16-杭世珺-污泥炭化技術現狀和探討-成都污泥大會.pdf

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1、污泥炭化技術現狀和探討杭世珺2023年5月污 泥 炭 化 技 術 及 發 展 背 景國 外 污 泥 炭 化 技 術 發 展 現 狀中 國 污 泥 炭 化 技 術 發 展 及 應 用總 結 與 展 望目 錄1、污泥炭化技術及發展背景2020年城鎮污泥產量（80%含水率）5130萬噸無害化處理規模9.32萬噸/日，無害化處理率67%3183694064284554875115375766056352512289331753345355438053992429946074857513001000200030004000500060002010 2011 2012 2013 2014 2015 201

2、6 2017 2018 2019 2020城鎮污水廠處理量（億立方）城鎮濕污泥產生量（萬噸）問題三溫室氣體排放量高問題二無害化程度低、出路受限注：源自住建部中國城市建設統計年鑒、中國城鄉建設統計年鑒統計數據污泥處理規模1.1 中國污泥處理處置現狀中國污水和污泥處理規?！八畻l”：城市污泥無害化處理處置率2020年90%“十三五”規劃：城市污泥無害化處置率2020年75%，地級及以上城市90%2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和。中國將碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局，將在“十四五”時期嚴控煤炭消費增長、“十五五”時期逐步減少“雙碳”國策亟需：低碳型污泥處理處置技術 焚燒和土地利

3、用呈增長趨勢 建材利用呈下降趨勢 填埋大幅度下降注a：數據來自11個城市的106個項目,引自譚學軍,王磊.我國重點流域典型污水廠污泥處理處置方式調研與分析.中國給水排水.2022,38(14):1-8.注b：數據來自71個城市的162個項目,引自安葉等,我國市政生活污泥處置現狀及經驗總結.給水排水.2021,47(增刊):94-98.污泥處理處置發展趨勢1.1 中國污泥處理處置現狀 推動符合“雙碳”目標的技術和工藝 污泥炭化比焚燒、填埋、堆肥等更具碳減排優勢 借鑒國外已有污泥炭化技術和經驗，開發適合我國國情的炭化技術污泥炭化處理的思考20122014年污泥處理處置方式a土地利用,11.0%建材

4、利用,16.1%焚燒,18.3%填埋,53.8%其他,0.8%土地利用,48.5%建材利用,1.9%焚燒,32.7%填埋,15.5%其他,1.3%2017年污泥處理處置方式b1.2 污泥炭化技術及特點污泥碳化在無氧或缺氧條件下進行熱解處理，獲得含碳固體產物為主要目標的污泥穩定化過程低溫炭化中溫炭化高溫炭化市政污泥市政污泥市政污泥及其他廢水處理的污泥初步穩定穩定穩定性高有臭味無無土壤改良、融雪、建材利用燃料、土壤改良燃料應用對象產物穩定性炭化物味道炭化物主要用途1.2 污泥炭化技術及特點系統構成1.污泥熱干化（預處理）2.污泥炭化（核心單元）3.尾氣處理（污染控制）技術特點節能降耗炭化過程中產生

5、的干餾氣燃燒后余熱利用，補充全過程熱量，節約能源炭化產物可回收利用，包括燃料、建材、土壤改良劑、吸附材料等資源回收與污泥焚燒爐相比，炭化裝置的噸污泥溫室氣體排放量少、二噁英排放量低、炭化物可燃料化利用，實現碳減排碳減排2、國外污泥炭化技術發展現狀2.1 歐美污泥炭化技術發展污染物減排污泥焚燒產生的復雜污染物處理難，環境健康效應不明確；污泥熱解技術可以實現氣相產物燃燒，降低持久性污染物的排放磷資源回收要求污泥焚燒后灰渣中磷含量大于2%必須回收，回收率大于80%；焚燒灰渣中提取磷的經濟性較差，污泥炭化物能為磷資源的回收利用提供有利條件主要驅動力政策引導歐洲已經頒布生物炭標準（The Europea

6、n Biochar Certifcate(EBC)）對生物炭進行分級認證，將生物炭分為農業、養殖、市政、工業等不同用途，分別設定生物炭中基本元素、碳氫比、灰分、物理性質、營養物質、重金屬、多環芳烴等的限值，為生物炭的推廣應用創造條件。工程設施2.1 歐美污泥炭化技術發展工程應用總體較少：序號項目設備提供商炭化爐形式處理對象1德國曼海姆市污水處理廠KOPF AG回轉窯市政污泥2德國某垃圾污泥熱解項目未知回轉窯生活垃圾，市政污泥3澳大利亞珀斯Subiaco污泥熱解項目ESI回轉窯市政污泥4法國巴黎污泥處理項目BSP多膛爐市政污泥5美國加州康科德市污泥熱解項目未知多膛爐市政污泥6丹麥某市政污水處理項

