一種污泥處理綜合利用技術(shù)

羅明聰，馮文平，資靜斌

（中藍長化工程科技有限公司，湖南 長沙 410116）

我國“十四五”規(guī)劃及“遠景規(guī)劃”中提出生態(tài)文明建設(shè)是未來我國發(fā)展的重要目標(biāo)，環(huán)境保護及治理是我國重大戰(zhàn)略方針政策。隨著《固廢法》等法律法規(guī)的實施，污泥作為一般固廢，對其監(jiān)管力度、處罰力度也越來越大，處置要求也越來越高；同時碳達峰與碳中和遠景規(guī)劃的出臺，使污泥采用焚燒等工藝進行處理已不能滿足人民群眾對生態(tài)環(huán)境的要求，采用更節(jié)能環(huán)保及超低排放的技術(shù)勢在必行。因此從根本上實現(xiàn)污泥處理處置的無害化、資源化，實現(xiàn)真正意義上的污泥零排放已勢在必行[1]。

1 現(xiàn)有主要污泥處理處置工藝介紹

目前國內(nèi)已有的主要污泥處理技術(shù)包括：衛(wèi)生填埋、高溫堆肥、厭氧消化、好氧發(fā)酵、焚燒與協(xié)同處置等。雖然模式難以統(tǒng)一，但最終都是以無害化、穩(wěn)定化、資源化為處理目標(biāo)。其中污泥填埋、高溫堆肥本身存在著環(huán)保問題，將被更安全、環(huán)保、經(jīng)濟的處理處置方式所取代。

1.1 污泥焚燒法

該方法可以對城市污泥中含有的大量有機物進行處置，焚燒后的殘渣也可以實現(xiàn)穩(wěn)定化，體積減少，有利于運輸和最終處理，但也存在著能耗高、處理費用昂貴以及氮氧化物、二噁英、硫化物、飛灰等二次污染等難以有效解決的問題。

1.2 厭氧消化法

厭氧消化法可以將污泥進行較好地資源化，但這需要更多的能源消耗，且系統(tǒng)運行管理復(fù)雜，產(chǎn)生的沼液、沼渣需后續(xù)處理且難度較大，難以大面積推廣。

1.3 好氧發(fā)酵法

由于經(jīng)好氧發(fā)酵法處理的污泥泥質(zhì)不穩(wěn)定，在中溫情況下，難以對細菌病原體進行100%的滅活，重金屬難以穩(wěn)定化，所以該方法的使用面較窄，并存在臭氣難以控制、污染周邊環(huán)境等問題，且堆肥產(chǎn)物市場銷路的制約因素較大[2]。

2 污泥炭化（低溫?zé)峤猓┘夹g(shù)介紹

低溫?zé)峤饧夹g(shù)利用了污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在絕氧和低氧狀態(tài)下可將有機污泥分解成可燃氣和固態(tài)碳，并可以以連續(xù)生產(chǎn)的工藝和工廠化的方式，將污泥轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的易儲存、易運輸、能量密度高且使用方便的可燃氣、固態(tài)產(chǎn)物等高附加值能源產(chǎn)品。在我國“雙碳”目標(biāo)背景下，與常規(guī)耗氧焚燒技術(shù)相比，其具有排放煙氣量和大氣污染物少、可有效減少二氧化碳（CO2）排放等優(yōu)點。

2.1 污泥炭化（低溫?zé)峤猓┘夹g(shù)工藝流程

圖1 污泥炭化技術(shù)工藝流程示意圖

污水處理廠濃縮后的污泥（含水98%左右）送至調(diào)理池加藥調(diào)理，經(jīng)污泥調(diào)理池調(diào)理后的污泥通過污泥進料泵加壓進入壓濾機內(nèi)進行高干脫水至60%的泥餅，此過程中生成的壓濾液通過內(nèi)部管道排入廠內(nèi)污水管網(wǎng)，進行回廠處理；壓濾后的泥餅落入到泥餅輸送線內(nèi)，送入污泥緩存貯倉內(nèi)存放。將存放在污泥緩存貯倉中含水率60%左右的污泥利用螺旋輸送機輸送至碳化機高位料倉，再進入干化碳化機，經(jīng)過干化、碳化生成生物炭，生物炭冷卻后進入儲倉，待外運后進行資源化利用。系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣經(jīng)尾氣處理系統(tǒng)集中處理后達標(biāo)排放。

