城市污泥热处理工艺 发展趋势和应用 汪翠萍 清华大学环境学院 2013年5月11日.

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1 城市污泥热处理工艺 发展趋势和应用 汪翠萍 清华大学环境学院 2013年5月11日

2 第一节、城市污水污泥热处理技术发展 污泥热处理工艺技术 热水解 厌氧生物工程 干化 热能 焚烧 燃气 生物柴油 气化 合成气 费氏反应 热解
精处理 热能 燃气 生物柴油 焚烧 合成气 生物油 新型的热处理工艺包括 热水解：如Cambi, BioThelys, Exelys等工艺 低温热干化 热解和气化 超临界氧化 传统热处理工艺包括： 热氧化：包括焚烧 湿式空气氧化 热调理，包括流行的热水解工艺： 热干化

3 瑞典Boden沼气厂：污泥和有机垃圾协同消化
第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 a)污泥与生活垃圾或超市垃圾共消化 b）从固含率为3～4%%的低浓度消化向8～12%的高浓度消化转变 瑞典Boden沼气厂：污泥和有机垃圾协同消化 带式压滤污泥含水率86% c）向沼气利用和精炼等能源化方向转变 d）产业化、工业化的发展非常迅速(设备化) 用作汽车或城市燃气

4 第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 污水处理节能降耗途径及效果分析 情形一 参考情形 情形二 集中处理周边污水 处理厂污泥 餐厨共消化
第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 污水处理节能降耗途径及效果分析 情形一 自给率： 60%（国外） 35%（国内） 产能（国外） 耗能 产能（国内） 参考情形 高效CHP 自给率： 30%（国外） 17%（国内） 高浓度厌氧 污水厂节能 进一步提高污泥浓度 水热等预处理 改善消化池搅拌 情形二 集中处理周边污水 处理厂污泥 餐厨共消化 自给率： >100%（国外） 63%（国内） 产能（国外） 耗能 产能（国内）

5 第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 Lystek
第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 Cambi, BioThelys, Exelys, 等公司是国际上著名的热水解技术公司，通过热水解对污泥调质增加厌氧消化能力表现为： 提高有机负荷率 增加产气量 改善污泥脱水性能 运行条件 oC 6-15 bar pressure 热水解工艺 Thermal Hydrolysis 热碱预处理 Lystek 通过物理(热和机械)和化学(碱)联合作用提高污泥厌氧消化有机负荷和产气量； 超声波工艺 其他强化厌氧消化预处理技术 微波预处理技术 高压喷射预处理技术 化学氧化预处理技术 生物强化预处理技术

6 第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 1、污泥水热干化组合技术 —清华大学，威立雅（VEOLIA）
第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 1、污泥水热干化组合技术 降低粘滞系数 —清华大学，威立雅（VEOLIA） 工作原理：将温度为150~170ºC水蒸气加压至<12bars，通入热水解反应器，停留20~60min.。水蒸气由厌氧消化产生的沼气燃烧锅炉获得，消化污泥经浓缩含固率可提升至15% 减小消化池体积 卫生化 污泥质量 改善污泥生物降解性 污泥减量和产气 改善脱水性能 容积减量化 16% DS ≈ 16 % SS 16% DS ≈ 11% SS(T ≈ 25°C) 热水解后 热水解前

7 第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 a) 厌氧消化大型化(上海白龙港) b) 厌氧消化集中处理(大连夏家河)
第二节 污泥厌氧消化国内外发展方向及趋势 a) 厌氧消化大型化(上海白龙港) b) 厌氧消化集中处理(大连夏家河) c) 开始了餐厨与污泥共消化(中持宁海) d）青岛市100t/d污泥水热和EGSB厌氧项目 e) 呼和浩特市100t/d污泥水热干化项目

8 第三节、城市污水污泥焚烧处理技术发展趋势
2、污泥干化－焚烧技术 3 江苏光大环保垃圾焚烧发电项目 单独焚烧 流化床焚烧炉 上海石洞口污水厂 浙江萧山污泥处理 喷雾干燥+回转炉 污泥干化焚烧工艺 绍兴城市污水厂 无锡国联绿由热电项目 混烧 电厂混烧 常州热电公司 广州造纸集团热电分厂 北京水泥厂 浙江萧山污泥干化焚烧工程 水泥窑混烧 广州市越堡水泥有限公司 北京水泥厂污泥工程项目 垃圾混烧 江苏光大环保垃圾发电

