市政污泥干化碳化成套工艺技术介绍及产业化案例分享

污泥绝氧热解碳化技术，就是将脱水后的污泥（含水率 30%以下）进行间接绝氧加热，使污泥在500～650℃温度下进行热分解，固体产物冷却后成为污泥炭，热解产生的挥发性气体燃烧后提供碳化所需热量的技术。

污泥中的重金属在碳化过程中转化为残渣态，实现了稳定化，避免在自然界中释放析出，实现彻底安全处置。同时污泥中的抗生素在碳化过程完全分解，彻底无害化。

污泥炭产物可安全消纳使用，用途广泛。在碳化过程中，污泥中丰富的 N、P、K 绝大部分留存在污泥炭中，因此污泥炭可作为园林绿化营养土、土壤改良剂；污泥炭化学和物理性质稳定，可作为建材原料使用；又由于其含有较发达的孔隙结构 ， 可作为吸附材料直接或加工后使用；同时污泥炭含水率极低，热值约 1500大卡，也可以作为燃料使用。

因此，在目前的污泥资源化利用技术中，污泥热解碳化技术是国际上最先进的环保热点技术之一。

图 1 工艺流程总图

1、占地小

采用热化学处理技术，与其它非热化学处理技术如堆肥等相比，具有处理速度快、处理周期短，设备处理量大，占地面积小等优势。

2、减量化显著

减量化彻底，一次性减少污泥体积和总量 90%以上。

3、无害化彻底

热解炭化处理后可实现 100%杀灭各种有害病原菌，并彻底消解抗生素。

4、能耗低

污泥中的热值通过梯级利用的方式，得到最大程度的利用，大大降低了能耗成本。

5、清洁燃烧

燃烧的为热解过程产生的合成气体，为清洁燃烧。

6、重金属固化不再释放

热解炭化过程使污泥中重金属存在形态变得更加稳定、不会在后续利用中再释放、无害且有广泛的用途。

7、不受季节影响

该系统采用机械脱水和热力干燥，在冬季低温下和夏季高温下均能稳定运行，不受季节和气温的影响。

8、产物可安全利用

污泥热解炭化的产物为污泥生物炭，含水率极低，性质稳定，送至热电厂作为辅助燃料或作为园林改良土使用，符合循环经济的发展思路。

1、项目简介

山东省青岛市即墨 300t/d市政污泥热解炭化项目，位于青岛市即墨区即墨污水处理厂院内，设计日处理污泥300吨/天，消纳处理即发污水处理厂内产生的污泥。

项目采用污泥调理 +板框脱水+热力干化+热解炭化+尾气处理的工艺路线，建设有4套板框脱水系统，2条污泥干化碳化生产线。运行数据显示，污泥减量化程度达到90%以上，处理后的污泥炭渣作为建材原料在当地消纳使用。

该项目已于 2019年建成投产，稳定运行，解决了即墨区污泥出路问题，可为国内污泥热解碳化处置项目提供参考。

山东金孚环境工程有限公司采用 "PC+O"模式，为本项目提供完整的工艺包设计、设备制造、供货、安装调试、委托运营服务。

  表 1 青岛即墨污泥干化碳化项目主要参数

图2 污泥干化碳化项目生产车间

图3 污泥碳化项目集控室

图4 污泥碳化项目车间内景

图5 污泥炭产品

2、项目安全性设计

1）干化单元安全性设计

本项目污泥干化热烟气直接换热干化的方式。进入污泥脱水后含水率 60%左右，含湿量大。污泥进入干燥机，在干燥机内高速旋转的破碎装置作用下，与污泥与烟气进行快速降温蒸发过程，在干燥过程中，污泥温度低于100℃，烟气含氧量低，安全可靠。

2）热解碳化单元安全性设计

干燥后的污泥（含水率 20%以下）进入碳化炉后，被烟气炉产生的烟气间接加热，热烟气不与污泥直接接触，污泥处于绝氧状态，整个系统处于微负压状态，通过氮气密封系统实现和外部氧气的隔绝，将污泥转化为污泥炭，实现安全运行。

具体安全设计如下：

①热烟气与污泥间接接触，不直接接触，确保安全。

②污泥碳化采用多重组合密封，包括启动、停机和运行过程中的充氮保护，确保污泥热解过程处于绝氧环境，确保运行安全性。

③污泥碳化炉内为微负压，同时又有多重密封保护，避免了热解气外溢和空气进入，确保了安全性。

3）热解气燃烧单元安全性设计

①热解气燃烧炉采用负压设计，避免烟气外溢，实现安全和环保。

②天然气作为热解气稳燃火炬，持续为热解气的燃烧提供点火能量，保证热解气及时着火燃尽；

③热解气燃烧炉内采用蓄热结构，高温蓄热材料在燃烧过程中保持在800~1000℃，当热解气热值和成分波动时，蓄热结构能保证热解气稳定着火燃烧；热风炉设置燃烧摄像头和等离子火焰监测，准确监控燃烧状况。

上述设计确保了污泥在干化及热解碳化过程的安全性，实现安全稳定运行。

3、污泥重金属固化效果分析

污泥炭产物的安全性是本技术的优势，对于本项目产生的污泥生物炭样品，按照《危险废物鉴别标准   浸出毒性鉴别 GB 5085.3-2007》进行重金属浸出毒性测试，测试结果如表2所示。

从表 2的测试结果来看，所有的重金属经过热解碳化处理后，其重金属的生物毒性降低到很低的水准，远远优于标准限值的要求。

这意味着污泥生物炭产品在进入自然界中，其中的重金属不再会对生物链造成危害，是可以安全利用的。

表2 污泥炭产品重金属浸出毒性测试结果

1、污泥调理脱水、热力强化干化、连续绝氧热解碳化技术的集成应用，具有能量利用效率高、减量化彻底、排放环保、污泥炭安全利用等优点，成为污泥处置领域的优选技术。

2、污泥连续绝氧热解碳化技术，采用中温热解工艺，将污泥在绝氧条件下间接加热，产生的热解气高温条件下低氮燃烧，符合850℃燃烧2s以上的条件，实现清洁燃气的燃烧，从源头上抑制了二噁英的产生，环保排放优良。

3、采用热力干化耦合绝氧连续热解碳化技术，凭借环保方面的巨大优势，不易产生邻避效应，选址落地更加容易，是市政污泥处理处置的发展趋势和方向。