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污泥碳化技术说明项目介绍1．污泥碳化技术是一种污泥减量化、无害化、稳定化和资源化的新技术。目前该技术在国外刚刚开始进入实用阶段。2．天津机电进出口有限公司自2006年起开发污泥碳化技术。2008年10月，第一台每天处理5吨污泥的污泥碳化装置研制成功。3．2009年3月，天津机电进出口有限公司的污泥低温碳化装置在天津市科学技术评价中心通过技术鉴定。鉴定会的结论认为，该技术为国内首次开发，技术达到国际先进水平。4．国内市政污泥处理的市场前景非常广阔。全国每年约产生3000万吨污泥，大部分尚未实施处理，每个城市每天都产生几百吨甚至上千吨污泥。污泥低温碳化技术投资少，运行成本低，碳化产物可再利用，具有明显的技术和经济优势。第1页一、什么是污泥碳化世界上的污水处理绝大部分采用“活性污泥法”，污水处理厂将污水处理成清洁水后，厂内剩余有大量的污泥。由于剩余的污泥中包含有大量的生物体和有机物，所以，污泥中蕴藏有很高的燃值。但污泥中究竟有多少可燃物质，能否可以利用这些可燃物质，以什么方式利用，一直是各国科学家研究的课题。从上世纪70年代开始，美国、加拿大、日本等国就开始了污泥中可燃物质再利用的研究。到上世纪90年代，国外已经发明了各种各样的污泥能源再利用的装置。国外研究的结果表明，在无氧状态下，通过给污泥加温、加压，可以将污泥转化为可燃气、重油和碳。当温度在650℃～1000℃时，污泥产生可燃气和碳（高温碳化）；当温度在400℃～550℃时，可以产生可燃气、重油和碳（中温碳化）；当温度在250℃～300℃，压力5～10MPa时，污泥只产生碳（低温碳化）。污泥最终生产出来的碳与采用的工艺和污泥的原始成分有关，其中低温加压技术生产出的碳的燃值较高。在美国，低温加压技术生产出的碳的燃值通常与褐煤的燃值（4000大卡/kg）不相上下。中国污泥一般的燃值只有3000大卡/kg左右。污泥碳化就是通过强制脱水，将含水率较高，含碳量较少的污泥变成含水率较低，含碳量较高的污泥（或叫做碳渣）。在强制脱水过程中，尽量减少污泥本身碳值的消耗。用下图表示。碳化前碳化后碳物质水碳物质水其他其他固体固体将污泥中碳含量比例大幅度提高的过程叫做污泥碳化（SludgeCarbonization）。二、污泥碳化技术的优势2.1目前流行的主要污泥处理技术1．填埋。污泥填埋工艺非常简单，成本相对低廉，是许多国家（如美国）长期采用的污泥处理方法。我国目前大部分城市的污泥也在实施填埋。但污泥填埋已经暴露出有很多问题，各个国家正在减少和逐渐禁止填埋。污泥填埋的主要问题如下。第2页z由于污泥中含有大量有机物，填埋后仍会继续降解，污染环境。z污泥中的有害物质会随着雨水向地下渗漏，可能造成对地下水的污染。z脱水后的污泥中仍然有约80％的水分，直接填埋浪费了运输费和填埋场空间。z污泥直接填埋在技术上也不可行，需要与其他垃圾混合后才能填埋。z污泥中含有大量有机物质，是生物质能源，填埋后，这部分资源无法继续利用。2．热干化。污泥热干化被列入了许多城市的污泥最终处置规划中，如天津，上海，深圳等地的规划，均将污泥热干化作为主要的处理手段。污泥热干化的优点是：大缩小，只有原来的1/5或1/6，填埋和运输量均大大减z的产物中已经没有有机物质和细菌，填埋后，不会进一步降解。泥热干化的缺点是：高。靠蒸发去除，能耗很高。处理费约300～400元/泥焚烧。污泥焚烧在中国的一些城市已经开始实施。z干化后的产物体积大少。干化后污z设备复杂，投资成本z运行成本高，干化中，水分吨。3．污第3页污泥焚烧的优点是：值被直接利用原来的1/10或更少。进一步降解。泥焚烧的缺点是：，一些地方的做法是与当地电厂改造结合实施。当电厂机z，投资大。．堆肥。用污泥制造有机肥，在理论上是非常好的循环经济的手段。在国内很早就污泥堆肥的优点是：大部分有机质被保留，堆肥产品的肥效高。