污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案 -- 安徽省通源环境节能股份有限公司研发部部长何光亚

污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案

 

   下面有请安徽省通源环境节能股份有限公司研发部部长何光亚，他给我们介绍的题目是《污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案》。

    何光亚：各位领导、各位同仁，大家上午好！我在这里向大家报告和分享的是我们安徽省通源环境节能股份有限公司从2009年开始着眼做的一项工作，那就是污泥高干脱水与炭化资源化整体解决方案，我们通过8年的时间，不断调研、大力投入研发力量最终选取了这套具有绝对优势和竞争力的污泥处理处置工艺路线，下面我会逐一展开介绍我们选取这套工艺路线的依据和优势。我的报告分为下面四个内容：第一个部分是关于我们通源环境的简单介绍；第二部分是关于目前污泥处理处置技术的一个简单的介绍；第三部分是我们通源环境的技术主体路线及优势；第四部分是污泥最终的资源化途径。

    一、安徽通源环境

    通源环境是集工程设计、施工、运营、环保设备生产制造以及固体废弃物处理处置整体解决方案研发为一体的综合性环保公司。

通源环境的定位是固废系统解决方案的服务商。业务板块包括：污泥的处理处置及其资源化；生态屏障的设计，施工以及运营；土壤的修复与水环境治理，危废、医废处理及其运营。

  通源环境的企业目标是要建立优质的项目，以用户满意为宗旨。如何建设优质项目？围绕着固废项目，我们通源环境有自己的设计院，自己的建设团队、运营团队、设备制造团队和技术研发团队，设计、建设和运营为依托，制造、研发为支撑，保证了我们能够建设一个优质的项目。

  而在项目建设和运营过程当中，我们以用户满意为宗旨。如何建立和运营一个让用户满意的项目呢？我们首先拿到一个项目之后通过市场调研和技术调研，了解这个项目的市场背景和技术背景，我们有针对性的进行技术设计，包括对固体废物、污泥、水质的调查，根据不同的市场条件和技术背景为用户量身定制合适的技术工艺路线，然后通过合理化的设计、建设过程中的质量控制、精细化的设备制造，保证了优质项目的建设，后期我们提供可靠的运营服务，通过在线监控、实时跟踪，接受用户和业主的监督。

    二、关于污泥处理处置技术

  其实污泥处理处置主要包括这么三大块：一个是预处理段，一个是深度脱水段，其实这两段应该是污泥处理段；后面还有一个处置段，随着国家对污泥处理处置的不断重视，提出了更多的要求，目前市场上有很多处置技术，现在是百花齐放。

  其实前端处理段主要是采用一些絮凝浓缩、调理改性和机械深度脱水工艺，通过前面一天半时间的技术交流，发现有很多的处置技术，主要是像炭化技术、焚烧技术、好氧堆肥、厌氧消化和一些填埋技术。当然相对来说这些都是传统的处置技术，目前市场上还有一些新型的处理处置技术。

  其实我们说污泥的处理处置主要是遵循四化原则———减量化、无害化、稳定化和资源化。我们在考虑污泥处理处置过程的资源化，主要是利用污泥中间的有机质，以及里面的氮磷钾元素，所以我们所有的处置以及资源化都是围绕这些物质做文章。例如干化焚烧、炭化主要是利用里面的有机质的可燃；厌氧消化以及好氧堆肥，主要是利用污泥中有机质的可生化性，氮磷钾营养物质的可利用性。我们知道污水中的一部分氮和70%的磷最终沉积在污泥中间，所以污泥中间会有大量的氮磷钾和微量营养元素。

    三、通源环境技术路线

  

通源环境在污泥处理处置中采用的是高干脱水+炭化资源化工艺，我们为什么选择这套工艺，这是因为污泥中水分分为六种，其中5%的重力水可以通过重力浓缩或者机械浓缩将其水分去除，而15%的毛细水、35%的弱结合水可以通过机械脱水的方式将其去除，这样通过前面的重力和机械深度脱水可以将污泥含水率降低至50%-60%，而其中25%的强结合水、5%的矿物结晶水和15%的有机质内部水是无法通过机械深度脱水去除的。而重力浓缩所需要的能耗为10^-3kWh/m³；机械脱水所需要的能耗约为1kWh/m³；热处理所需要的能耗为10³kWh/m³。这也就是我们选取高干脱水+炭化资源化工艺路线的依据：通过重力浓缩将含水率降低至95%，再通过机械深度脱水将污泥含水率降低至50%-60%，最后再采用热处理的方式也就是炭化的方式将污泥最终含水率降低，并最大可能保留污泥中的有机质和营养元素，这套工艺的思路就是尽量选择低能耗的方式将其污泥含水率降低后再深度处置并形成资源化。

