污泥减量热解机热解焚烧技术概述

黄家瑶，林秀梅

（福建庄讯环保科技有限公司，福州 350003）

污泥减量热解机热解焚烧技术概述

黄家瑶，林秀梅

（福建庄讯环保科技有限公司，福州 350003）

针对目前我国城市污水处理厂产生大量污泥，二次污染现象日益严重的状况，阐述了污泥的性质特点及主要处理处置方法，介绍并分析了污泥减量热解机热解焚烧技术的工作原理、工作流程、技术特点，以及污泥热解处理系统的主要设备。

城市污泥;二次污染;污泥处理处置;污泥减量热解机

根据国家环保部规划，未来10年是我国污水处理的“黄金时期”，将建成上千座污水处理厂。而城市污水处理厂在污水处理的过程中必然会产生污泥，随着城市污水处理率的不断提高，污泥的产量同样在不断增大。据测算，到2010年底，我国每天产生的污泥量（含水率80%～85%）至少已达到17.5万吨。污水处理厂每天排放的污泥中含有大量有机物和丰富的氮、磷等营养物质，任其排入水体，将会大量消耗水体中的氧，导致水体水质恶化，严重影响水生生物的生存；污泥中的营养物质又会使水体富氧化，藻类大量繁殖，从而使水质恶化；除此以外，污泥中还有多种有毒物质、重金属和致病菌、寄生虫卵等有害物质，如果处理处置不当，就会传染疾病，污染土壤和作物，并通过生物链转嫁人类。因此，污泥不经妥善处理处置而任意排放和堆置，必将对周围环境造成严重的污染，使已建成的污水处理厂不能充分发挥其消除环境污染的作用。

国内企业引进了日本和我国台湾地区先进的污泥处理处置专利技术，并经过引进、消化吸收和改进，充分利用污泥热解焚烧的自身热量对污泥进行预烘干脱水，改进技术工艺，大大降低污泥处理成本，研发出了适合我国国情的污泥减量热解机，并已获中国实用新型专利。本文着重介绍了该污泥减量热解机热解焚烧技术的工作原理、工作流程，以及污泥热解处理系统的主要设备和特点。

1 污泥的种类及性质特点

1.1 污泥的种类

污泥是水处理过程中形成的以有机物为主要成分的泥状物质，其有机物含量高，容易腐烂发臭，颗粒较细，密度较小，含水量高且不易脱水，是呈胶状结构的亲水性物质。

污泥的种类较多，分类较复杂。1）按来源分：可分为生活污水污泥（生活污水处理厂的终端废弃物）、工业废水污泥（如印染、造纸、电镀、冶炼、机制、炼油、酿造、化工制药等行业的终端排放废弃物）和给水污泥三大类。2）按成分和性质可分为：有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和疏水性污泥。3）按污泥从水中分离过程可分为：沉淀污泥（包括初沉污泥、混凝沉淀污泥、化学沉淀污泥等）及生物污泥（包括腐殖污泥、剩余活性污泥）。4）按污泥在不同的处理阶段可分为：生污泥、浓缩污泥、消化污泥（熟污泥）、脱水污泥、干污泥、干燥污泥及污泥焚烧灰等。

1.2 我国市政污水处理厂的污泥性质特点

（1）有机物含量较低

我国城市居民食品结构不同，居民住宅卫生设施还不完善，公共厕所污水未能全部排入污水管网，加之工业废水密度较大，城市环境卫生比发达国家差，大量无机粉尘进入城市下水道，污泥无机物组分增加，有机物含量一般只在50%左右。而发达国家城市污水污泥的有机组分为70%～80%

（2）碳水化合物含量高

我国城市居民的食品结构以粮食、植物油、蔬菜和豆制品为主，人均消费的肉类和奶制品很少，所以污水中VSS较低，有机组分中淀粉、糖类和纤维素等碳水化合物密度大，而脂肪含量低，因此我国市政污泥属高碳水化合物、低脂肪的污泥。如天津纪庄子污水处理厂二次沉淀池污泥的有机物中，一般碳水化合物占50%～40%，蛋白质占40%～50%，脂肪只占10%左右，与发达国家相差很大。