9 第三节、城市污水污泥焚烧处理技术发展趋势
污泥焚烧处置工艺的复杂性 日本东京都污泥焚烧工程

10 第三节、城市污水污泥焚烧处理技术发展趋势
典型污泥干化工艺比较 干燥器形式 热源 热媒温度/℃ 停留时间 国内应用 国外应用 流化床式 蒸汽 220 10-60min 有 多 喷雾式 10-30s 盘式 热油 无 较多 转筒式 天然气/热油/沼气 800 转鼓式 天然气/沼气 带式 冷风 <50

11 第三节、城市污水污泥焚烧处理技术发展趋势
2、面临的问题 1) 技术繁多：流化床、薄膜蒸发器…… 2) 强手林立：威立雅、三菱、安德里兹…… 3) 资金巨大：50-100万/t污泥 4) 隔行如隔山 结论：

12 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
1、喷雾－干化焚烧技术的迅速发展 1200t/d 从2007年完成60t/d的示范，2009年建成萧山360t/d的工程，到2011年3月600t/d的绍兴项目，历时不到五年，跨了三个大的台阶； 后续污泥处理能力分别为300t/d和200t/d “无锡市惠山区城市污泥焚烧中心”和首创嵊州污泥焚烧处理中心项目在实施过程 360t/d 60t/d 建设地点：无锡市惠山区 建设规模：300t/d脱水污泥 污泥来源：8座污水处理厂 启动时间：2011年3月 目前状态：基本完成 投资概算：7220万元

13 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
喷雾干燥原理 喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体（空气、氮气或过热水蒸气）干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料可以是溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。 常用喷雾干燥雾化器 1、气流式雾化器：采用压缩空气或蒸汽以高速(≥300m/s)喷出，使料液分离为雾滴。 ３、旋转式雾化器：料液在告诉转盘（圆周速度90~160m/s）中受离心力作用从盘边缘甩出而雾化。 ２、压力式雾化器：利用高压使液体高速通过喷嘴,将液体静压能转变为动能经喷嘴高速喷出而形成雾滴。

14 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
喷雾干燥的优点 物料干燥时间很短（以秒记）； 表面湿润的物料温度不超过干燥介质的湿球温度，特别适用于热敏性物料； 可满足各种质量指标，尤其是色、香、味、生物活性及最终产品的湿含量； 工艺流程简单，易实现机械化、自动化 物料和热源直接接触，干燥的热效率高 产品名称 料液固含量/% 料液温度/℃ 产品湿含量/% 干燥温度 进口/℃ 出口/℃ 染料(有机) 20~45 10~40 1.0~6.0 120~450 60~140 全血 15~20 5~20 8.0~12.0 200~250 85~100 咖啡萃取物 35~55 20~30 3.0~4.5 180~300 80~115 鸡蛋（清） 20~24 5~10 3.0~4.0 180~200 80~85 单细胞生物化学制品 15~25 10~20 4.0~10 100~130

15 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
２、喷雾－干化焚烧工艺关键技术开发 60t/d的中试试验 前期选取压力式喷嘴：容易堵塞，致使管道和雾化器出口压力无限升高，危险增加，更换频繁且耗时长 中期选取离心式雾化器（即旋转式）：磨损严重，更换频繁，难以找到匹配材质 360t/d的生产性试验 借鉴脉动燃烧喷雾干燥机理，基于压 力式喷嘴作用原理，利用焚烧高温烟 气作为脉冲流，与污泥顺流接触，辅 以压缩空气，从侧向作用，在打散污 泥的同时，形成强烈湍流和复合脉动 ，加快污泥液滴的蒸发，避免了单独 采用压力式存在的堵塞问题。

16 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
工艺流程示意图 600t/d污泥干化焚烧工艺流程 储渣槽

17 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
1200t/d干化焚烧示范项目概况 绍兴市污水处理厂污泥干化焚烧项目，污泥来源为绍兴市滨海工业园区内各印染企业印染废水处理产生的脱水污泥。 2011年1月启动运行，设计总规模1200t/d，一期规模600t/d，采用喷雾干燥+回转窑焚烧工艺，设两条平行生产线，每组处理规模300t/d。 实现污泥干燥焚烧技术国产化，占地面积 小，投资成本低，运行费用省； 直接干燥干化速度快，烟气焓值利用率高， 热效率高>80% ( 进气550oC，出气<100oC) 直接利用焚烧高温烟气并流干燥安全性高， (尘爆和失火)，实现热能高效安全回收利 用； 污泥粒径低，燃烧迅速，燃烬率高， 污染物排放浓度低，尾气高效处理和二恶 英可有效控制；固体以灰渣形式排出没有 危废的产生和处置问题； 系统简洁，便于操作管理

