氣主要成分為水蒸氣。通過(guò)風(fēng)干之后將污泥含水率降低到20%左右，再通過(guò)螺旋輸送將物料輸送入中溫炭化機(jī)中間，炭化溫度在550-650℃的范圍，炭化之后形成含水率小于2%的炭化產(chǎn)物，進(jìn)行后續(xù)的資源化利用。
其中熱量流程中烘干機(jī)的熱源有三個(gè)來(lái)源分別是生物質(zhì)燃燒機(jī)提供的熱源、烘干機(jī)內(nèi)部余熱的循環(huán)利用熱源和炭化機(jī)余熱熱源，而炭化機(jī)內(nèi)部的熱源有兩個(gè)來(lái)源分別是生物質(zhì)燃燒機(jī)提供的熱源和污泥熱解產(chǎn)生的熱解氣進(jìn)入二次燃燒爐燃燒提供的熱源。這里面有兩個(gè)生物質(zhì)燃燒機(jī)，這是因?yàn)槲覀冊(cè)趩?dòng)的時(shí)候用到兩個(gè)燃燒機(jī)，一旦正常運(yùn)行之后基本上炭化機(jī)的生物質(zhì)燃燒機(jī)是不需要投加外部熱源的，這是因?yàn)槲勰嘀械慕^干熱值在2200-3300kcal/kg，通過(guò)高溫?zé)峤庵笥袡C(jī)質(zhì)在熱解炭化過(guò)程中形成熱解氣，熱解氣在二次燃燒爐中燃燒為炭化機(jī)供熱，所以炭化機(jī)正常運(yùn)行后就不需要一個(gè)外部的熱源。
3.熱力烘干設(shè)備
熱力烘干設(shè)備內(nèi)部有一個(gè)打散攪拌裝置，將污泥盡量的打散，增加物料和熱風(fēng)的熱交換面積，同時(shí)避免形成黏結(jié)，最后形成含水率20%左右的(粒徑為1-5mm)的干泥粉。
4.熱解炭化裝備
炭化采用間接式中溫炭化，炭化間接供熱主要考慮污泥中的有機(jī)質(zhì)在絕氧和高溫情況下容易熱解氣化，產(chǎn)生熱解氣，通過(guò)間接供熱產(chǎn)生的熱解氣和熱風(fēng)是分開(kāi)處理的，熱解氣可以回收做為燃料提供熱源，而熱風(fēng)余熱進(jìn)入烘干機(jī)中進(jìn)行余熱利用，這樣煙氣相對(duì)比較簡(jiǎn)單，容易處理。
上面是我們整個(gè)高干脫水和炭化的一個(gè)安裝示意圖，其實(shí)我們的工藝是一個(gè)組合式的，這也是我們的優(yōu)勢(shì)所在，現(xiàn)在大量的污泥處理前端采用機(jī)械深度脫水的方式，而炭化方式可以直接進(jìn)行無(wú)縫嫁接，在污泥處理處置項(xiàng)目進(jìn)行改造的時(shí)候，之前的深度脫水機(jī)房和設(shè)備是不需要撤除，在此基礎(chǔ)上另外添加炭化設(shè)備和廠房就行了。
高干脫水與炭化資源化技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1.占地面積小，模塊化建設(shè)。以我們現(xiàn)在處理量為50噸/天的項(xiàng)目為例，整個(gè)設(shè)備的占地面積只需要800平方米。
2.投資和運(yùn)營(yíng)成本低。
3.處理周期短。
4.無(wú)害化和穩(wěn)定化比較徹底，通過(guò)高溫之后的病原體和有害微生物被完全殺滅。通過(guò)和高校合作研究發(fā)現(xiàn)炭化后的污泥中重金屬的生物有效性大量的降低，能夠降低60%-70%，這樣重金屬被穩(wěn)定化，不再進(jìn)入生物體中形成循環(huán)。特別是對(duì)于一些揮發(fā)性的重金屬像砷、汞等通過(guò)高溫后一部分通過(guò)揮發(fā)總量會(huì)大幅降低。
5.資源化途徑廣，煙氣處理更簡(jiǎn)單、煙氣量更小。
4資源化途徑
不管是哪項(xiàng)處理處置技術(shù)都要關(guān)注污泥最終的去向，污泥資源化也是污泥處理處置的最后一段路程，也是最困難的，目前各個(gè)技術(shù)廠家都在投入研發(fā)，尋求污泥資源化的方向。通源環(huán)境一直在思考這樣一個(gè)問(wèn)題。我們主要從下面幾個(gè)方面來(lái)做這項(xiàng)工作：
