市政污泥资源化利用关键技术的研发

主要研究内容：

（1）具有自主知识产权的污泥碳化、热解系统，采用的计算机控制系统，完全实现无人化的生产。

（2）具有自主知识产权的污泥资源化综合处理装置，该装置可以使市政污泥在缺氧状态下生产活性炭；也可以通过计算机自动配料后，通过计算机调整装置的燃烧情况，在装置中煅烧陶粒。

（3）采用的热工流场分析，研发高效能气固换热设备，应用于污泥资源化综合处理装置内。

（4）研发高效、安全的污泥碳化、煅烧专用燃烧装置。

（5）研发安全的污泥碳化密封装置

（6）研究污泥碳化、煅烧后的废气机理及性能，开发高效、安全的废气处理设备，实现清洁环保生产。

（7）研究同套处理装置在碳化时和煅烧陶粒时不同的状态和要求，实现计算机自动调整。

项目背景及意义

随着我国城市污水处理率的提高，城市污水处理厂产生的污泥越来越多，伴随而来的是污泥无害化问题日益严重。我国固体废弃物处理和处置的基本方针是“稳定化、减量化、资源化”。1993年实施的《污水污泥使用或处置的标准》将污泥定义为“生物固体”，生物固体是一种可以有益回收和再生利用的初级有机固体产品，资源化处置是以资源化利用为目标的一种安全、有效、经济、有生命力的处置方式，再实现污泥无害化处置的同时还有利于保持生态平衡，降低处置成本，促进循环经济的发展。

污泥作为污水处理工程中产生的不可避免的固体废物，其产量也不断增加。污水污泥成分复杂，不仅含有氮、磷等营养物质，还含有大量的有机物、重金属以及各种致病微生物。其容量大、易腐败、不稳定、有恶臭等如不妥善处理，不仅会产生极大的危害而且是对污泥中有用能源的浪费。国家环保总局发布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》也特别增加了有关污泥控制标准的内容。积极为污泥的处置寻求合理有效的途径，实现污泥的稳定化、无害化和资源化，已成为当今世界广泛关注的课题。

污泥的处理方法主要是浓缩、消化、脱水、干燥等，其目的主要是三个方面：

1、减少水分，为后续处理、利用和运输创造条件。

2、使污泥无害化、稳定化，通过处理消除生物固体中的有毒有害物质，防止散发恶臭，避免二次污染。

3、改善生物固体的成分和某些性质，使其便于资源化。

当前污水厂污泥的传统处置方式有很多，主要的有以下几种：

土地利用：直接利用是将城市污泥作为肥料，直接撒施在土壤中，成为土壤成分之一；间接利用是通过堆肥或制成复合肥，作为肥料应用在农业中。土地利用已有多年历史，国内外应用广泛。优点是能耗低，可利用污泥养分；缺点是减量化和无害化不彻底，病原微生物难消除，重金属超标，占地面积大、周期长。

填埋：国内普遍的的污泥处理方式，投资少、容量大、见效快、也是短期内重要的过渡性处理途径；由于资源化不能利用，污染严重终将被淘汰。

传统建材利用：作为水泥添加料和制砖，也因为污染严重终将被淘汰。

焚烧：优点是污泥减容量大，有机物热分解彻底，实现了“节能减排、循环经济”的理念，但由于资源化不能更好的利用，造成能源大量的浪费，同时污染问题不能得到彻底的解决，已不具备广泛推广的条件，期待更好的处理方法。

发电厂掺烧及水泥窑协同处理，是焚烧处理的一种扩展，优点是污泥减容量大，有机物热分解彻底，实现了“节能减排、循环经济”的理念，但由于资源化不能更好的利用，造成能源大量的浪费，同时污染问题不能得到彻底的解决，并且会对生产系统造成干扰，影响水泥质量等问题期待更好的处理方法。

传统的污泥无害化、资源化处理方法均有不同的问题期待解决，随着环境标准的不断提高和对污泥无害化、资源化利用的深入研究，对污泥进行无害化、资源化综合利用，回收污泥中的能源，使污泥中的有用成分变废为宝，获得广泛关注。国内外专家、个别高校和研究机构进行了各种研究，并取得了很大的进步和显著的成果。污泥资源化利用的途径主要有：污泥热解制油、污泥炭化制生物炭及活化后制活性炭、污泥制陶粒。其中污泥炭化制生物炭及活化后制活性炭、污泥制陶粒是重要的两种方式。

    对污泥进行无害化、资源化综合利用新的研究成果种为污泥低温热解制油：

    污泥低温热解制油技术是通过无氧加热污泥至一定的温度，由干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝气和炭等4种可燃产物。该技术成本小于直接焚烧的80%，同时还能获得油，成本将更低