18 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
污泥干燥过程曲线 (1)预热阶段：高温烟气将热量传给湿污泥，开始汽化；干燥速度由0增加至最大值；汽化水量约5%； (2)恒速阶段：污泥水分汽化进入热烟气，内部水分不断向表面扩散，使其保持湿润状态；干燥速度达最大并保持不变；汽化水量约80%。 预热阶段 恒速阶段 降速阶段 平衡阶段 (1)+(2)脱除非结合水，即自由水和部分毛细管水；污泥表面温度为加热介质的湿球温度。 物料温度曲线 (3)降速阶段：A)内部水分向表面扩散速度小于表面水分汽化速度，发生部分汽化，干燥速度均匀下降，汽化水量降低汽化热减少，污泥颗粒温度升高； B)随干燥表面增加，热量向内部传递，水分在颗粒内部汽化成水蒸气后再向表面扩散，发生内部汽化，干燥速度甚低，颗粒温度继续升高。 干燥速度曲线 物料水分曲线 非结合水分 汽化阶段 结合水分 汽化阶段 干燥时间 (3)脱除部分结合水，颗粒温度逐渐逼近介质的干球温度

19 第四节、关于新工艺的一些问题的质疑 3、安全性控制（燃烧和挥发性有机物）
湿度和温度的关系 从温度-湿度关系图可知，即便相对湿度为零，其湿球温度也仅为115℃，而在相对湿度为100%时，其湿球温度仅为40℃。 湿球温度通常可通过干燥器尾气排放温度表征，监测结果显示，尾气排放温度为70~90℃，因此污泥不存在自燃可能性。 在100℃之下即使低沸点挥发性有机质也难于挥发，仅仅是恶臭气体随尾气排出

20 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
喷雾干燥粉爆控制 粉尘爆炸的条件归结起来有以下5 个方面的因素: （1）要有一定的粉尘浓度，最低为60g/m3； （2）要有一定的氧含量，最低含氧量应在5%-15%之间； （3）要有足够的点火源，干化污泥最低着火温度为 ℃； （4）粉尘必须处于悬浮状态，即粉尘云状态； （5）粉尘云要处在相对封闭的空间， 压力和温度才能急剧升高。 预防发生爆炸 控制一定量的粉尘 控制流化速度 控制循环风量 控制一定的氧含量 气体回路的密闭性 运行中查漏 控制点火能量 控制内部温度 防止局部温度上升 防止有机气体大量挥发

21 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
600t/d示范工程装置测试结果（30天封闭式监测） 1）粉尘浓度<5g/m3（即使全部干化污泥作为粉尘计，浓度为37.6g/m3）<60 2）氧浓度（含氧量）：11.9%~13% 3）烟尘温度均低于100℃ 4）干化污泥与烟气高速落下，不会形成粉尘云 5）不存在有机气体的挥发 结论： 系统安全性高，不存在发生粉爆的条件

22 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
当前烟气排放水平 序号 监测项目 总排放口 GB18485 第一周期 第二周期 2001 时均值 标干风量 106000 118000 1 烟尘 50.9 68.0 80 2 SO2 231 196 260 3 HCl 12.7 5.14 75 4 NOx 380 322 400 5 CO 94.1 112 150 6 Hg 0.2 7 Cd+Tl 0.016 0.014 0.1 8 Pb+其它 0.164 0.142 1.6 排放水平达到GB 标准要求。

23 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
关于新工艺的一些质疑问题的解答： 1）喷嘴出口气量：32767m3/s，2m内平均截面S=3m2，与污泥接触时间约~0.66s； 2）塔内平均风速0.3m/s，总接触时间约1.8分钟

24 该项目处理脱水污泥折合含水率25%干化污泥160t/d。
第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术 二噁英 布袋进口 布袋出口 总排放口 旧标准 新标准 0.070 0.025 0.017 1.0 0.1~0.5 新标准中二噁英进行分级设定排放限值，其中单炉： 150t/d以上执行0.1 ng TEQ/m3， 50-150t/d执行0.3 ng TEQ/m3； 50t/d以下执行0.5ng TEQ/m3。 该项目处理脱水污泥折合含水率25%干化污泥160t/d。 根据干燥器的布袋除尘器实际运行状况，上述监测指标，执行新旧标准均不超标。

25 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
除雾装置的继续开发 雾气存在弊端： 误以为排放有害气体，敏感区难以实施； 对气候产生影响； 雾气中存在~20um以下的粉尘核。 除雾 方案 四级喷淋： 低温循环水喷淋—低浓度碱液喷淋—高浓度碱液喷淋—清水洗涤 多孔板除雾器