7、目AquaGreen螺旋管市政污泥歐美污泥炭化項目表注：根據有限資料，對相關工程案例的統計2.2 日本污泥炭化技術發展（系統開發應用）政策引導日本污泥炭化技術是在國家宏觀發展政策的引導下開展起來的，目前已形成完整的技術產業發展政策支撐體系需求驅動上世紀90年代，在污染物減排和資源化利用的雙重壓力下，日本亟待研發新的污泥處理技術企業牽頭日本下水道協會在上世紀90年代末發起了由企業自主參與的污泥炭化工程技術研究，并建設了一批中試以上規模的污泥炭化設施及工程，為日后確定污泥炭化資源化利用、大規模裝置的工程設計打下良好基礎資源化利用的目標污泥炭化物在燃料、土地利用、建材利用等方面的應用關注的重點不是熱

8、解氣而是炭化處理得到的污泥炭化物消除二噁英污染隱患固體廢棄物（包括污泥）焚燒迅速發展所帶來的二噁英排放已成為大氣污染的重要隱患土地及填埋場容量限制填埋場的剩余容量變得極為有限廢棄物最終處置（包括焚燒灰）所涉及的填埋場新開發用地難等因素溫室氣體減排尋找污泥處理領域碳減排新路徑隨著京都議定書的簽訂和生效，溫室氣體減排需求日益突出主要驅動力2.2 日本污泥炭化技術發展小規模工程設施日本小規模污泥炭化項目清單序號項目處理量（t/d）起始日期（年）主要利用途徑1鶴崗市凈化中心4.82002共同研究/肥料2雙葉地方廣域市町圈組合（商業運作）202003覆土/土壤改良材料3靜岡縣富士市西部凈化中心3.242

9、0004東部凈化中心4.82000吸附材料5云出川左岸凈化中心4.819996西部水質管理中心4.3220037K 社（兵庫縣高砂市）（商業運作）362000燃料化8K 社4.81998調濕劑9K 社4.322003土壤改良材料10安田凈化中心4.82003吸水性陶管11須走凈化中心13.442003融雪劑注：雙葉地方廣域市町圈組合和K社（兵庫縣高砂市）兩個項目為商業化運行項目，其他均為技術驗證性項目較大規模工程設施2.2 日本污泥炭化技術發展日本較大規模污泥炭化項目清單序號項目規模（t/d）運行時間主要利用途徑1東京都東部污泥3002007燃料化3002013燃料化2廣島市西部水資源再生中心

10、1002012燃料化3熊本市南部浄化處理廠502013燃料化4大阪市平野下水處理廠1502014燃料化5橫濱南部污泥中心1502018燃料化6愛知縣衣浦東部流域1002014燃料化7愛知縣豐橋市中島處理廠532017燃料化8荒川右岸終末處理廠2002013燃料化9滋賀縣湖西凈化中心802016燃料化10靜岡縣中島凈化中心752017燃料化11京都洛西凈化中心502017燃料化12福岡市御笠川凈化中心1002019燃料化13橫濱北部污泥資源化中心2002020燃料化14京都鳥羽水環境保全中心1502020燃料化大中城市污泥量大，農業利用難度大污泥有機質含量高，熱值高炭化物可替代高價進口煤炭推廣原

11、因項目簡介2.2 日本污泥炭化技術發展東京都東部污泥處理中心設計規模：600t/d（100t/d6）設備提供：三菱環境化學/美得華建成時間：一期2007年，二期2013年炭化物處置：電廠輔助燃料炭化分類：中溫（350600C）炭化爐型：外熱回轉窯炭化爐項目簡介2.2 日本污泥炭化技術發展大阪平野污水處理廠項目設計規模：150t/d設備提供：月島機械株式會社建成時間：2014年炭化物處置：電廠輔助燃料炭化分類：低溫（250350C）炭化爐型：外熱回轉窯炭化爐項目簡介2.2 日本污泥炭化技術發展雙葉地方廣域市町圈組合項目設計規模：25t/d設備提供：巴工業株式會社建成時間：2002年炭化物處置：農

12、田土地改良炭化分類：高溫（600800C）炭化爐型：立式多段外熱螺旋推進炭化爐2.3 污泥炭化物的應用1、燃料化電廠等燃料2、土壤改良土壤改良劑3、建材利用建材原料4、吸附材料吸附材料5、融雪劑融雪劑2008年之后，燃料化利用成為日本污泥炭化物資源化利用的主要方向二噁英吸附劑（節能87712 MJ/t）脫臭材料（節能29237 MJ/t）替代木炭（節能7087 MJ/t）可替代活性炭（復合型）3、中國污泥炭化技術發展及應用產學研合作開發3.1 中國污泥炭化技術發展歷程產學研合作開發始于2008年左右，2015年后呈高速增長趨勢，可分為3個發展階段：2008及以前2009201520162020

