[發明專利]基于快速熱解的污泥和農作物秸稈共同處理方法

有效

• 申請號: 201410031947.9
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103725304B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 曹玉成
• 申請（專利權）人: 杭州互惠環保科技有限公司
• 主分類號: C10G1/00
• 分類號: C10G1/00;C10B53/02;C02F11/10
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所33233
• 代理人: 王梨華,陳麗霞

技術領域

本發明涉及固體廢棄物處理技術領域，尤其涉及一種市政污泥、工業污泥以及農作物秸稈的減量化、無害化和資源化基于快速熱解的污泥和農作物秸稈共同處理方法。

背景技術

污水或廢水處理過程中將產生大量的污泥。以城鎮污水處理廠為例，每萬m3污水處理后將產生5-10噸的脫水污泥（按含水率80%計）。根據我國《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》要求，至2015年，我國城鎮污水處理規模將達到20805萬立方米/天，以此估算，屆時我國僅城鎮污水處理廠每年將產生3797-7594萬噸的脫水污泥；除城鎮污水處理廠以外，造紙、食品加工、石油化工、印染等行業均產生大量的工業污泥。不僅產生量巨大，污泥通常還含有種類繁多的有毒有害物質，包括致病菌、寄生蟲（卵）等生物污染物，銅、鋅、鉻、汞等無機物質污染物，以及多氯聯苯、二噁英等持久性有機污染物，若不加處理或處理不當，會對環境造成污染，危及人體健康。

當前，我國污泥的處理處置主要采用填埋、還田利用、焚燒等傳統技術。污泥填埋占用大量土地，并具有污染水、空氣和土壤環境的風險，越來越多的國家開始禁止采用這一污泥消納方式。污泥還田利用可實現對污泥中養分資源的部分回收利用，但也伴隨著向土壤中輸入污染物，考慮到當前我國土壤污染形勢已相當嚴峻、污泥產生量日趨增加等客觀現實，這種方式將會受到更為嚴格的控制。焚燒具有污泥減量化徹底、可部分回收污泥中的能量等優點，但是，由于污泥焚燒將產生大量有害氣體，而這些氣體的有效凈化又需要大量的設施投入與資金投入，因而該技術正面臨著“運行成本高和公眾可接受性差”兩大挑戰。

污泥熱解是在無氧環境中對污泥進行快速或緩慢加熱處理（300-1000℃），將其轉化為氣、液、固三種不同形態的產物。該技術具有污染物解毒和固化、操作簡單、處理效率高、產物利用價值大等優點，是一種符合污泥減量化、無害化和資源化目標的污泥處理替代技術。污泥經熱解處理后，污泥中的大分子有機物（纖維素、蛋白質、脂肪等）將部分裂解為可冷凝性氣體（即生物油）和不可冷凝性氣體（即熱解氣），余下的固體物質（即生物炭）部分保留了污泥中的無機物和部分有機碳物質（但以更加穩定的形態存在）。這三種產物（即生物油、生物炭和熱解氣）的相對產量和性質，主要取決于熱解工藝條件（如溫度、物料受熱速率、固相和氣相停留時間）和原料的性質（如成分、粒徑、含水率等）。

與農林廢棄物等生物質的熱解一樣，污泥熱解工藝依照目標產物的不同，可分為污泥氣化、污泥油化和污泥炭化三大工藝類別。污泥熱解氣化（又稱為高溫快速熱解）要求將污泥快速加熱到900℃以上，可盡可能地將污泥中的有機物轉化為可燃氣，因而可盡可能多的回收污泥中的能量。但是，由于過高的工藝溫度，污泥中的大部分重金屬污染物以及N、P等營養物質則被氣化而進入氣相流，這既引發次生污染，又造成有益物質的流失；此外，由于工藝溫度高，熱解本身所需要的能量也高。這些難以克服的缺陷制約了該類別技術的商業化應用。

污泥油化（又稱為中溫快速熱解）主要產物是生物油和生物炭，為實現高產油率，需要將熱解溫度控制在400-600℃之間，并要求污泥迅速受熱。污泥炭化（又稱為低溫慢速熱解）的主要產物是生物炭（質量百分比含量70%以上），工藝溫度一般要求控制在400℃以下，并要求緩慢升溫。不同于污泥氣化，污泥油化和炭化處理都可以將污泥中的絕大部分重金屬污染物、部分碳物質以及N、P等營養物質滯留在其固體產物生物炭上。然而，不論是污泥油化，還是污泥炭化，都要求在熱解前對污泥進行充分干化（含水率一般要求低于15%），這就需要提供大量的能源。但若全部采用外部能源（如天然氣等），會導致工藝運行成本的大幅度增加。因此，就地燃料污泥熱解的主要產物（生物油或生物炭，兩者都具有較高的熱值）自然而然成為工藝路線研發設計者的首選。

對于熱解炭化工藝而言，生物炭的產量大（而生物油產量很低），并且熱值可觀，因而許多熱解工藝研發者都采用了通過燃燒污泥熱解生物炭產物為污泥干化提供熱源的設計思路，如中國專利201010221882.6。然而，由于生物炭滯留了污泥中絕大部分的重金屬和相當一部分的N、S物質，其燃燒供熱將暴露出與污泥直接燃燒相類似的二次污染問題和成本問題（如重金屬揮發、酸性氣體排放、昂貴的煙氣凈化設施的投入）。