。

    第二种方式为污泥的炭化处理：

    干馏法处置污泥制备生物炭是在密闭、无氧、非燃烧、高温状态下进行的化学反应过程，干馏处理污泥产品为生物炭，其化学性能稳定，用途广泛，能够长期保存。生物炭产品比表面积大，可以通过吸附作用起到缓冲肥料养分释放和土壤孔隙度的调节作用，另外含有较高数量土壤速效养分对作物的生长有促进作用。能够提高酸化土壤PH值、保水防止土壤沙化和退化、改善土壤结构、防止土壤流失、减少农业生产投入因素和成本、增加农业生产力、吸附和固定土壤中的重金属等污染物均起到良好作用。

    污泥中含有较多的碳，经过炭化处理后，再活化可制成活性炭吸附剂，可做有机废水处理剂，同时污泥中的重金属得到固化。利用污泥制备活性炭有极大的优越性，可节省木材、煤炭等原料，同时降低活性炭的生产成本，在解决污水处理厂污泥污染问题的同时，泥制活性炭用于前端水处理，以废治废。

    第三种方式为污泥制陶粒：

    陶粒作为一种轻骨料，以其轻体、环保、保温等特性受到人们极大的重视，陶粒具有密度小、强度高、保温、隔热抗震性能好的特点，在建筑、环保、冶金、化工、石油、农业等部门有着广泛的用途。目前中国的陶粒以黏土陶粒为主，而黏土原料的来源绝大部分取自于耕地，不符合可持续发展战略的要求，因此寻求烧制陶粒的替代原料具有重要的意思，以污泥制备陶粒，既解决污泥的二次污染问题，同时又将污泥变废为宝，使其成为一种有用的资源，实现了经济效益、环境效益和社会效益的结合，走出了一条可持续发展的道路。

    目前污泥炭化处理及污泥制陶粒均取得不错的研究成果，市场应用前景良好。但污泥炭化和污泥制陶粒属于不同的工艺路线，对污泥的配比、成型、燃烧温度、处理时间、附属设备均有不同的要求，传统的方式只能对污泥进行单一的处理，生产装置和设备不通用，处理成本及建设成本比较大，不能适应市场的变化。

    现在市场变化很快，要根据市场及国家方针的需要开发一种适应性强，既能生产陶粒，又能对污泥进行炭化活化处理的装置和核心装备，该装备通过计算机调整适应不同的处理要求，生产出两种合格的产品，并且做到热效率高、运转稳定、无污染等，显得越来越重要。

本项目主要研究内容：开发一套适应性强，既能生产污泥陶粒，又能对污泥进行炭化活化处理的装置和核心装备，该装备通过计算机调整适应不同的处理要求，生产出污泥陶粒和活性炭两种合格的产品。

其要点包括：

（1）具有自主知识产权的污泥碳化、热解系统，采用的计算机控制系统，完全实现无人化的生产；

（2）具有自主知识产权的污泥资源化综合处理装置，该装置可以使市政污泥在缺氧状态下生产活性炭；也可以通过计算机自动配料后，通过计算机调整装置的燃烧情况，在装置中煅烧陶粒；

（3）采用的热工流场分析，研发高效能气固换热设备，换热效率大幅提高，热耗降低，动力消耗下降，应用于污泥资源化综合处理装置内；

（4）研发高效、安全的污泥碳化、煅烧专用燃烧装置；

（5）研发安全的污泥碳化密封装置；

（6）研究污泥碳化、煅烧后的废气机理及性能，开发高效、安全的废气处理设备，实现清洁环保生产；

（7）研究同套处理装置在污泥碳化时和煅烧陶粒时不同的状态和要求，适应性强，实现不停机切换，完全实现计算机自动调整；

（8）污泥投入量可实现0.5~3倍的变化；

（9）启动需要燃料可使用气、油等；

（10）设备实现模块化、集中化程度高；

（11）投资相当于建设污泥制陶粒、污泥制活性炭两条生产线的15%～20%；

（12）利用污泥自身的热值，生产过程中不需要消耗外燃料；

本项目技术关键和主要创新点如下：

（1）具有自主知识产权的污泥综合处理装置，采用计算机集成控制系统：实现污泥生产活性炭和污泥生产陶粒的不同需要，生产过程中的调整通过计算机完成；

（2）采用的气固换热流场分析系统，使装置换热效率大幅提高，热耗降低，动力消耗下降；

（3）开发出炭化过程中要求的缺氧状态下的密封关键技术；

（4）装置有效解决环保问题，整个系统处理污染物彻底，排放完全满足目前我国排放标准要求，实现清洁环保生产。

预期目标为：

（1）循环经济，实现的污泥炭化、活化、煅烧陶粒等要求，设备外温不超过60℃，运行过程中无气体泄漏；

（2）污泥陶粒粒径范围为：3~20mm；

     松散容重: 600~1500 kg/m3；

     筒压强度:1.5~4 MPa；

（3）活性炭碘值达到400~600mg/g；

（4）环保指标：优于国家排放标准；

（5）每年处理含水率20%的干化污泥2万吨。