干化生产线
干化生产线
低温碳化
干化线
干化生产线
引入低温碳化工艺降低污泥干化的投资和运行费
中国在 2000 年以前目前还没有一个真正的污泥热分解试验装置。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。试验结果与目前国外几 个厂家所得出的结论基本相同。
2005 年，日本高温碳化技术开始在中国几个大城市宣传和推广，但由于当时污泥处置 问题在各个城市中尚未得到高度重视，加之高温碳化设备价格高昂，技术推广在中国受阻。 2012 年初，采用日本高温碳化技术，日处理能力为 10 吨脱水污泥的生产线在武汉正式投产 运行。
将 1 公斤含水率 80%的污泥干化为含水率 50%，理论上所需要的总能量为：
1568 + 48 ＝ 1616 KJ
污泥焚烧理论上所需要的能量
污泥焚烧的过程实际上就是干化和焚烧过程的结合。理论上其所需要的能量与干化是完 全相同的。但焚烧过程中，污泥中原有的热值被利用，因此，减少了污泥焚烧实际所需要的 热量。
4. 晋中污泥低温碳化工程的成果
项目概况： 项目名称： 项目建设单位： 工程规模： 项目地点： 占地面积： 开工日期： 完工日期： 投入运行：
晋中市城区污泥处置试点工程 山西正阳污水净化有限公司（国际能源全资控股） 100 吨脱水污泥/天 山西省晋中市第二污水处理厂内 1500 平方米（其中车间占地 864 平方米） 2010 年 12 月 2011 年 6 月 2011 年 8 月
蓝色部分为污泥碳化车间，绿色部分为原污泥脱水机房
8. 污泥低温碳化技术的应用前景
污泥低温碳化技术的前景有如下几个方面： （1） 取代传统工艺，独立实现污泥的处理和处置； （2） 作为干化、焚烧和堆肥的前处理工艺，用很低的投资和很小的运行费用首先将
污泥总体积减少 60%，极大的降低了污泥处置的总投资和运行成本； （3） 该技术可以应用于对其他类似的生物质固体的处理，例如秸秆，椰壳等。
进泥处理
加温加压
脱水
烘干
导热油炉
2. 污泥低温碳化的理论能耗
污泥低温碳化所需要的能量
污泥低温碳化后的污泥裂解液流动性很好，可以作为原始污泥预热的热源。生产中的实 际数据证明，用碳化裂解液一般可将原始污泥加热至 160℃以上。如果碳化裂解温度设定为 250℃，水在 10MPa，200℃以上的比热按 5.0×kJ/(kg ℃)计算，则将 1 公斤污泥升高至 250 ℃所需要的理论热量为
3. 污泥碳化发展的历史
早在上世纪 80 年代，美国、加拿大和日本的科学家就开始了污泥碳化的研究。1980 年， 加拿大曾经建设了一个每天可处理 25 吨污泥的碳化试验工厂；1986 年，日本通产省开展了 污泥碳化的研究； 1978 至 1990 年间，美国有许多关于污泥碳化的专利。上世纪 90 年代， 美国、日本、澳大利亚等国相继研发出各种各样的污泥碳化装置。2000 年以后日本的高温 碳化技术和美国的低温碳化技术已经相继成熟。各种各样的生产性装置相继投入运行。2008 年 10 月，美国 Enertech 公司在加州 Rialto 建设了日处理能力达到 750 吨脱水污泥的低温碳 化厂。
1. 污泥低温碳化原理
将市政生化污泥中的细胞裂解，强制脱出污泥中水分，使污泥中碳含量比例大幅度提高 的过程叫做污泥碳化。由于生化污泥中大量生物细胞的存在，采用机械方法将其中的水分脱 出十分困难，若将其中的细胞破解，其中的固体物质和水分将很容易分离。脱水后的污泥碳 化物含水量极小，发热值相对较高，孔隙率大，松散，黑色，与煤炭外观极为相似。
原始脱水污泥
碳化后污泥
日本在最初研究时，将这种处理技术称为“炭化”，示意处理后的生物质固体有如木炭 一般。欧美等国在最初研究时，使用了“Carbonization”一词，译为“碳化”，后来日本的 资料中也多采用“碳化”代替“炭化”。学术界将此项技术归为“热分解”或“裂解”，英文 均为 Pyrolysis。
5*（250-160）＝ 450 KJ
裂解液
污泥 20
预热器
加热器
反应釜
160
250
去冷却器 100
以上热量就是污泥低温碳化所需要的全部理论热量。即使不使用裂解污泥预热原始污 泥，将全部污泥升高至 250℃以上也只需要 1150 KJ，相比干化和焚烧所需要的理论能耗都 低。
污泥干化理论上需要的能量
标准大气压下， 将 1 公斤污泥从 20℃升高至 100℃所需要的能量为 80 大卡，折合 335KJ。 将 1 公斤水在其沸点蒸发所需要的热量为 2280KJ。（五倍于把等量水从零摄氏度加热到
建设中的场地
建成后的车间
换热设备安装中
除臭设备安装中
碳化料仓
污泥料仓水机
导热油泵
反应釜安装中
山西电视台的报导
运行中的污泥低温碳化设备
进泥处理
