污泥碳化技術(shù)

1、污泥處理最新技術(shù)匯總（1）:美國SlurryCardTM污泥碳化工藝 本文出自：水世界網(wǎng) 作者:menu771222點(diǎn)擊率：1209 1.1什么是污泥碳化 市政污泥中含有可燃物質(zhì)，尤其是生化污泥（二沉池排出的剩余污泥），由于其中含 有大量的活性污泥細(xì)菌， 可燃物質(zhì)量更大。根據(jù)上海、天津等地的污泥發(fā)熱量試驗，中國市 政污泥中的發(fā)熱量約為 2200 3300大卡/噸干物質(zhì)。其中消化后的污泥發(fā)熱量較低， 一般僅 為未消化污泥的70%左右。夏季污泥的發(fā)熱量比冬季低。 所謂污泥碳化，就是通過給污泥加溫和加壓， 使生化污泥中的細(xì)胞裂解， 將其中的水分釋放 出來，同時又最大限度地保留了污泥中碳質(zhì)的過程。 污

2、泥碳化的優(yōu)勢在于， 污泥碳化是通過 裂解方式將污泥中的水分脫出， 能源消耗少，剩余產(chǎn)物中的碳含量高， 發(fā)熱量大，而其它工 藝大多數(shù)是通過加熱，蒸發(fā)的方式去除污泥中的水分，耗能大，灰分中的碳質(zhì)低， 利用價值 小。 1.2污泥碳化的發(fā)展世界上污泥碳化技術(shù)的發(fā)展分為以下三個階段。 （1）理論研究階段（1980- 1990年）。 這個階段的研究集中在污泥碳化機(jī)理的研究上。這個階段一個突出特點(diǎn)就是大量的專利申 請。Fassb ender, A.G等人的STOR維利，Dickinson N.L污泥碳化專利都是在這期間申請 和批準(zhǔn)的。 （2）小規(guī)模生產(chǎn)試驗階段（1990 - 2000年）。 隨著污泥碳化理論

3、研究的深入和實驗室試驗的成功， 人們開始思考將污泥碳化技術(shù)轉(zhuǎn)變成為 真正商業(yè)化污泥處理的裝置。在大規(guī)模商業(yè)化之前，為了減少投資風(fēng)險，需要對該技術(shù)進(jìn)行 小規(guī)模生產(chǎn)性試驗（Pilot Trial ）。通過這些試驗，污泥碳化技術(shù)開始從實驗室走向工廠。 這期間設(shè)計和制造了許多專用設(shè)備， 解決了大量實際工廠化的技術(shù)問題。 這個階段的特點(diǎn)如 下： 規(guī)模小。例如1997年日本三菱在宇部的污泥碳化廠規(guī)模為 20噸/天；1992年，日本 ORGANO司在東京郊區(qū)建了一個污泥碳化試驗廠； 1997年Thermo Energy在加利福尼亞州 Colton市建立了一個污泥碳化實驗廠規(guī)模為每天處理 5噸干泥。 試驗資金

4、來自大公司和政府，而不是商業(yè)用戶。例如，在日本的試驗均來自大公司，在加州 的試驗資金是來自美國 EPA (3)大規(guī)模的商業(yè)推廣階段(2000 )。 除了污泥碳化技術(shù)逐漸成熟的因素以外，導(dǎo)致污泥碳化技術(shù)大規(guī)模商業(yè)推廣還有其他因素。 在日本，80%的污泥的最終處置方法是焚燒。 但由于近年來發(fā)現(xiàn)焚燒存在二惡英污染的 隱患，所以日本環(huán)保部門對焚燒排除的氣體提出了更加嚴(yán)格的要求， 使得本來成本就很高的 焚燒工藝的成本更加提高。 為了取代焚燒工藝，目前，日本已經(jīng)有多家公司生產(chǎn)和銷售碳化 裝置。比較著名的有荏原公司的碳化爐， 三菱公司橫濱制作所的污泥碳化裝置， 巴工業(yè)公司 每天處理10噸，30噸的污泥碳化裝

5、置。2005年日本東京下水道技術(shù)展覽會上， 日本日環(huán)特 殊株式會社甚至推出了標(biāo)準(zhǔn)的污泥碳化減量車。 該車可以隨時到任何有污泥的場所對污泥進(jìn) 行碳化。這些發(fā)展表明，碳化技術(shù)已趨于成熟。 在美國，很多州的污泥過去都采用填埋。 由于發(fā)現(xiàn)污泥中包含的有害物質(zhì)對地下水的污 染，未處理污泥填埋后造成填埋場對環(huán)境的危害， 美國EPA頒布了新的填埋標(biāo)準(zhǔn)。過去的未 達(dá)標(biāo)的污泥(Class B污泥)將不再允許填埋，只有達(dá)標(biāo)污泥( Class A污泥)才允許填埋。 這項標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使得現(xiàn)有的污水處理廠只有投入巨大的污泥處置成本， 才能對其污泥進(jìn)行 處置。另外，現(xiàn)有的填埋場已經(jīng)接近飽和，開辟新的填埋廠越來越困難。為了