工艺流程按上图所示： 99%的污泥通过重力或机械浓缩，将含水率降到95%，再进行化学、物理或电化学的方式进行调理改性，后面进入自主研发的特质板框压滤机进行机械深度脱水，脱水后污泥含水率达到50%-60%，后面通过炭化技术，能够将污泥的含水率降低到2%以下，相对于80%含水率减量达到90%，形成了炭化产物最终进行资源化的利用。

    通源环境整体的技术路线有自己的一些核心技术：

    1.调理改性

目前采用的技术主要是一些混合的有机调理剂和热改性技术、臭氧氧化技术，这些调理技术在我们目前的项目中间，建设的项目在国内有40多个，自己在手上运营了有十几个都分别有应用。我们对业主的污泥泥质通过前期的调研和实验室的小试和中试，最终有针对性地选取合适的调理方式。调理改性装置有容积式的混合设备和管道式的混合设备。

    2.机械深度脱水技术

通源环境自主研发的高压钢质板框压滤机具有低能耗，适用性广，压榨周期短的优点。

接下来向各位同仁介绍一下通源环境污泥处置段的工艺---炭化技术，目前国内大部分的污泥干基热值都是在2200-3300kcal/kg，北方高一点，南方低一点；冬季高一点，夏季低一点。污泥炭化是污泥在缺氧或微氧的状况下对污泥加热加压，使污泥中间的有机质细胞热解，将其中的水分进行释放，最大程度地保留了有机质，将有机质以炭元素的形式保存下来，而污泥中的氮、磷和钾元素最大限度地保留在固相中间。

  上面是我们整个炭化工艺的流程图，一个是物料的流程，一个是热量的流程。其中物料流程中含水率小于60%的污泥进入打散储料斗通过螺旋输送进入烘干机，当然含水率80%也是可以做的，为什么选用60%？这也是整个技术的核心，就是我们主张前期通过高干脱水技术将含水量尽量降低，如果是含水率80%的污泥直接炭化能耗可能增加2倍，基本上机械深度脱水的能耗要远远低于热处理的能耗，所以我们采用前段高干脱水的方式将污泥含水率尽量降低后再进行烘干和炭化。在烘干机中具有打散扬雾装置将污泥尽量打散，增加热接触面积，提高热交换效率，烘干采用的温度是160-200℃，而物料的温度是100℃左右，这个温度段达到了水分蒸发要求，而未达到有机质挥发温度，这样一方面尽量保证有机物的保存，同时烟气处理相对比较简单，烟气主要成分为水蒸气。通过风干之后将污泥含水率降低到20%左右，再通过螺旋输送将物料输送入中温炭化机中间，炭化温度在550-650℃的范围，炭化之后形成含水率小于2%的炭化产物，进行后续的资源化利用。

其中热量流程中烘干机的热源有三个来源分别是生物质燃烧机提供的热源、烘干机内部余热的循环利用热源和炭化机余热热源，而炭化机内部的热源有两个来源分别是生物质燃烧机提供的热源和污泥热解产生的热解气进入二次燃烧炉燃烧提供的热源。这里面有两个生物质燃烧机，这是因为我们在启动的时候用到两个燃烧机，一旦正常运行之后基本上炭化机的生物质燃烧机是不需要投加外部热源的，这是因为污泥中的绝干热值在2200-3300kcal/kg，通过高温热解之后有机质在热解炭化过程中形成热解气，热解气在二次燃烧炉中燃烧为炭化机供热，所以炭化机正常运行后就不需要一个外部的热源。

3.热力烘干设备

热力烘干设备内部有一个打散搅拌装置，将污泥尽量的打散，增加物料和热风的热交换面积，同时避免形成黏结，最后形成含水率20%左右的（粒径为1-5mm）的干泥粉。
  4.热解炭化装备

炭化采用间接式中温炭化，炭化间接供热主要考虑污泥中的有机质在绝氧和高温情况下容易热解气化，产生热解气，通过间接供热产生的热解气和热风是分开处理的，热解气可以回收做为燃料提供热源，而热风余热进入烘干机中进行余热利用，这样烟气相对比较简单，容易处理。

