污泥炭化处理技术综述
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《资源节约与环保》 2019 年第 1 期
DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2019.01.062
污泥炭化处理技术综述
刘佩垚 1,2 赵 俊 1 田 伟 1 朱准平 3 （1 中联西北工程设计研究院有限公司 陕西西安 710082 2 南昌航空大学材料科学与工程学院 江西南昌
石灰投加技术是将污泥脱水后进入料斗，料斗中加入湿泥 量的 10％～15％的石灰和投量约为石灰投量的 1％的氨基璜酸[7]。 实际运行中因石灰投加造成滤沙板结的倾向，对滤池的过水流 量产生限制，降低污水回用量[8]。并且投加石灰后，污水的 PH 值 会有一个明显的增高过程，此时溶液中含大量 CO32-会产生 CaCO3 沉淀而导致滤沙板结，影响后续循环水产生。污泥水热干 化技术通过将污泥加热，在一定温度和压力下破坏污泥的胶体 结构，微生物细胞被破坏,有机物水解,病原菌被杀灭,污泥的脱水 性和厌氧消化性能都得到提高[9-10]。剩余污泥或者浓缩污泥含水 率高，热水解加热污泥的能耗也很高，且厌氧消化只能将污泥减 量一半左右，大量剩余污泥残渣需要处理，配套处理设施仍需要 大量额外投资及运行成本[11]。污泥炭化是通过燃烧可燃性干馏气 体产生的热量来蒸发污泥中的水分，大量减少污泥的重量与体 积（减容率 90％以上），同时回收利用污泥的热能，达到节能目 的。与堆肥技术相比：实现了污泥的彻底处理，而不是半处理；有 效减低重金属、病毒和细菌等危害；投资成本均低于堆肥；产物 资源化利用价值大于堆肥产物。与干化技术相比：实现了彻底处 理，不含水分；成本极大降低；产物应用更为广泛。与焚烧技术相 比：无二次污染、节能；投资和运营成本低。 1.2 污泥炭化技术的原理与特点
关键词：污 泥 ； 污 泥 炭 化 技 术 ；污 泥 炭 化 设 备
引言
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城 市污水处理厂的污泥产量急剧增加[1]。截至 2015 年，全国城镇污 水处理能力已达到 2.17 亿立方米/日，城市污水处理率达到 92%。污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌和化学药 剂的作用下形成聚集，逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下 来，形成污泥。添加高分子絮凝剂，采用物理方法浓缩，可以脱去 大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。 细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒吸附在污水中的颗 粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中[2]。生活污泥中病原菌的数 量每克以亿计，未经恰当处理处置的污泥进入环境后，污泥中携 带的病原微生物和寄生虫卵，加上很难处理的重金属和持久性 有机物，将直接给水体和大气带来二次污染。显然，如果污泥处 置不当，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，对生态环境 和人类活动构成了严重威胁[3]。目前国内污泥的处理主要有弃 置、填埋、堆肥、焚烧等方法，但只有不到 1％的污泥通过堆肥等 技术处理后回再次利用。长久以来，这些传统的处理方法在对待 污泥问题上发挥着重要的作用，但是随着近年来环境标准的变 化和污泥产率的日益增加，其中隐藏的弊端就逐渐暴露在公众 面前[4]。
3 青岛博迈斯环保技术有限公司 山东青岛 266071）
330063
摘 要：随着我国近年来污泥产量的迅速增加，污泥 炭化技术逐渐步入了公众的视线。 污泥炭化技术可以实 现污泥处理的稳定化、无害化、减量化、资源化，是目前污 泥处理的新技术。 本文主要介绍了污泥炭化技术的几种 类型、主要原理及其优势。 综述了目前国内外污泥处理研 究进展。 归纳污泥生成的再生碳二次利用方向，最后提出 了该项技术的研究展望。
污泥炭化是指通过一定的手段，使污泥中的水分释放出来， 同时又最大限度地保留污泥中的碳值，使最终产物中的碳含量 大幅提高的过程[12]。污泥炭化技术的原理有如下两点：
（1）破坏污泥细胞,释放细胞内水分— ——基于对污泥细胞结
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《资源节约与环保》 2019 年第 1 期
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构和水分布的原理[13]。 （2）热作用下有机物水解,破坏胶体结构— ——基于对污泥胶