6、達(dá)到 EPA新的 污泥處置標(biāo)準(zhǔn)和解決填埋場逐漸用盡的問題， 2000年以后，在美國各個州，各個縣(County) 的政府內(nèi)都建立了專門的污泥處置研究機(jī)構(gòu)， 對可能的解決方案進(jìn)行可行性研究。 在研究了 一些傳統(tǒng)的污泥處置方案(如焚燒，堆肥，干化)的同時，新的污泥碳化技術(shù)開始進(jìn)入了政 府的考慮范圍，例如在南加州大洛杉磯地區(qū)， 經(jīng)過近2年的考察、比較，已經(jīng)決定要建立一 個每天處理675噸污泥的碳化廠，由能源技術(shù)公司( Enertech Environmental Co. )建設(shè)、 運(yùn)行。 1.3污泥碳化的分類 (1)局溫碳化 碳化時不加壓，溫度為 1,200 - 1,800 F ( 649 982C

7、)。先將污泥干化至含水率約 30%,然后進(jìn)入炭化爐高溫碳化造粒。碳化顆?？梢宰鳛榈图壢剂鲜褂?，其熱值約為 2000 3000大卡/公斤(在日本或美國)。技術(shù)上較為成熟的公司包括日本的荏原，三菱重工， 巴工業(yè)以及美國的IES等。該技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的減量化和資源化， 但由于其技術(shù)復(fù)雜， 運(yùn) 行成本高，產(chǎn)品中的熱值含量低，目前尚未有大規(guī)模的應(yīng)用。最大規(guī)模的為 30噸濕污泥/ 天。 (2) 中溫碳化 碳化時不加壓，溫度為800 - 1000 F (426 537C)。先將污泥干化至含水率約 90%, 然后進(jìn)入炭化爐分解。工藝中產(chǎn)生油，反應(yīng)水(蒸汽冷凝水)，沼氣(未冷凝的空氣)和固 體碳化物。該技術(shù)的代

8、表為澳大利亞 ESI公司。該公司在澳州建設(shè)了一座 100噸/日的處理 廠。該技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的減量化和資源化， 但由于污泥最終的產(chǎn)物過于多樣化， 利用十分 困難。另外，該技術(shù)是在干化后對污泥實行碳化， 其經(jīng)濟(jì)效益不明顯，除澳洲一家處理廠外， 目前尚無其他潛在的用戶。 (3) 低溫碳化 碳化前無需干化，碳化時加壓至 10MP就右，碳化溫度為 600T左右(315C),碳化 后的污泥成液態(tài)，脫水后的含水率達(dá) 50%以下，經(jīng)干化造粒后可以作為低級燃料使用，其 熱值約為3600 4900大卡/公斤(在美國)。 該技術(shù)的特點(diǎn)是，通過加溫加壓使得污泥中的生物質(zhì)全部裂解， 僅通過機(jī)械方法即可將污泥 中75%

9、的水分脫除，極大地節(jié)省了運(yùn)行中的能源消耗。污泥全部裂解保證了污泥的徹底穩(wěn) 定。污泥碳化過程中保留了絕大部分污泥中熱值，為裂解后的能源再利用創(chuàng)造了條件。 注：該分類為傳統(tǒng)意義上的分類，主要區(qū)別在于溫度控制范圍的不同以及是否增加壓強(qiáng)。 1.4污泥低溫碳化技術(shù)的廠家： (1) EnerTech (能源技術(shù))： 該公司1992年成立，技術(shù)名稱為 SlurrycarbTM，該工藝是連續(xù)式的。其工藝是將污泥 加壓至 1000-1500 psig (70-100kg/cm2 ),通過熱交換器，加溫至 400-450 F (204-232C)。 熱化分解反應(yīng)時，污泥中的有機(jī)物被分解，二氧化碳?xì)鈴墓腆w中被分離。

10、 1999 年8月美國能源部(DOE撥款50萬美元，支持能源技術(shù)公司的污泥碳化技術(shù)開 發(fā)，制造碳化中試裝置 PDU(Process Development Unit ) ; 2001年1月，能源技術(shù)公司與 美國太空總署簽訂了 2年的合同。能源公司利用污泥碳化技術(shù)開發(fā)出在太空倉轉(zhuǎn)化太空垃圾 的原型裝置；2005年4月，在美國加州 Railto 建立一座每天處理 625噸污泥的處理廠。工 廠占地2.6公頃(6.4 arces )，建在Rialto 污水處理廠旁，每天約可生產(chǎn) 140噸干的碳化 顆粒。該工廠已經(jīng)于 2006年4月在Rialto破土動工，加州共有 5個地區(qū)向該廠提供污泥， 已經(jīng)全部與E