（3）重金属超标

污泥中的重金属不仅对作物、土壤，而且对污泥消化都会产生较大影响。重金属离子对甲烷生成起抑制作用，会与酶结合产生变性物质，使酶失去活性，并通过氢氧化物的凝聚作用使酶沉淀，从而影响酶的正常生长发育。污泥中的各种水溶性重金属中Cd、Cu、Pb含量较高，酸溶性以Cd据首，其顺序为Cd＞Cu＞Zn＞Pb＞Hg，故Cd对土壤和农作物的污染最为严重。我国城市污水中工业废水所占比重较大，污泥中重金属含量较高，造成Cu、Zn、Cd等元素常常超标，影响了污泥的利用。

2 污泥的处理处置方法

污泥的成分非常复杂，含有很多病原微生物、寄生虫卵及重金属等，必须进行适当的处理，才能保证污水的处理效果，避免发生更严重的二次污染。城市污水污泥来源于生活污水和工业废水经集中生化处理后沉淀分离出的污浊物质。污泥对环境的危害主要包括使水源水质恶化、污染土壤和农作物等。随着人们生活水平的提高和生产规模的扩大，污泥这种污染物质的危害性也日益明显。因此，寻求经济有效的减容化、稳定化、无害化和资源化的污泥处理处置技术具有重要意义。

当前，国内外对生活污水处理厂污泥处置方法主要有：填埋法、制肥法、干燥法、高温焚烧法等。

2.1 填埋法

该法是将污水处理厂含水率高的污泥直接运送到填埋场填埋。填埋法的处理成本较低，但污泥黏稠，不能堆积，影响垃圾填埋场的机械作业，缩短垃圾填埋场的使用寿命。由于垃圾填埋场大多为露天，简单处理后的污泥的稳定状态很容易被打破，经过几场雨后恢复原形的污泥对场地的安全会构成严重危害。含水率高的污泥渗滤液量也显著增加，而且污泥很容易堵塞垃圾填埋场的渗滤液管道，影响其排水系统的正常运行。同时还存在渗漏污水、排放沼气等二次污染，基本没有实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，国家已逐渐限制该法的应用。在我国，填埋法在短期内还是一个重要的过渡性处置途径，但由于填埋法作业难度大和渗滤液对环境的污染，该方式终将会被淘汰。

2.2 制肥法

该法是将污水处理厂的污泥采用生物方法，通过微生物的作用，将污泥转化为有机肥料。但制肥场所的工作条件恶劣，制肥过程需要大量的木屑等碳原物资，制成的有机肥料产品肥效较低，市场销售困难，特别是有些地方的污泥重金属超标，会对土壤产生危害，严重影响作物的品质。因此，该技术虽然在少数地方有使用，但难以推广。

2.3 干燥法

该法是将污水处理厂含水率为80%的污泥利用热能进行烘干，烘干后的污泥含水率在45%～55%，热值在1300～1700kcal/kg，可作为燃料送往焚烧炉焚烧。但烘干污泥的成本相对较高，减量化程度也较低，且在没有焚烧炉的地方难以推广应用。

2.4 高温焚烧法

该法是将污水处理厂含水率80%的污泥利用外热或污泥焚烧热，将污泥进行烘干，而后利用污泥有机物的热不稳定性，在高温的环境下进行化学反应，使污泥达到减量化、稳定化、无害化和资源化。目前常用的污泥焚烧设备有回转焚烧炉、多段焚烧炉、流化床焚烧炉等。主流焚烧技术采用流化床焚烧技术。高温焚烧法分为直接焚烧法和热解焚烧法，其特点是均可以最大程度地实现污泥处置的减量化、稳定化、无害化和资源化，但处置设施投资成本及运行成本较高，在经济欠发达地区推广难度较大。

污泥减量热解机热解焚烧技术利用污泥热解焚烧的自身热量对污泥进行预烘干，并对助燃空气进行磁化，热解反应温度低。为此，与传统的高温焚烧法相比，其处理成本可大大降低，处理后的无机粉砂可用于制作透水砖以及用做污水处理过滤材料等。该技术可实现污泥处置的减量化、稳定化、无害化和资源化（简称“四化”），而且处置成本不高，可满足经济发达和欠发达地区使用。

通过下表可看出，与其它方法相比，焚烧法具有的突出优点是：1）大大减少了污泥的体积和重量，因其最终需要处理的物质很少，且焚烧灰还可制成有用的产品；2）污泥处理速度快，不需要长期储存；3）污泥可就地焚烧，不需要长距离运输；4）可以回收能量，用于污泥干燥、发电或供热。因此，目前焚烧可使污泥处置达到彻底的无害化、最大程度的减量化。