体结构和物理化学降粘度的原理[13]。 污泥炭化的方法采用在无氧环境下升温，通过干馏和热解
的作用，其中的有机质转化为水蒸气、不凝性气体和碳。主要分 为高温炭化、中温炭化和低温炭化三种。
（1）高温炭化。温度范围在 649~982℃，不需要加压。先将污 泥干化，含水率约为 30％后进行高温炭化造粒。
（2）中温炭化。温度范围为 426~537℃，不需要加压。先对污 泥干化使其含水率约 90％，再进入炭化炉分解产生油、反应水 （蒸汽冷凝水）、沼气（未冷凝的空气）和固体炭化物。
式由于是在有氧状态下的剧烈化学反应，产生大量二氧化碳气 体，另外会产生氮氧化物、硫氧化物、二噁英等有毒气体，虽然实 现了减量化、稳定化处理，但污泥的可利用资源如磷、钾等元素 无法获得有效利用，是纯投入型处置方式，产生二次污染严重。 污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗 粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有 机质含量、灰分比例特别是蓄凝剂的添加量对于最终含固率有着 重要影响[5]。一般来说，采用机械脱水可以获得 20％－30％的含固 率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流 体性质，其处置难度和成本较高，因此有必要进一步减量[5]。此时， 在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规 模减量[2]。采用热量进行干燥的处理就是热干化。但是干化处置方 式，无法实现稳定化，不能达到最大减量化，处置成本高[6]。
1 污泥处理
1.1 污泥处理技术 传统的污泥处理方法主要包括填埋、堆肥、焚烧和干化。由
于污泥填埋会对地下水造成很大影响，2005 年欧洲开始完全禁 止填埋。而运用堆肥方式处置污泥占地面积大，有害物污染扩散 快，处理时间长，对周围环境产生臭气影响，堆肥后产生的有机 肥仍不能达到无害的目的，重金属也无法获得有效控制。焚烧方
（3）低温炭化。炭化温度约为 315℃，需要加压约 6~8Mpa，炭 化前无需干化。污泥经过炭化含水率 50％以下，呈液态，经干化造 粒后可作为低级燃料使用。该技术通过加温加压使得污泥中的生 物质全部裂解，实现了污泥的稳定化[7]。污泥炭化过程中保留了绝 大部分污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件[14]。
DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2019.01.062
污泥炭化处理技术综述
刘佩垚 1,2 赵 俊 1 田 伟 1 朱准平 3 （1 中联西北工程设计研究院有限公司 陕西西安 710082 2 南昌航空大学材料科学与工程学院 江西南昌
石灰投加技术是将污泥脱水后进入料斗，料斗中加入湿泥 量的 10％～15％的石灰和投量约为石灰投量的 1％的氨基璜酸[7]。 实际运行中因石灰投加造成滤沙板结的倾向，对滤池的过水流 量产生限制，降低污水回用量[8]。并且投加石灰后，污水的 PH 值 会有一个明显的增高过程，此时溶液中含大量 CO32-会产生 CaCO3 沉淀而导致滤沙板结，影响后续循环水产生。污泥水热干 化技术通过将污泥加热，在一定温度和压力下破坏污泥的胶体 结构，微生物细胞被破坏,有机物水解,病原菌被杀灭,污泥的脱水 性和厌氧消化性能都得到提高[9-10]。剩余污泥或者浓缩污泥含水 率高，热水解加热污泥的能耗也很高，且厌氧消化只能将污泥减 量一半左右，大量剩余污泥残渣需要处理，配套处理设施仍需要 大量额外投资及运行成本[11]。污泥炭化是通过燃烧可燃性干馏气 体产生的热量来蒸发污泥中的水分，大量减少污泥的重量与体 积（减容率 90％以上），同时回收利用污泥的热能，达到节能目 的。与堆肥技术相比：实现了污泥的彻底处理，而不是半处理；有 效减低重金属、病毒和细菌等危害；投资成本均低于堆肥；产物 资源化利用价值大于堆肥产物。与干化技术相比：实现了彻底处 理，不含水分；成本极大降低；产物应用更为广泛。与焚烧技术相 比：无二次污染、节能；投资和运营成本低。 1.2 污泥炭化技术的原理与特点
关键词：污 泥 ； 污 泥 炭 化 技 术 ；污 泥 炭 化 设 备
引言