加温加压
脱水
烘干
导热油炉
污泥低温碳化原理很简单，做一个污泥低温碳化试验很容易，很多大学的实验室都可以 完成。但由于污泥的粘稠度很高，流动性很差，要制作一套连续运行的系统，绝非易事。污 泥低温碳化的许多专利和技术，大部分都是在解决污泥流动性的问题。晋中市第二污水处理 厂的污泥低温碳化系统就是在解决了污泥流动性问题的基础上完成的。
污泥低温碳化是一种低成本污泥处理技术，它的低成本体现在两个方面。一方面是投资 成本低，由于它的技术简单、工艺流程短，工艺中使用的绝大部分设备为中国目前已经非常 成熟的化工设备（如换热器，反应釜，柱塞泵等），使得该技术的投资大大减少；另一方面 是运行成本低，通过连续运行中的热量回收，污泥实际的净升温不超过 100℃，整个工艺中 污泥中的水分不蒸发，避免了蒸发热所需要的大量能量。
60
50
40
30
20
10
0 卫生填埋
好养堆肥
干化
焚烧
低温碳化
各种污泥处置工艺投资比较示意图
系列1
350 300 250 200 150 100 50
0 卫生填埋 好养堆肥
干化
焚烧 低温碳化
各种污泥处置工艺运行费比较示意图
系列1
7. 污泥低温碳化技术的占地
污泥低温碳化工艺占地面积很小，与污水处理厂原有的脱水机房相当。这就为在污水处 理厂内进行污泥处置创造了条件。
经济指标：
项目概算：
3435 万元
运行费：
109 元/吨湿污泥
其中：
煤电合计： 49 元
药剂合计： 29 元
人工及管理：31 元
技术指标： 进水污泥含水率： 80%±5% 碳化脱水后含水率： 50%以下 碳化物烘干后含水率：30%以下 低位发热值 原始脱水污泥：1.74MJ/kg（415 大卡/kg，一般 400~500 大卡/kg） 裂解脱水污泥：9.01MJ/kg（2152 大卡/kg，一般 2000~2200 大卡/kg） 裂解烘干污泥：12.16MJ/kg（2904 大卡/kg，一般 2500~3000 大卡/kg）
污泥低温碳化的原理非常简单，由于市政污水处理厂多数采用活性污泥法处理污水，剩 余污泥脱水后，内部含有大量的生物细胞，机械方法很难将其中与细胞有联系的水分脱出。 污泥低温碳化就是采用低温（300℃以下），中压（10MPa 以下），将污泥中的细胞裂解，裂 解后的污泥再次脱水，水分很容易脱出，使污泥含水率降至 50%以下。脱出水后的污泥样似 砂状，很容易干燥，强制风干可使含水率进一步降低至 30%以下，自然风干（3-5 天）含水 率可达 10%以下。
污泥低温碳化技术分析和应用实例
太原正阳环境工程有限公司 副总经理 于洪江
目录：
1. 污泥低温碳化原理 2. 污泥低温碳化的理论能耗 3. 碳化发展的历史 4. 晋中污泥低温碳化的成果 5. 污泥低温碳化工程现场照片 6. 污泥低温碳化的投资 7. 污泥低温碳化技术的占地 8. 污泥低温碳化技术的应用前景
2006 年，天津机电进出口有限公司开始了污泥低温碳化的研究。2009 年 3 月，日处理 能力为 5 吨脱水污泥的生产线通过了天津科学技术中心的鉴定。2010 年，山西国际能源集 团与天津机电成立了以推广污泥低温碳化技术为主要目标的正阳环境工程有限公司，天津机 电以污泥低温碳化技术入股。山西国际能源以现金方式入股。2010 年 6 月，山西国际能源 决定在其自有的晋中市第二污水处理厂内建设一座日处理脱水污泥 100 吨的污泥低温碳化 示范工程，并得到山西省发改委的批准和部分资助。2011 年 8 月，中国第一座采用污泥低 温碳化技术的污泥处置工厂正式运行。2012 年 9 月，该项目通过了山西省科技厅组织的技 术鉴定。
含水约 80％的污泥首先切碎，进入高压泵，经过预热和加热进入反应釜，在反应釜反 应 15~20 分钟后，经过冷却器就变成了裂解液，污泥从原来的半固体状态变成了液态。液态 裂解液经普通脱水装置即可将其中 75％的水分脱出，达到含水率 50％，体积减小为原来的 40％以下。如果脱水后的污泥进一步烘干，即可达到含水率 30%以下。
一百摄氏度所需要的热量）。而把 1 公斤污泥中的 80%水分用蒸发的方法降至含水率 50%需 要的热量计算如下。
蒸发的水量： Wz = （1 － （1-80%）/(1-50%)）= 0.6kg 蒸发的能耗： Ez = 4.18*0.6*（100-20）+ 2280 * 0.6 = 1568 KJ 剩余物质升温所需要的热量：1.5*（1-0.6）*（100-20）＝ 48 KJ
碳化后污泥脱水裂解液指标（回流至污水处理厂反硝化段）：
BOD5： 8950 mg/L
COD：
19200 mg/L
TN：
1810 mg/L
TP：
199 mg/L
其他指标： 臭气排放： 合格 烟气（硫）： 合格 烟气（颗粒）：合格