11、nertech簽署了協(xié)議書。該廠已經(jīng)于2009年初完工投產(chǎn)。該廠生產(chǎn)的碳化物全 部銷售給據(jù)該廠 50英里外的三菱水泥廠。 (2) ThermoEnergy (熱能): 熱能的工藝與 EnerTech的工藝類似，熱能用活塞壓力系統(tǒng)，污泥(steam)是注入的而 不是泵入的，有熱交換器。要求的溫度是 600 F (315C)，壓力是2,000 psig (138kg/cm2 )。 熱能的工藝是批處理，每批需 20分鐘的反應(yīng)時間，有兩個并行的壓力活塞和反應(yīng)罐，這樣 可以使整個工藝連續(xù)。處理后的污泥經(jīng)過壓力釋放系統(tǒng)，然后用離心方式脫水至 50%的含 固率。這個工藝產(chǎn)生的碳化物與 EnerTech的產(chǎn)生

12、的碳化物相同。該公司曾在美國加州 Colton 污水處理廠做了一個試驗廠，目前沒有推廣的報導(dǎo)。 1.5SlurryCarbTM 碳化工藝流程 1.6污泥碳化的主要參數(shù) 進(jìn)泥含水率： 80% 左右(干物質(zhì)20,水80) 碳化物含水率： 50 %以下(干物質(zhì)20,水20) E-fuel燃值（美國）：3600大卡/公斤DS （消化污泥），4500大卡/ 公斤DS（未消化） 濾出液處理： 膜生物反應(yīng)器（MBR ,達(dá)到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。 蒸發(fā)氣處理： 廢氣燃燒+旋風(fēng)、過濾器，達(dá)到國家廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。 1.7SlurryCarbTM 碳化工藝質(zhì)景平衡 1.8SlurryCarbTM 碳化工藝能耗（與干化比較

13、） （1）理論基礎(chǔ) 實際脫水: 75 % 以上(80 20) 取含水率80%的污泥1.25kg （其中水含景為1kg, DS含景為 0.25kg ）。 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下， 將1公斤水從20C升高至100C所需要的能景為80大卡，折合335千 焦。將1公斤水在其沸點(diǎn)蒸發(fā)所需要的熱景為 40.8千焦/摩爾，相當(dāng)于 2260千焦。（五倍于把等景水從一攝氏度加熱到一百攝氏度所需要的熱 M）。 （2）污泥干化能耗 假設(shè)污泥中干物質(zhì)的比熱與水相同，則 0.25公斤干物質(zhì)從20C加 溫至100C需要84千焦。 1.25kg 含水率80%的污泥干化所需要的總能景為：335 + 2260 + 84 = 2679 千

14、焦 由于干化只能以其干化物質(zhì)進(jìn)行能景回收（污泥返混），最多只能 有30%的能景回收，所以干化需要的能景為 :2679 X 70 % =1875千焦 2. SlurryCarbTM 工藝的投資 在美國，建設(shè)一座處理700噸/天污泥（含水率80%）污泥十化處理廠的總 投資約為7500萬美元，包括全部土建，設(shè)備、安裝和技術(shù)使用費(fèi)等。其中直接 費(fèi)（設(shè)備，土建）為4000萬美元，工程費(fèi)為1850萬美元，其他資金籌集，保險 等1650萬美元。合到處理100噸/天污泥（含水率80%）的總投資為8500萬人 民幣。 按同樣的水平和數(shù)量，如果在中國建設(shè)，直接費(fèi)約 2000萬美元，工程費(fèi)約 380萬美元，資金費(fèi)用

15、約550萬美元，總投資約2930萬美元，合人民幣23440 3.2污泥碳化的運(yùn)行成本 萬人民幣。合到處理100噸/天污泥（含水率80%）的總投資為3400萬人民幣 由于SlurryCarbTM采用了大量的常規(guī)設(shè)備，總造價比十化設(shè)備的投資要小 很多。目前，即使在美國，SlurryCarbTM也是處于起步階段，技術(shù)使用費(fèi)，設(shè) 計費(fèi)等相對收取的較高，一旦批量推廣，整體造價還會大幅度降低。 3. SlurryCarbTM工藝運(yùn)行成本估算 3.1計算依據(jù) 通常1000立方米天然氣的價格與1噸原油的價格相當(dāng)。1噸原油 =7.3桶原油，按國際市場價格60美元/桶計算，天然氣的最高價格應(yīng)為 3.42 元人民幣