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城 市污水处理厂的污泥产量急剧增加[1]。截至 2015 年，全国城镇污 水处理能力已达到 2.17 亿立方米/日，城市污水处理率达到 92%。污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌和化学药 剂的作用下形成聚集，逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下 来，形成污泥。添加高分子絮凝剂，采用物理方法浓缩，可以脱去 大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。 细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒吸附在污水中的颗 粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中[2]。生活污泥中病原菌的数 量每克以亿计，未经恰当处理处置的污泥进入环境后，污泥中携 带的病原微生物和寄生虫卵，加上很难处理的重金属和持久性 有机物，将直接给水体和大气带来二次污染。显然，如果污泥处 置不当，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，对生态环境 和人类活动构成了严重威胁[3]。目前国内污泥的处理主要有弃 置、填埋、堆肥、焚烧等方法，但只有不到 1％的污泥通过堆肥等 技术处理后回再次利用。长久以来，这些传统的处理方法在对待 污泥问题上发挥着重要的作用，但是随着近年来环境标准的变 化和污泥产率的日益增加，其中隐藏的弊端就逐渐暴露在公众 面前[4]。
3 青岛博迈斯环保技术有限公司 山东青岛 266071）
330063
摘 要：随着我国近年来污泥产量的迅速增加，污泥 炭化技术逐渐步入了公众的视线。 污泥炭化技术可以实 现污泥处理的稳定化、无害化、减量化、资源化，是目前污 泥处理的新技术。 本文主要介绍了污泥炭化技术的几种 类型、主要原理及其优势。 综述了目前国内外污泥处理研 究进展。 归纳污泥生成的再生碳二次利用方向，最后提出 了该项技术的研究展望。
污泥炭化是指通过一定的手段，使污泥中的水分释放出来， 同时又最大限度地保留污泥中的碳值，使最终产物中的碳含量 大幅提高的过程[12]。污泥炭化技术的原理有如下两点：
（1）破坏污泥细胞,释放细胞内水分— ——基于对污泥细胞结
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《资源节约与环保》 2019 年第 1 期
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构和水分布的原理[13]。 （2）热作用下有机物水解,破坏胶体结构— ——基于对污泥胶
体结构和物理化学降粘度的原理[13]。 污泥炭化的方法采用在无氧环境下升温，通过干馏和热解
的作用，其中的有机质转化为水蒸气、不凝性气体和碳。主要分 为高温炭化、中温炭化和低温炭化三种。
（1）高温炭化。温度范围在 649~982℃，不需要加压。先将污 泥干化，含水率约为 30％后进行高温炭化造粒。
（2）中温炭化。温度范围为 426~537℃，不需要加压。先对污 泥干化使其含水率约 90％，再进入炭化炉分解产生油、反应水 （蒸汽冷凝水）、沼气（未冷凝的空气）和固体炭化物。
式由于是在有氧状态下的剧烈化学反应，产生大量二氧化碳气 体，另外会产生氮氧化物、硫氧化物、二噁英等有毒气体，虽然实 现了减量化、稳定化处理，但污泥的可利用资源如磷、钾等元素 无法获得有效利用，是纯投入型处置方式，产生二次污染严重。 污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗 粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有 机质含量、灰分比例特别是蓄凝剂的添加量对于最终含固率有着 重要影响[5]。一般来说，采用机械脱水可以获得 20％－30％的含固 率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流 体性质，其处置难度和成本较高，因此有必要进一步减量[5]。此时， 在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规 模减量[2]。采用热量进行干燥的处理就是热干化。但是干化处置方 式，无法实现稳定化，不能达到最大减量化，处置成本高[6]。
1 污泥处理
1.1 污泥处理技术 传统的污泥处理方法主要包括填埋、堆肥、焚烧和干化。由
于污泥填埋会对地下水造成很大影响，2005 年欧洲开始完全禁 止填埋。而运用堆肥方式处置污泥占地面积大，有害物污染扩散 快，处理时间长，对周围环境产生臭气影响，堆肥后产生的有机 肥仍不能达到无害的目的，重金属也无法获得有效控制。焚烧方
（3）低温炭化。炭化温度约为 315℃，需要加压约 6~8Mpa，炭 化前无需干化。污泥经过炭化含水率 50％以下，呈液态，经干化造 粒后可作为低级燃料使用。该技术通过加温加压使得污泥中的生 物质全部裂解，实现了污泥的稳定化[7]。污泥炭化过程中保留了绝 大部分污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件[14]。