  上面是我们整个高干脱水和炭化的一个安装示意图，其实我们的工艺是一个组合式的，这也是我们的优势所在，现在大量的污泥处理前端采用机械深度脱水的方式，而炭化方式可以直接进行无缝嫁接，在污泥处理处置项目进行改造的时候，之前的深度脱水机房和设备是不需要撤除，在此基础上另外添加炭化设备和厂房就行了。

    高干脱水与炭化资源化技术优势：

    1.占地面积小，模块化建设。以我们现在处理量为50吨/天的项目为例，整个设备的占地面积只需要800平方米。

    2.投资和运营成本低。

    3.处理周期短。

    4.无害化和稳定化比较彻底，通过高温之后的病原体和有害微生物被完全杀灭。通过和高校合作研究发现炭化后的污泥中重金属的生物有效性大量的降低，能够降低60%-70%，这样重金属被稳定化，不再进入生物体中形成循环。特别是对于一些挥发性的重金属像砷、汞等通过高温后一部分通过挥发总量会大幅降低。

    5.资源化途径广，烟气处理更简单、烟气量更小。

    四、资源化途径

  不管是哪项处理处置技术都要关注污泥最终的去向，污泥资源化也是污泥处理处置的最后一段路程，也是最困难的，目前各个技术厂家都在投入研发，寻求污泥资源化的方向。通源环境一直在思考这样一个问题。我们主要从下面几个方面来做这项工作：

  对污泥进行炭化产物资源化利用，首先要了解污泥炭化产物具有那些表征和特点。污泥炭化之后炭化产物具有一定的有机炭，含有丰富的氮磷钾和微量营养元素，炭化产物为中性偏碱一点，热解炭化形成气体的过程中会形成一些孔隙，所以有一定的比表面积，具有一点的吸附性能。通过这些特点，炭化产物最终的去向有以下几个途径。

    1.园林绿化的营养土，因为炭化产物中具有一定的有机炭粉和有大量的氮磷钾元素，这是我们项目上炭化产物的测试数据，我们可以看到里面有机质含量以及有效磷和有效钾完全符合农业用肥、园林绿化和土壤改良的标准，所以园林绿化土是污泥炭化产物资源化的一个方向。

 

    2.吸附材料，因为污泥炭化产物具有一定的比表面积，所以我们主要利用它的吸附性。作为吸附材料主要有两个方向：在黑臭水体治理过程中，会建设一些潜流湿地对流域中的水体进行处理净化，而在潜表湿地的构建中会使用部分砾石、多孔的生物填料，污泥炭化产物完全可以作为一种多孔性的生物填料用于潜表湿地的构建，污泥炭化产物具有生物载体和对水体污染物有吸附的作用。对于部分污泥炭化产物比表面积比较大的可以塑造成型之后作为气体的吸附材料。

    3.建筑材料，主要做压结成型的透水砖，也符合海绵城市的建设，通源环境和一些厂家有合作，基本上污泥炭化产物的添加比例可以达到30%，主要是污泥炭化产物和水泥沙子的混合，制作的透水砖具有透水性好，强度达到C30的标准，我们也有项目在做。

    高干脱水+炭化资源化整体解决方案是一个创新，就是把高干脱水和炭化资源化有机结合起来。

    1.这里面其实通过高干脱水和炭化资源化之后，污泥实现了量变到质变的过程，因为污泥一旦炭化后含水率降低至2%以后就不溶于水，如果含水率在2%以上在外面暴露溶于水会形成二次污染，所以它由量变到质变，我们通源环境做最彻底的污泥处理处置。

    2.实现了真正的减量化、无害化、稳定化和资源化。

    3.可实现市政污泥处理处置过程对环境影响比较小，对气体的排放通过二次燃烧整个烟气排放量少，烟气成分简单。炭化产物更相对来说更稳定，形成二次污染的风险更小。

   最后，我想说的是，我们通源环境的企业文化就是“责任铸就、境善境美”，在环保领域中做有良心的事业，做有责任的企业，做优质的项目。谢谢大家！ 

    廖足良：非常感谢何总的介绍。我觉得他这里面给我们提供了一个短流程把污泥彻底解决的思路，特别是其中高干脱水，脱到尽量干然后再进行炭化，实现一个能量的最优化配置平衡和有效的资源化利用。