13、萌芽期院校零星、少量研究發展期國家科技課題及部分工程化應用，如國家“十二五”重大專項“污泥熱解能源化利用成套技術及工程示范”高速增長期院校研究呈高速增長趨勢3.1 中國污泥炭化技術發展歷程初期引進國外技術，無明確的社會政策導向和技術政策導向，也缺乏資源化利用目標中國污泥炭化技術發展較為緩慢，代表性項目較少2009武漢湯遜湖污泥炭化項目日本技術應用安徽無為污泥炭化項目國產技術應用2017長沙經開區城北污水處理廠國產技術應用2018海寧尖山污泥熱解炭化項目國產技術應用2019鄂州洋瀾湖綜合治理項目日本技術應用2015天津青凝侯污泥炭化項目國產技術應用2018青島即墨污泥炭化項目國產技術應用2019

14、臺灣省宜蘭縣污泥炭化示范項目日本技術應用2019湖北秭歸污泥炭化項目日本技術應用2019河北望都污泥炭化項目國產技術應用2020枝江田園牧歌項目日本技術國產化應用2021污泥炭化項目及技術來源主要技術來源3.1 中國污泥炭化技術發展歷程中國從2009年開始實現污泥炭化的工程應用，目前已建成炭化工程20余項建成時間項目規模（t/d）設備提供方技術來源2010年武漢湯遜湖污泥炭化項目10湖北博實日本巴工業2015年鄂州洋瀾湖污泥炭化項目60中節能博實日本巴工業2017年安徽無為污泥炭化項目50安徽通源中國國產技術2018年長沙經開區城北污泥炭化項目45湖南鼎久中國國產技術2019年青島即墨污泥炭化

15、項目300青島美盛/山東金孚中國國產技術2019年湖北秭歸縣城污泥無害化項目40中節能博實日本巴工業2019年海寧尖山污泥熱解炭化25云南水務中國國產技術2020年望都污水炭化項目20云南水務中國國產技術2021年枝江田園牧歌炭化項目100江蘇碧諾日本&中國技術注：以上僅示出部分項目中國污泥炭化項目不完全統計項目簡介3.2 中國污泥炭化工程技術現狀武漢湯遜湖污泥炭化項目設計規模：10t/d（10t/d1）全國最早設備提供：湖北博實建成時間：2010年炭化物處置：園林綠化工藝：帶機脫水至80%+熱風干化至30%+外熱多段螺旋炭化爐煙氣處理：旋風除塵器+袋式除塵器+堿洗降溫塔+生物除臭塔+活性炭吸

16、附塔+排氣筒項目簡介3.2 中國污泥炭化工程技術現狀安徽無為污泥炭化項目設計規模：50t/d（50t/d1）設備提供：安徽通源建成時間：2017年炭化物處置方向：園林綠化工藝：彈簧板框脫水至60%+轉鼓干化至30%+回轉窯炭化煙氣處理：旋風除塵+噴淋塔+排氣筒項目簡介3.2 中國污泥炭化工程技術現狀長沙經開區城北污泥炭化項目設計規模：45t/d（45t/d1）設備提供：湖南鼎久建成時間：2018年炭化物處置方向：電廠燃料工藝：板框脫水至60%+一體化干化炭化回轉窯煙氣處理：布袋除塵器+水噴淋+活性炭吸附+排氣筒項目簡介3.2 中國污泥炭化工程技術現狀青島即墨污泥炭化項目設計規模：300t/d（

17、150t/d2）目前全國最大設備提供：青島美盛/山東金孚建成時間：2019年炭化物處置：制磚工藝：板框脫水至60%+轉鼓熱干化至20%+回轉窯炭化煙氣處理：SNCR脫硝+旋風除塵+氧化脫硝+濕法脫硫+濕電除塵+活性炭吸附+排氣筒項目簡介3.2 中國污泥炭化工程技術現狀枝江田園牧歌項目設計規模：100t/d（100t/d1）設備提供：江蘇碧諾建成時間：2021年炭化物處置：園林綠化工藝：帶式機脫水至80%+轉鼓干化至30%+回轉窯炭化煙氣處理：旋風除塵+布袋除塵+噴淋塔+活性炭吸附工藝技術介紹3.2 中國污泥炭化工程技術現狀序號1234項目名稱湯遜湖污泥炭化示范項目枝江田園牧歌洋瀾湖污泥處理處置