几种污泥处置方法的比较表

3 污泥减量热解机

污泥减量热解机是新型污泥处理系统的核心设备（外形见图1）。热解是利用有机物的热不稳定性，在缺氧的条件下，利用热能使化合物的化合键断裂，由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体、液体燃料和焦炭的过程。

图1 污泥热解机运转实物外形图

3.1 污泥减量热解机工作原理

污泥减量热解机利用了热能、磁能及陶瓷辐射能等使污泥中的有机物分解的原理，使污泥中所有的有机物悉数分解成为气体、水分及无机灰渣等物质，使污泥大幅度减量并呈稳定性状。

该技术除可使污泥在缺氧空间进行有机物的热分解反应外，更特别的是，可借磁化离子设备所营造的磁场产生的“磁性离子化空气”促使有机物质气化、水化及无机稳定化等的加速分解。

通过磁化离子设备的微量空气，因磁力作用而被离子化，形成强有力的带负电氧离子，导入热解机内，使热解机内的污泥有机物质在缺氧状态下加速被分解为气、水、无机灰渣，所产生的分解热同时使其它分子分解之连锁反应，而使连续进料的污泥有机物质连续不断地发生水化、气化、无机灰渣化等连锁反应，污泥逐渐被分解减量至仅剩零含水率的无机灰渣（为含水率80%脱水污泥体积的5%～10%)。

该热解机以有机物质分子缺氧磁力分解原理（300℃～400℃）替代了传统型的强热氧化燃烧（700℃～1000℃），可节省油耗能耗，并可减少产生二英等有害气体。

3.2 污泥减量热解机构造与工艺流程

污泥减量热解机采用回转窑式，设有一热分解污泥有机物的三段式缺氧圆筒体，其底部设有固定座。该机的前盖枢接在筒体的输入端上，其上设有一排气管用以排放热分解的废气及水气，前盖上还设有一个进料口，可供污泥经由该进料口进入筒体内。驱动设备设在筒体固定座的中央，包括一个固定支架和一个驱动马达，筒体在相对驱动马达的位置上设有一齿排，通过驱动马达带动机筒体产生转动。后盖枢接在筒体的输出端上，其上设有一点火设备，点火端穿入后盖位于筒体中，用以点火燃烧筒体中的有机物。送风设备设于点火设备的一侧，送风管上设有多个磁铁，送风管的输出端穿入后盖设于筒体内，促进筒体内的有机物分子的分解及产生分解热能。维持离子化空气设备设于筒体内壁，并在筒体内壁设有多个陶瓷球，用以延长筒体内的污泥有机物分子的分解时间，并进行连锁反应。多片送料叶片设于筒体内壁，并呈螺旋状排列，当筒体旋转热分解时，其内部的污泥有机物可透过送料叶片的旋转导入到筒体输出端，并将污泥中完成干燥的有机物及热分解后的微小灰渣粒子经由筒体输出端底部的出口排出。

热解机圆筒内区分为干燥段、分解段和成灰段，污泥自进料口进入圆筒内后，先经干燥段（温度50℃～300℃），停留40～50分钟，再经分解段（温度300℃～400℃），停留25～35分钟，最后经成灰段，温度从300℃降至50℃，停留约25分钟后，泥灰被冷却成灰状无机粉砂。圆筒内温度在400℃左右，污泥在热分解过程中不致产生二英等有害气体，能耗更远低于传统焚烧炉。

回转式污泥减量热分解机工作流程见图2；筒内温度分布见图3。

图2 回转式污泥减量热分解机工作流程示意

图3 筒内温度分布图

3.3 污泥热解机的技术特点

通以少量经磁化的空气的污泥减量热解机对污泥的热解与一般热解的机理不同。

污泥中的可燃物及部分热解产生的可燃产物置于还原性气氛中，进行部分燃烧，放出热量。利用此热量使固体废物中的有机物完全热解气化。含负离子的磁化空气进入热解机圆筒内补充气体，使圆筒内的气体产生紊流，可使链式反应扩散开，加速污泥中的有机物反应分解。其中有低分子还原性气体如H2、CO、NOx等气态污染物，低温下也抑制了二英的生成。由于没有像直火型焚烧炉中的搅拌作用，因而产生的飞灰很少。