26 第三节、城市污泥喷雾干燥－回转窑焚烧技术
焚烧工况监测结果 参照欧盟废弃物焚烧规范，根据示范工程监测，喷雾干燥＋回转式焚烧炉系统排出的烟气中CO小时均值为74.1mg/Nm3，低于100mg/Nm3，表明污泥在焚烧炉中已经获得完全燃烧。 残渣浸出毒性 Cu Zn Pb Cd As Hg TCr Ni 残渣 0.039 0.071 <0.07 <0.04 0.08 <0.0001 <0.05 1.87 浸出毒性标准 (GB ) 100 5 1 0.1 15 残渣浸出毒性远低于危废标准，属一般废物，可作为建材利用

27 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
污泥热解优势及前景 减量化 稳定化 无害化 资源化 满足 污泥或其它固废资源化成国际发展趋势 热解技术优势 国际发展趋势 国家政策倾向 污泥资源性 ⊙减少温室气体 ⊙抑制二噁英 日本东京都东部污泥炭化工厂 良好发展前景 ⊙固化重金属 热解原理 ⊙产物多样化利用 无氧 加 热 气体 热解液 污泥炭 一次裂解 二次裂解 污泥含有的 有机质及营养元素含量逐年提高 国家技术政策鼓励废物资源化和能源化

28 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
国内外污泥热解案例 ☆澳大利亚Enersludge工艺 ☆德国戈尔德霍夫热解厂 ☆美国 SlurrycarbTM工艺 采用热解与挥发相催化改性两段式，1999年建成处理量为25吨（干）/d污泥炼油厂。 采用中温 、运行时间30min对生活垃圾与污泥混合物进行热解。 采用低温高压工艺，2005在美国加州Railto建成625吨/d的处理厂。 ☆湖北博实碳化厂 ☆晋中低温碳化厂 ☆日本三菱公司碳化厂 2010年，天津机电与山西建成了100吨/d的低温碳化示范工程。 引进日本的“内破碎装置的回转圆筒干燥机+开孔管竖式多段螺旋碳化机”工艺，2011年建成处理规模10吨/d. 采用间接加热回转窑，2007年建成处理规模99000吨/y。

29 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
污泥热解实验研究 Platzhalter text 污泥小试批示实验研究 污泥一或二段连续催化实验研究 Platzhalter text 污泥热重实验研究 Platzhalter text 污泥干化+热解一体化50吨/d示范工程建设 污泥热解产物应用化研究 污泥中试热解模拟工程一体化研究

30 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
污泥热重及小试热解实验研究 热解气的组分 加热速率在10—40k/min 范围内对污泥热解过程影响不大，在实际工程中不需安装设计调控速率的繁琐程序和昂贵的设备。 以减量化与制油为目的污泥中温热解的反应温度为 ℃，维持时间为30min，业界认可的污泥热解运行工况。 热解终温对产物产率的影响

31 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
中试研究 中试装置形成了模拟工程污泥干燥、污泥连续密闭输送、热解、液气分离及回用、烟气净化等集成一体化的功能。 中试装置具有与小试基本相同的运行工况及热解特性；液气产物所具有的能量能满足热解本身所需之能。 热解油 热解气回燃

32 第四节、城市污水污泥干化-热解处理处置技术
产物利用研究 ☆污泥炭 含有丰富的N、P、K等营养元素；污泥炭的孔隙结构具有抗旱蓄水、改善土壤板结增加疏松度；污泥炭中重金属稳定能力强、浸出率低；元素碳以固定碳稳定形式存在，减少温室气体排放。 保湿性对比 ☆污泥炭含有丰富的孔径，具有一定的吸附性能，碘值能达到400mg/g以上，对城市污水中的SCOD去除率达40%以上；污泥炭具有接近标煤一半的热量，可作为燃料使用。 ☆热解油和非冷凝气作为能源之外，从热解液分离出的反应水，含有丰富碳源，对污水反硝化具有很好的脱氮效果。

33 第四节、城市污水污泥热解(碳化)处理技术
共热解污水污泥一体化处理系统 油燃烧器 尾气处理装置 热解油 其他物料 吸附剂 气体燃烧器 脱水 污泥 预处理装置 干燥器 热解炉 冷凝器 油水分离器 冷凝介质 土壤改良剂 反应水 燃料 煤炭燃烧室 热解炭 污水吸附剂 反硝化碳源

34 Thanks! 谢谢大家！ 清华大学环境学院 2011年5月20日