18、工程即墨區污泥處置中心項目系統技術及設備提供方日本巴工業株式會社/湖北博實江蘇碧諾日本巴工業株式會社/中節能博實北控水務/青島中世美盛/山東金孚項目設計處理規模（折合80%含水率）10 t/d100 t/d60 t/d300 t/d建成時間2010202120152019總投資790萬元3000萬元3720萬元9209萬元生產設施占地764不詳1400不詳項目投資方湖北博實城鄉環境能源工程有限公司不詳鄂州市城市建設投資有限公司北控水務/青島中世美盛項目實際處理規模911 t/d不詳5557 t/d不詳工藝組成干化+炭化干化+炭化干化+炭化干化+炭化初始含水率78%82%60%78%82%/70

19、%55%60%污泥有機物含量45%31.20%44%41.40%補充燃料種類LPG天然氣天然氣天然氣補充燃料熱值9600 kCal/Nm8966 kCal/Nm9068 kCal/Nm8550 kCal/Nm噸泥補充能量68 Nm 15.8 Nm58 Nm/39 Nm30 Nm噸泥處理電耗（kWh)6016.851.745炭化物出爐溫度（C）400-450400400-450140炭化物產量（kg）/噸泥140150156133排放執行標準GB18485-2014GB16297-1996GB18485-2014GB18485-2014炭化物去向園林綠化土地利用制磚/園林綠化制磚中國部分污泥炭化

20、項目信息注：以上處理量、能耗指標均折算成80%含水率污泥；炭化物產量以0%含水率計；初始含水率為干燥機入口處污泥含水率工藝技術介紹3.2 中國污泥炭化工程技術現狀序號567項目名稱無為市污泥處理處置中心項目長沙經開區城北污水廠污泥炭化項目臺灣省宜蘭縣污泥炭化示范項目系統技術及設備提供方安徽通源湖南鼎玖武漢普樂項目設計處理規模（折合80%含水率）50 t/d45 t/d10 t/d建成時間201720182019總投資2695萬元1920萬元約1900萬元生產設施占地不詳13001025項目投資方無為市無城污水管理處湖南鼎玖宜蘭縣政府項目實際處理規模不詳不詳9t/d工藝組成干化+炭化干化+炭化干

21、化+炭化初始含水率低于60%低于60%80%污泥有機物含量不詳40%50%補充燃料種類生物質顆粒生物質顆粒重油補充燃料熱值4000 kCal/kg4000 kCal/kg8444 kCal/kg噸泥補充能量不詳不詳68.2kg噸泥處理電耗（kWh)不詳53不詳炭化物出爐溫度（C）200450354炭化物產量（kg）/噸泥150120(待核實)140排放執行標準GB16297-1996GB16297-1996不詳炭化物去向園林綠化園林綠化園林綠化注：以上處理量、能耗指標均折算成80%含水率污泥；炭化物產量以0%含水率計；初始含水率為干燥機入口處污泥含水率中國部分污泥炭化項目信息4、總結與展望機遇

22、污泥炭化技術機遇與挑戰污泥炭化處理成本持續下降污泥中有機質比例增加，炭化物熱值和品質持續提高中小規模污泥處理需求持續增加，供需不匹配二噁英等持久性有機物的控制標準和控制措施日趨嚴格污泥資源化處置和污泥綠色低碳處理技術需求強烈污泥炭化技術機遇與挑戰挑戰管理水平和自動化運行水平不高裝備系統化尚不成熟，需要進行預處理+干化+炭化+尾氣全流程設備成套炭化物出路受阻，經濟價值尚未充分開發有機分低，運行成本偏高，需與其他生物質協同處理處置具體政策引導力度不夠、尚無相關技術規范、標準污泥炭化技術展望我國尚需進一步完善相關標準、規范、指南、政策體制的研究污泥炭化技術已經在日本實現了大規模的工程應用,并建立了完

23、善的技術標準規范體系；我國在污泥炭化技術引進吸收、工程示范等方面已經具有一定的基礎和實踐，可持續開展高質量的產學研工作，并落實到工程應用中污泥炭化作為一項替代污泥焚燒的熱化學處理方式，在污泥能源利用、資源回收、污染物控制、溫室氣體減排等方面表現出明顯的優勢污泥炭化關鍵技術、裝備開發和工程推廣應用等方面還存在很大的發展空間感謝聆聽請您指正致謝致謝：本 報 告 內 容 主 要 來 自 污 泥 碳 化 技 術 發 展 回 顧 與 總 結 和污泥熱解碳化特性分析與技術評價；以上兩 份材料 由國家 污泥處 理處置 產業技 術創新 戰略 聯 盟 組織北控水務杭世珺工作室、同濟大學、武漢普樂環境技術有限公司編制，在此對參編單位和編制人員表示衷心感謝！