污泥热解机的主要技术特点：1）热风与污泥进料方向逆向配置，调控进料使热风与污泥有效地接触，而热解机圆筒内壁之陶瓷球，可产生“磁性离子化空气”（具有强而有力的带负电荷离子），可促进有机物气化热解，达到促进有机物气化、水化及无机物稳定化反应等效果。2）污泥减量热解机采用回转窑式，转速和倾斜度可调，设定适当转速和倾斜度，可有效控制干化和热解的时间，以适应不同污泥的处理。3）反应温度介于300℃～450℃，不仅可节省燃料，同时降低了二英等污染物的产生和排放，采用缺氧热解方式，因空气供给量较低，后续排放烟气量也较污泥高温焚烧低，可降低尾气净化系统的投资。4）焚烧处理含水率80%的污泥，每吨污泥燃烧需消耗大量辅助燃料，相当于200L左右重油。而污泥减量热解焚烧系统处理含水率80%的污泥，每吨消耗辅助燃料仅相当于20L左右重油。通过采用污泥热解的热能对污泥进行预烘干，可进一步降低污泥含水率至45%～50%，提高污泥入炉的热值，污泥热值可达5500～7100kJ/kg（1300～1700kcal/kg），每吨消耗辅助燃料仅相当于8～10L重油，降低了燃料消耗，节约了处理成本，适合我国国情。

目前，污泥减量热解机单台日处理量有16t、32t、40t、50t等系列产品，可根据当地的污泥处置量进行相应组合使用。

4 污泥减量热解系统及主要设备

污泥处理系统主要由污泥减量热解焚烧系统、余热利用污泥烘干系统、烟气净化系统及辅助系统组成。

4.1 污泥减量热解系统工艺流程（见图4）

图4 污泥减量热解系统工艺流程

从污水处理厂收集的污泥输送至污泥处置厂内，经地磅称量后卸入污泥储槽内暂存。储槽内的污泥通过污泥输送机构送入污泥烘干机进行烘干，污泥烘干机为双螺杆烘干机采用间接加热形式，利用烟气余热回收产生的高温空气，可将污泥烘干至40%～50%的含水率，有效减少了污泥热解所需燃料。污泥脱出的水蒸气经过冷凝系统冷凝，其中少量臭气进入二燃室高温燃烧。

污泥经过烘干后，进入污泥减量热解机。污泥减量热解机采用热解原理，通过少量经磁化的空气，将污泥中的可燃物和热解产生的可燃产物部分燃烧，由于磁化空气可降低热解反应能量，提高热解效率，因此热解气化可在350℃左右的低温实现，从而降低能源消耗。污泥在热解机内产生的热解产物进入二燃室和过量空气充分混合进行高温燃烧，烟气在二燃室内停留2s以上，使烟气里的有毒有害物质的分子结构被彻底分解，分解效率超过99.9%。污泥热解反应完全后，无机粉砂（炉渣）经出渣系统排出。

该系统采用热交换器进行热能回收利用，产生400℃～500℃的高温空气。高温空气送入到污泥烘干机烘干污泥，降温后的空气经过补气后，进入热交换器循环。

污泥热解燃烧后产生的烟气中带有大量的烟尘和有害气体，必须经过尾气净化系统处理。该尾气净化系统由干式除酸装置和布袋除尘器组成。将石灰粉和活性炭喷入热交换器后面的管道内，脱除烟气中的酸性气体，并吸附烟气中二英等有机污染物和重金属，然后进入布袋除尘器过滤除尘，使烟气符合国家规定的污染物排放标准后，经过烟囱排放。

4.2 污泥热解处理系统的主要设备

（1）污泥减量热解焚烧系统

该系统由污泥热解减量热解机和二燃室构成。二燃室由内衬耐火层和绝热层的钢构筒体构成，烟气从侧面径向进入二燃室内，二燃室的一端装有柴油燃烧机。污泥热解减量机产生的含有可燃气体的烟气进入二燃室继续充分燃烧。在开始起炉时需利用柴油燃烧机将炉体预热升温，当热解气体能够自燃并保持一定温度时，则不需要喷油助燃而自动关闭，燃烧机的开启或关闭通过设定温度自动控制。二燃室内温度一般保持在850℃以上，停留2s以上，使烟气中有害气体（包括二英）得到充分分解。二燃室在设计上采用气旋特殊结构，使烟气在二燃室内激烈湍流，以提高燃烧效率，使之符合燃烧的“三T”（Time停留时间、Temperature温度、Torrent湍流）原则。

