一种污泥处理综合利用技术

罗明聪，冯文平，资静斌

（中蓝长化工程科技有限公司，湖南 长沙 410116）

我国“十四五”规划及“远景规划”中提出生态文明建设是未来我国发展的重要目标，环境保护及治理是我国重大战略方针政策。随着《固废法》等法律法规的实施，污泥作为一般固废，对其监管力度、处罚力度也越来越大，处置要求也越来越高；同时碳达峰与碳中和远景规划的出台，使污泥采用焚烧等工艺进行处理已不能满足人民群众对生态环境的要求，采用更节能环保及超低排放的技术势在必行。因此从根本上实现污泥处理处置的无害化、资源化，实现真正意义上的污泥零排放已势在必行[1]。

1 现有主要污泥处理处置工艺介绍

目前国内已有的主要污泥处理技术包括：卫生填埋、高温堆肥、厌氧消化、好氧发酵、焚烧与协同处置等。虽然模式难以统一，但最终都是以无害化、稳定化、资源化为处理目标。其中污泥填埋、高温堆肥本身存在着环保问题，将被更安全、环保、经济的处理处置方式所取代。

1.1 污泥焚烧法

该方法可以对城市污泥中含有的大量有机物进行处置，焚烧后的残渣也可以实现稳定化，体积减少，有利于运输和最终处理，但也存在着能耗高、处理费用昂贵以及氮氧化物、二噁英、硫化物、飞灰等二次污染等难以有效解决的问题。

1.2 厌氧消化法

厌氧消化法可以将污泥进行较好地资源化，但这需要更多的能源消耗，且系统运行管理复杂，产生的沼液、沼渣需后续处理且难度较大，难以大面积推广。

1.3 好氧发酵法

由于经好氧发酵法处理的污泥泥质不稳定，在中温情况下，难以对细菌病原体进行100%的灭活，重金属难以稳定化，所以该方法的使用面较窄，并存在臭气难以控制、污染周边环境等问题，且堆肥产物市场销路的制约因素较大[2]。

2 污泥炭化（低温热解）技术介绍

低温热解技术利用了污泥中有机物的热不稳定性，在绝氧和低氧状态下可将有机污泥分解成可燃气和固态碳，并可以以连续生产的工艺和工厂化的方式，将污泥转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的可燃气、固态产物等高附加值能源产品。在我国“双碳”目标背景下，与常规耗氧焚烧技术相比，其具有排放烟气量和大气污染物少、可有效减少二氧化碳（CO2）排放等优点。

2.1 污泥炭化（低温热解）技术工艺流程

图1 污泥炭化技术工艺流程示意图

污水处理厂浓缩后的污泥（含水98%左右）送至调理池加药调理，经污泥调理池调理后的污泥通过污泥进料泵加压进入压滤机内进行高干脱水至60%的泥饼，此过程中生成的压滤液通过内部管道排入厂内污水管网，进行回厂处理；压滤后的泥饼落入到泥饼输送线内，送入污泥缓存贮仓内存放。将存放在污泥缓存贮仓中含水率60%左右的污泥利用螺旋输送机输送至碳化机高位料仓，再进入干化碳化机，经过干化、碳化生成生物炭，生物炭冷却后进入储仓，待外运后进行资源化利用。系统产生的尾气经尾气处理系统集中处理后达标排放。

2.2 污泥碳化（热解）技术的特点

污泥碳化（热解）技术具有以下特点：（1）可直接处理含水率小于60%的污泥，适应性强；（2）一体化污泥连续碳化主机干化模块和碳化模块采用分离的水蒸汽和热解气通道，污泥炭化机采用外加热方式进行加热，加热区增加翅片装置，大大增加了受热面积，传热均匀，提高了传热效果。（3）污泥在全封闭的微负压工况下完成系统全流程处置。污泥存储及输送过程中产生的恶臭可通过微负压送入热风炉，进行高温除臭处理，环境非常友好；（4）通过热能综合利用，实现循环经济，进一步降低运行成本，提升项目价值；（5）集污泥干化、碳化模块于一体，使设备高度集成化、简约化，并利用自动化仪表实现从物料进场至生物炭产出的全系统监测，采用PLC实现全系统参数化设计及控制，系统操作简单；（6）采用连续化的进料和出料，工艺过程稳定、自动化水平高；（7）系统设备工业化程度高，主设备可室外放置，无需新建单独的处置车间，节约了土建投资，缩短了建设期。

2.3 污泥碳化（低温热解）与焚烧相比的优势

低温热解与焚烧相比具有以下优势：（1）绝氧分解，排气量少，有利于减轻对大气环境的二次污染；（2）低温热解，废物中的氯、硫、氮（燃料性氮）成分大部分被固定在生物炭中；（3）低温（＜500 ℃）且还原性条件，重金属挥发量少且呈低价态（Cr3+不会转化为Cr6+）；（4）有利于从源头对有害物质进行捕捉和治理；（5）相较于小型焚烧炉难以保证稳定燃烧，绝氧热解技术气-气燃烧，可确保稳定燃烧，处理规模灵活，适用于分布式及集中式有机固废的处理。

3 典型污泥处置工艺与污泥碳化技术的比较

3.1 典型污泥处置工艺与污泥干化碳化技术比较

目前污泥处置行业主要采用好氧发酵做堆肥、厌氧发酵产沼气、焚烧或协同焚烧的处理处置工艺，典型工艺与干化碳化工艺比较见表1。

表1 典型污泥处置工艺与污泥碳化（低温热解）技术对比表

3.2 污泥碳化（低温热解）技术工程化说明

一套污泥干化碳化装置主要包括少量土建（污泥调理池、污泥脱水车间、碳化模组及基础等）以及污泥干化碳化设备系统；污泥干化碳化设备系统包括污泥脱水系统（调理搅拌机系统、板框压滤机系统、污泥输送机）碳化（低温热解）系统以及配套附属电气、给排水通风除尘辅助系统。目前一套污泥规模30吨/天（含水率80%污泥计）的污泥碳化装置直接投资约700万元，运行费用约200元/吨污泥（主要包括药剂费用，少量燃气费用、电费以及人工费用）。在彻底解决污泥处置与资源化的前提下，投资与处理费用适中，如果规模提升则经济性价比更高，有很好的推广价值。

4 结论与建议

（1）该技术利用材料学、热工、自动化控制等，将不可再生的碳基资源（污泥）向可再生生物基（沼气、生物炭等）转化，实现了生态可循环，符合国家的生态战略，符合双碳政策。

（2）该技术可实现设备的实用和高效，所制作的炭化产品质量优异、燃烧值显著，为延伸开发新型污泥炭化产品，促进污泥处理进入市场创造条件。

（3）技术利用碳化废热进行污泥烘干、碳化产生的可燃烟充分燃烧来自供热，资源化明显。

（4）该技术实现了污水厂污泥处理处置的最终目标，真正实现了污泥的“减量化、稳定化、无害化和资源化”，解决了当前污泥处理项目实施所面临的经济性难题，为污泥终端处置提供了很好的选择。