泥堆肥的缺点是：些重金属和其他有害物质，直接作为农作物肥料不安全，z并不减小体积，产品占地面积大。z焚烧时污泥中的热z焚烧后的产物体积大大缩小，只有z干化后的产物中已经没有有机物质和细菌，填埋后，不会污z设备复杂，投资大组较大（例如30万千瓦机组以上）时，燃烧炉改造的费用巨大。焚烧过程中产生的二恶英类强致癌物质，需要特别处理，技术复杂z焚烧过程中，污泥中的水分也是靠蒸发去除，污泥中自有的热值不足以全部蒸发自身的水分，需要额外添加大量燃料。4有人研究，而且也有使用的先例。z堆肥时污泥中的绝z堆肥设备相对简单，一次性投资少。z堆肥过程中使用的能源少，运行成本低污z由于污泥中含有一国家目前也不允许，这样，堆肥产品的市场就很小。堆肥产品还需要填埋、干化或焚烧等工艺做最终处置。堆肥产品只降解污泥中的有机物，z污泥堆肥过程中占地面积也较大。第4页各种工艺的特点整理如下表。项目工艺填埋干化堆肥焚烧一次性投资小高中最高运行费小最高小高工艺的可持续性低高低高对环境的负面影响大小中高2.2污泥碳化与其他污泥处置技术的比较由于传统工艺存在着不同程度的缺陷，各个国家目前均在研发新的污泥处理工艺。其中污泥碳化（或污泥热分解）是许多国家研究的主要方向。污泥碳化技术与其他污泥处理工艺比较，在以下方面有较明显的优势。（1）投资小。污泥减量化程度相同时，污泥碳化的一次性投资比干化和焚烧都小。（2）设备简单。当采用低温污泥碳化技术时，设备的温度和压力都很低，整个设备简单，专用设备少。（3）运行费用低。污泥碳化的运行费用比干化和焚烧工艺都低。污泥碳化中的脱水过程不是将水蒸发，而是细胞裂解后，水分主动从物质中析出，故能耗较少。（4）再生能源利用。污泥碳化后的产品更适合资源再利用。由于碳化过程温度低，时间短，整个碳化过程中污泥中的碳值消耗很少（约5％），故碳化后的产品中仍保留了很大的碳值。在美国，污泥碳化物的热值可以达到3500－4400大卡/公斤以上，与褐煤的热值相当。三．污泥碳化技术的发展趋势3.1传统污泥处理技术遇到了挑战由于发达国家对环境保护的重视，传统污泥最终处置的方法越来越困难，这些困难包括土地资源日益匮乏，能源日益短缺，过去没有认识到的传统方法对环境的污染越来越多的被人们认识，环境保护标准日益提高。传统方法已经越来越不能适应当前的社会发展。3.2污泥碳化技术受到重视污泥碳化技术使用的能源少，达到的污泥减量化程度高，污泥产品可以实现能源再利用，技术也日趋成熟，各个国家对污泥碳化技术也越来越重视。从上世纪90年代开始，日本、美国、澳大利亚等国家均投入了大量资金开发污泥碳化技术。3.3污泥碳化技术近期的发展（1）政府和大公司的支持。美国国会批准给ThermoEnergy300万美元，试验其污泥碳化技术，美国能源部批准500万美元给EnerTech，试验其污泥碳化技术SlurryCarbTM。日本政府支持三菱公司建设日处理量为20吨污泥的污泥碳化厂，日第5页本政府投资，从日本巴工业株式会社定购日处理量为10吨的污泥处置装置。（2）越来越多的公司加入到污泥资源化装置的制造行列，各种技术形成了竞争。目前世界上研究污泥热分解技术的厂家共有68家。污泥气化（Gasification）的第一步也是热分解，全世界研究开发气化装置的厂家还有94家。这其中，试验工程比较成功的，热分解有22家，气化有32家。但这其中还没有中国厂家。（3）开始有正式的商业用户。2006年，日本巴工业高温碳化技术在韩国30万吨/日，2008年10月，美国Enertech在加州Railto675吨/天的污泥低温碳化厂开始运行。世界范围的污泥碳化最近几年可能要正式大规模的商业化。目前，世界范围的污泥碳化技术的商业化才刚刚开始，一旦污泥碳化技术完全成熟，污泥碳化将有可能取代其他污泥处理工艺，成为污泥处理的主流技术。3.4国外污泥碳化技术厂家情况世界上污泥热分解最主要的厂家有如下几个。美国，Enertech，（能源技术公司）1992年成立，目前建设的最大污泥碳化厂为675吨/日，2008年10月开始运行，地点在美国加州Rialto，碳化物全部销售给邻近三菱水泥厂。