（2）余热利用污泥烘干系统

该系统主要由空气换热器和双螺旋污泥烘干机构成。污泥热解燃烧前将污泥进行烘干处理，可以将污泥的含水量从80%降到45%，由于提高了污泥的热值，使污泥易于热解。污泥热解过程中把水蒸发成水蒸气需大量的燃料，将污泥进行烘干处理可以降低污泥的含水量，使污泥在热解时节省了燃料，减少了污泥热解产生的水蒸气，也使烟气的浓度不会被过分稀释，易于烟气在二燃室的自燃，二燃室可以少加入或不加燃料就能把烟气中的有害气体二英分解。

污泥热解若产生大量的水蒸气，势必会增加烟气量，给烟气的后续处理增加难度，同时含有水蒸气的烟气在从烟囱排出时，烟囱口还会产生雾霾现象。因此污泥热解前的烘干处理在污泥减量热解系统中是极其重要的一个环节，它对整个系统的节能减排、减少设备的投资起到很重要的作用。

利用污泥热解产生含有可燃气体的烟气，进入二燃室燃烧，产生的850℃以上的高温烟气经过热交换器将空气加热到500℃，高温空气作为加热介质通过螺旋烘干机对污泥进行烘干处理，使污泥的含水率降到45%。由于采用间接方式加热，高温空气与污泥烘干产生的臭、废气分离，高温空气可以在一个密闭的气道里循环使用，减少了热源的消耗。应用常压下的高温空气作为加热介质，比用水蒸气、高温油等其他介质对烘干设备的密封、制造精度要求降低了许多。

（3）污泥减量热解焚烧烟气净化系统

烟气净化系统主要由消石灰粉/活性炭喷粉装置和布袋除尘器构成。

该系统配套专门针对污泥热解焚烧的布袋除尘装置，采用耐高温、耐酸碱性、耐水解性、抗氧化性都很好的特殊过滤材料（PTFE+覆膜），对于高酸性烟气造成的烟气露点上升而导致的烟气结露有良好的抵御效果，由于特殊过滤材料表面光滑、疏水，高黏性粉尘无法黏附于过滤材料表面，在保证除尘效果的前提下使清灰压力大大降低，同时使过滤材料的使用寿命大大延长，布袋使用寿命可达4年，同时特殊的过滤结构还降低了设备的总阻力，使脉冲清灰频率大大降低，也有益于提高布袋的使用寿命。

5 结语

目前，我国城市污水处理厂产生的污泥“二次污染”现象严重。污泥处理问题已经成为整个污水处理行业健康发展必须解决的问题。因此应针对我国城市污水污泥成分的特点，寻找适合国情的处理方法。

污泥减量热解机热解焚烧技术可使城市污水污泥的处理成本大大降低，同时可最大程度实现污泥处置的减量化、稳定化、无害化和资源化，处理后的无机粉砂可作为绿化肥料或用于制作透水砖及用作污水处理过滤材料等，因而该技术是目前较为理想的污泥处置技术之一。

2010年11月26日，环保部下发《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》，要求加快污泥处理设施建设。通知明确要求，污水处理厂新建、改建和扩建时，污泥处理设施应当与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。不具备污泥处理能力的现有污水处理厂，应当在本通知发布之日起两年内建成并运行污泥处理设施。随着科学发展观逐步深入人心，我国生态文明和环境友好型社会建设正日益推进，污水处理厂配备污泥处理设施,“污水”、“污泥”同步并行处理必将提上各级政府的议事日程，这也将给污泥处理处置行业带来发展的契机。

Introduction on Parolysis and Incineration Technology for Pyrolysis Apparatus of Sludge Minimum

HUANG Jia-yao, LIN Xiu-mei
(Fujian Zhuangxun Environmental Technology Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

Based on any amount of sludge generated in urban sludge treatment plant in our country at present time and the serious status of secondary pollution, the paper explicates the characteristics and main treatment and disposal measures of sludge, presents and analyzes the working principle, working flow and technical characteristics on incineration technology for pyrolysis apparatus of sludge minimum as well as the main equipment of pyrolysis treatment system of sludge.

urban sludge; secondary pollution; treatment and disposal of sludge; pyrolysis apparatus of sludge minimum

X703

A

1006-5377（2011）12-0050-06