2.2 污泥碳化（熱解）技術(shù)的特點

污泥碳化（熱解）技術(shù)具有以下特點：（1）可直接處理含水率小于60%的污泥，適應(yīng)性強；（2）一體化污泥連續(xù)碳化主機干化模塊和碳化模塊采用分離的水蒸汽和熱解氣通道，污泥炭化機采用外加熱方式進行加熱，加熱區(qū)增加翅片裝置，大大增加了受熱面積，傳熱均勻，提高了傳熱效果。（3）污泥在全封閉的微負壓工況下完成系統(tǒng)全流程處置。污泥存儲及輸送過程中產(chǎn)生的惡臭可通過微負壓送入熱風(fēng)爐，進行高溫除臭處理，環(huán)境非常友好；（4）通過熱能綜合利用，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，進一步降低運行成本，提升項目價值；（5）集污泥干化、碳化模塊于一體，使設(shè)備高度集成化、簡約化，并利用自動化儀表實現(xiàn)從物料進場至生物炭產(chǎn)出的全系統(tǒng)監(jiān)測，采用PLC實現(xiàn)全系統(tǒng)參數(shù)化設(shè)計及控制，系統(tǒng)操作簡單；（6）采用連續(xù)化的進料和出料，工藝過程穩(wěn)定、自動化水平高；（7）系統(tǒng)設(shè)備工業(yè)化程度高，主設(shè)備可室外放置，無需新建單獨的處置車間，節(jié)約了土建投資，縮短了建設(shè)期。

2.3 污泥碳化（低溫?zé)峤猓┡c焚燒相比的優(yōu)勢

低溫?zé)峤馀c焚燒相比具有以下優(yōu)勢：（1）絕氧分解，排氣量少，有利于減輕對大氣環(huán)境的二次污染；（2）低溫?zé)峤猓瑥U物中的氯、硫、氮（燃料性氮）成分大部分被固定在生物炭中；（3）低溫（＜500 ℃）且還原性條件，重金屬揮發(fā)量少且呈低價態(tài)（Cr3+不會轉(zhuǎn)化為Cr6+）；（4）有利于從源頭對有害物質(zhì)進行捕捉和治理；（5）相較于小型焚燒爐難以保證穩(wěn)定燃燒，絕氧熱解技術(shù)氣-氣燃燒，可確保穩(wěn)定燃燒，處理規(guī)模靈活，適用于分布式及集中式有機固廢的處理。

3 典型污泥處置工藝與污泥碳化技術(shù)的比較

3.1 典型污泥處置工藝與污泥干化碳化技術(shù)比較

目前污泥處置行業(yè)主要采用好氧發(fā)酵做堆肥、厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣、焚燒或協(xié)同焚燒的處理處置工藝，典型工藝與干化碳化工藝比較見表1。

表1 典型污泥處置工藝與污泥碳化（低溫?zé)峤猓┘夹g(shù)對比表

3.2 污泥碳化（低溫?zé)峤猓┘夹g(shù)工程化說明

一套污泥干化碳化裝置主要包括少量土建（污泥調(diào)理池、污泥脫水車間、碳化模組及基礎(chǔ)等）以及污泥干化碳化設(shè)備系統(tǒng)；污泥干化碳化設(shè)備系統(tǒng)包括污泥脫水系統(tǒng)（調(diào)理攪拌機系統(tǒng)、板框壓濾機系統(tǒng)、污泥輸送機）碳化（低溫?zé)峤猓┫到y(tǒng)以及配套附屬電氣、給排水通風(fēng)除塵輔助系統(tǒng)。目前一套污泥規(guī)模30噸/天（含水率80%污泥計）的污泥碳化裝置直接投資約700萬元，運行費用約200元/噸污泥（主要包括藥劑費用，少量燃氣費用、電費以及人工費用）。在徹底解決污泥處置與資源化的前提下，投資與處理費用適中，如果規(guī)模提升則經(jīng)濟性價比更高，有很好的推廣價值。

4 結(jié)論與建議

（1）該技術(shù)利用材料學(xué)、熱工、自動化控制等，將不可再生的碳基資源（污泥）向可再生生物基（沼氣、生物炭等）轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了生態(tài)可循環(huán)，符合國家的生態(tài)戰(zhàn)略，符合雙碳政策。

（2）該技術(shù)可實現(xiàn)設(shè)備的實用和高效，所制作的炭化產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異、燃燒值顯著，為延伸開發(fā)新型污泥炭化產(chǎn)品，促進污泥處理進入市場創(chuàng)造條件。

（3）技術(shù)利用碳化廢熱進行污泥烘干、碳化產(chǎn)生的可燃煙充分燃燒來自供熱，資源化明顯。

（4）該技術(shù)實現(xiàn)了污水廠污泥處理處置的最終目標(biāo)，真正實現(xiàn)了污泥的“減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化”，解決了當(dāng)前污泥處理項目實施所面臨的經(jīng)濟性難題，為污泥終端處置提供了很好的選擇。