16、。如果按照50美元/桶計算，天然氣的最高價格應(yīng)為 2.85元人民幣。 目前，天津地區(qū)天然氣的售價為 2.40元人民幣（2006年3月1日起實行）。 計算的基本依據(jù)： 1大卡 =3.968 BTU = 4 BTU 1 Btu = 1055.6 焦耳 =1 KJ 1立方米天然氣熱量 =8600大卡 天然氣燃燒的熱效率一般按65%計算（最高可達(dá)75%） 煤炭的熱效率一般按50% （最高可達(dá)60%） 1度電 =860大卡 1kg標(biāo)準(zhǔn)煤 =7000大卡 1kg水從0C加熱到100C需要100大卡 1kg水變成蒸汽約為500大卡 （1） Enertech計算的運(yùn)行成本（炭化物銷售） 3.5十化+焚燒工藝的

17、成本分析 污泥碳化工藝中1噸污泥碳化需要天然氣量18立方米 假設(shè)污泥中的含水率為80%，當(dāng)含水率降至50%時，75%的水分已經(jīng)被機(jī) 械脫出，1噸污泥中只有200公斤的水需要?dú)饣?1 公斤水十化需要天然氣量 =600 / 65% /8600 = 0.107 立方米 200 公斤的水氣化需要天然氣量 =21.4立方米 采用直接十化，通過污泥十混，最大可節(jié)省 20%的能量，即需要17.1立方 米天然氣。 碳化+十化，共需要天然氣35.1立方米。按當(dāng)前天然氣價格計算為 84.24 元人民幣。 污水處理費(fèi)根據(jù)實際濾出水BOER COD勺值約為12-20元人民幣不等。 電費(fèi)和藥劑費(fèi)等15元人民幣/噸左右

18、。 人工費(fèi)5元/噸左右。 每噸污泥生產(chǎn)的碳化物為140公斤，在美國的銷售價格為10美元/噸，折合 人民幣11.7元。 合計 =84.24 + 16 + 15 + 5 11.7 = 108.54 元人民幣 以上計算是按照美國Enertech公司在加州Railto項目中的計算得出的。 （2）中國計算運(yùn)行成本（按照碳化物自行利用后填埋計算） 在中國項目中，碳化物的銷售前景不能確定，另外，中國目前絕大多數(shù)地區(qū) 允許填埋，應(yīng)該考慮自行利用。 1 公斤炭化物（消化后污泥的碳化物）在美國，相當(dāng)于 1/3立方米的天 然氣。在中國，只能相當(dāng)于1/4立方米的天然氣，加之，煤的燃燒效率要比天然 氣的燃燒效率低10%

19、- 15%,計算時應(yīng)按照1公斤炭化物=1/5立方米天然氣比 較合理。 每噸污泥的碳化物相當(dāng)于天然氣 =140 X 1/5 = 28 立方米 =67.2兀人民幣 碳化物燃燒后需要填埋，按每立方米 50元計算，剩余渣的填埋費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi) 約10元左右。 按中國實際的情況，污泥碳化的成本可以進(jìn)一步減少為： 合計 =84.24 + 16 + 15 + 5 - 67.2 + 10 = 63.04 元人民幣 3.3污泥碳化的BOTM本 以設(shè)備折舊20年計算，每噸濕污泥需要考慮折舊費(fèi) 50元左右。 按照Enertech美國的計算方法（即碳化物廉價賣給水泥廠），每噸污泥的 最終成本為158.54元人民幣。 按照中

20、國的計算方法（即碳化物自行利用后填埋），每噸污泥的最終成本為 113.04元人民幣。 3.4純十化工藝的成本分析 1 公斤水十化需要天然氣量 =600 / 65% /8600 = 0.107 立方米 800 公斤的水氣化需要天然氣量 =85立方米 采用直接十化技術(shù)，通過污泥十混，最大可節(jié)省 20%的能量，即需要68立 方米天然氣。按當(dāng)前天然氣價格計算為 163.20元人民幣。 電費(fèi)和藥劑費(fèi)等15元人民幣/噸左右。 人工費(fèi)5元/噸左右。 每噸污泥生產(chǎn)的十化物為140公斤，全部填埋（按每立方米填埋費(fèi) 50元， 運(yùn)費(fèi)10元計算），折合人民幣8.4元。 純十化運(yùn)行成本合計 =163.20 + 15 + 5 + 8.4 = 191.6 元人民幣 建設(shè)100噸濕污泥處理能力的純十化廠目前為 3000-5000萬元人民幣不等。 取最低限3000萬元，以設(shè)備折舊20年計算，每噸濕污泥需要考慮折舊費(fèi) 50元 左右0 3.5十化+焚燒