對(duì)污泥進(jìn)行炭化產(chǎn)物資源化利用，首先要了解污泥炭化產(chǎn)物具有那些表征和特點(diǎn)。污泥炭化之后炭化產(chǎn)物具有一定的有機(jī)炭，含有豐富的氮磷鉀和微量營(yíng)養(yǎng)元素，炭化產(chǎn)物為中性偏堿一點(diǎn)，熱解炭化形成氣體的過(guò)程中會(huì)形成一些孔隙，所以有一定的比表面積，具有一點(diǎn)的吸附性能。通過(guò)這些特點(diǎn)，炭化產(chǎn)物最終的去向有以下幾個(gè)途徑。
1.園林綠化的營(yíng)養(yǎng)土，因?yàn)樘炕a(chǎn)物中具有一定的有機(jī)炭粉和有大量的氮磷鉀元素，這是我們項(xiàng)目上炭化產(chǎn)物的測(cè)試數(shù)據(jù)，我們可以看到里面有機(jī)質(zhì)含量以及有效磷和有效鉀完全符合農(nóng)業(yè)用肥、園林綠化和土壤改良的標(biāo)準(zhǔn)，所以園林綠化土是污泥炭化產(chǎn)物資源化的一個(gè)方向。
2.吸附材料，因?yàn)槲勰嗵炕a(chǎn)物具有一定的比表面積，所以我們主要利用它的吸附性。作為吸附材料主要有兩個(gè)方向：在黑臭水體治理過(guò)程中，會(huì)建設(shè)一些潛流濕地對(duì)流域中的水體進(jìn)行處理凈化，而在潛表濕地的構(gòu)建中會(huì)使用部分礫石、多孔的生物填料，污泥炭化產(chǎn)物完全可以作為一種多孔性的生物填料用于潛表濕地的構(gòu)建，污泥炭化產(chǎn)物具有生物載體和對(duì)水體污染物有吸附的作用。對(duì)于部分污泥炭化產(chǎn)物比表面積比較大的可以塑造成型之后作為氣體的吸附材料。
3.建筑材料，主要做壓結(jié)成型的透水磚，也符合海綿城市的建設(shè)，通源環(huán)境和一些廠家有合作，基本上污泥炭化產(chǎn)物的添加比例可以達(dá)到30%，主要是污泥炭化產(chǎn)物和水泥沙子的混合，制作的透水磚具有透水性好，強(qiáng)度達(dá)到C30的標(biāo)準(zhǔn)，我們也有項(xiàng)目在做。
高干脫水+炭化資源化整體解決方案是一個(gè)創(chuàng)新，就是把高干脫水和炭化資源化有機(jī)結(jié)合起來(lái)。
1.這里面其實(shí)通過(guò)高干脫水和炭化資源化之后，污泥實(shí)現(xiàn)了量變到質(zhì)變的過(guò)程，因?yàn)槲勰嘁坏┨炕蠛式档椭?%以后就不溶于水，如果含水率在2%以上在外面暴露溶于水會(huì)形成二次污染，所以它由量變到質(zhì)變，我們通源環(huán)境做最徹底的污泥處理處置。
2.實(shí)現(xiàn)了真正的減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化。
3.可實(shí)現(xiàn)市政污泥處理處置過(guò)程對(duì)環(huán)境影響比較小，對(duì)氣體的排放通過(guò)二次燃燒整個(gè)煙氣排放量少，煙氣成分簡(jiǎn)單。炭化產(chǎn)物更相對(duì)來(lái)說(shuō)更穩(wěn)定，形成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)更小。
最后，我想說(shuō)的是，我們通源環(huán)境的企業(yè)文化就是“責(zé)任鑄就、境善境美”，在環(huán)保領(lǐng)域中做有良心的事業(yè)，做有責(zé)任的企業(yè)，做優(yōu)質(zhì)的項(xiàng)目。謝謝大家!
主持人(康碧集團(tuán)業(yè)務(wù)拓展副總裁 廖足良 博士)：非常感謝何總的介紹。我覺(jué)得他這里面給我們提供了一個(gè)短流程把污泥徹底解決的思路，特別是其中高干脫水，脫到盡量干然后再進(jìn)行炭化，實(shí)現(xiàn)一個(gè)能量的最優(yōu)化配置平衡和有效的資源化利用。
原標(biāo)題:污泥高干脫水與炭化資源化整體解決方案
來(lái)源:中國(guó)給水排水 -cnww1985 作者:何光亞