技术产品商标SlurryCarbTM。日本，巴工业株式会社从1941年成立，目前最大规模为30吨/日，客户地点为韩国。美国，ThermoEnengy，（热能公司，纳斯达克上市）1988年成立，目前最大规模为5吨/日，尚无签约使用客户。澳大利亚，EnvironmentalSolutionsInternational,Ltd.(ESI)公司1987年成立，上市公司，在澳大利亚最大规模为25吨/日。技术产品商标EnerSludge美国，InternationalEnvironmentalSolutions(IES)公司目前最大规模为50吨/天，商务签约使用客户。以上这些厂家中，美国能源技术和热能公司采用的是低温热分解技术，澳大利亚ESI采用的中温热分解技术，日本巴工业和美国IES均采用的是高温热分解技术。3.5各种污泥碳化技术比较根据第一章中的介绍，碳化技术分为高温碳化（650℃～1000℃），中温碳化（400℃～550）和低温碳化（250℃～300℃）三种。污泥高温碳化的原理是，首先将污泥干化，然后再进入高温碳化炉碳化和造粒。高温碳化炉的作用是将污泥加温但不燃烧，加温后，污泥产生可燃气，可燃气进入燃烧回路，第6页产生可燃气后的污泥已经十分干燥，可以造粒。高温碳化的优点是：z污泥减量化，无害化水平高，碳化颗粒可以直接利用或处置。z碳化过程中，污泥中的部分碳值被直接燃烧利用，达到了资源再利用的目的。高温碳化的缺点是：z高温碳化炉工艺复杂，设备昂贵。z由于国内基础工业的落后，国产化困难。污泥中温碳化的原理是，首先将污泥干化，然后再进入密闭容器加温，使得污泥在无氧条件下，分子重新组合，形成合成气和炭。合成气经冷凝，可形成油。中温碳化的优点是：z污泥减量化，无害化水平高，碳化颗粒可以直接利用或处置。z碳化过程中，污泥中产生合成气，合成气又产生重油，理论上可以再利用。中温碳化的缺点是：z中温加温和冷凝装置技术复杂，设备昂贵。z生产出的重油杂质多，很难实际利用。最早开发中温碳化技术的澳大利亚ESI已经放弃生产重油，改为将合成气直接燃烧。z由于国内基础工业的落后，国产化困难。污泥低温碳化的原理是，污泥直接加温加压，碳化过程只裂解细胞，不产生气体。裂解后的污泥呈液体状，再用普通脱水设备脱水后，即可将污泥中大部分水分（75％）去除。碳化过程中，污泥中的碳值基本上被保留。低温碳化的优点是：z污泥减量化，水分被大量去除。z与其他工艺比较，运行费用低。z设备简单，国产化容易，造价可大幅度降低。z脱水后的污泥含碳量高，可作为可再生能源使用。低温碳化的缺点是：z与其他工艺比较，污泥减量化程度低。z如果要实现无害化，还需要增加其他工艺过程。虽然污泥低温碳化的减量化、无害化程度较低，但由于其工艺简单，运行成本低，碳化后的污泥可利用价值高，因此，国外低温碳化技术发展最快。2008年10月，美国加州的675吨/日的低温碳化系统已经正式运行。而其他碳化技术的推广却至今步履艰难。3.6污泥碳化技术国内的情况中国目前还没有一个真正的生产性污泥热分解装置。1996年，何品晶，顾国维，绍立明等人就曾经在《中国环境科学》杂志上介绍过污泥热分解技术。在这之后，武汉工业大学和上海同济大学均在试验室中进行过污泥热分解的试验。目前，有关各种污泥处置技术的许多论文中已经有人注意到了污泥热分解技术，但是还没有一个城市的污水处理厂，一个设计院真正将污泥热分解，污泥碳化作为一种实用技术来讨论。第7页四．天津机电污泥低温碳化技术的特点4.1开发历史天津机电进出口有限公司是国内著名的环保工程承包公司，在1990年以来，曾参加建设了国内多个净水厂和污水厂的建设。进入21世纪以来，随着国内对市政污泥处理的需求日益增加，天津机电也在大力开展对污泥处理的研究工作。在比较了目前流行的污泥处理技术之后，天津机电认为，污泥低温碳化具有处理效率高，运行费用小，投资小，产品可利用价值高，环境污染小等诸多优点，应该投入一定的资金和人力，开发此项技术。z2006年10月，