污泥蒸汽低温裂解处理技术

一、工艺原理

1、污泥无氧热分解的机理

污泥均由亲水性带负电荷的胶体颗粒组成，挥发性固体含量高、比阻值大，脱水困难。活性污泥的有机份包括平均粒径小于0.1μ的胶体颗粒，1.0~100μ之间的超胶体颗粒及由胶体颗粒聚集的大颗粒所组成。所以比阻值最大，脱水更困难。一般认为污泥的比阻值在（0.1~0.4）*109s2/g之间时，进行机械脱水较为经济与适宜，但污泥的比阻值均大于此值。

污泥无氧热分解基于有机物在还原性气氛（无氧）和一定的温度下发生分解的原理，热分解使有机物大分子链被打断，结合水脱出，产生烃类的热解气体和小分子链结构的有机物。

台湾大学化学工程学系实验室自1997年开始对于污泥之无氧热分解进行研究，使用升温热重分析 (nonisothermalgravimetric analysis) 分析热分解反应动力过程。根据研究试验，活性污泥在430k的还原性气氛下即开始分解，当温度低于400k 时，释放的物种主要是水（h2o)，在450 ~ 510k 主要是二氧化碳(co2)，当温度继续升高，释放出包括hcn 、co 、c2h6 等物质以及其它直链碳氢化合物 (olefins)或是碳氢氧化合物 (carboxylates) 的破碎片段（见下图）。

从实验结果看来，污泥热分解产物50% 以上是气体，30% 为可回收之液态油类，以及不到20% 之固体残余（碳和灰分）。污泥的热分解可以有效回收部份碳源，但会产生大量气体和消耗大量热能。

利用上述原理可以有两个不同的工程应用方向，一是利用热解的全过程生产气化产物的可燃油类和固体产物碳，一是控制在热分解的初始低温段使大量的结合水释放为自由水，达到改善污泥脱水性能的目的。

2、蒸汽低温裂解干化机理

利用一定温度和压力的蒸汽作为工艺气体处理污泥，在无氧热分解过程中，控制低温（<230℃）下，产生的裂解气体较少，而胶体结构发生很大变化，胶体颗粒的稳定性被破坏，污泥内部水与吸附水被释放，比阻可降至1.0*108s2/g（比阻：单位过滤面积上单位干重滤饼所具有的阻力），脱水性能大大改善。这个过程，在污泥处理行业的术语又叫做污泥的热调质。经蒸汽低温裂解调质的污泥，可用通常的机械脱水方式去除30%~40%的水分，基本达到入炉焚烧的含水率要求。

蒸汽低温裂解干化工艺是利用蒸汽低温裂解的方式，改变污泥本身的胶体结构，将包裹在湿污泥中的物理化学结合水释放为自由态水，改善污泥的脱水性能，再用传统的机械方式去除水分。工艺具有装置简单可靠，运营成本低的显着优点。

二、工艺流程

污泥（含水约80％）经污泥泵注入反应釜，同时通入过热蒸汽，反应釜内设有搅拌装置，使蒸汽与湿污泥混合均匀，经一定时间的低温热解反应，使具有高分子结构的碳氢化合物转变成为低分子结构的有机物，破坏污泥的持水结构，从而使污泥脱水性能大幅提高。反应釜产物约含有30%自由态水，经污泥泵送至机械式脱水机挤压脱水，可获得含水率约55%－60％的半干污泥。半干污泥在风干仓鼓风干燥，最终含水率可由其强度和时间来控制，可降至10%以下。

蒸汽低温裂解反应后的湿污泥经历了消毒和灭活，臭味随乏蒸汽带出，已变成安全无污染的产品。经挤压获得的压滤液无毒无味，含有高浓度的钾和氮，是理想的优质浓缩液体有机肥料。

本工艺的耗能量仅为传统干化工艺的30%，获得的半干污泥同时完成了生物灭活，对后续处理提供了非常好的条件。

三、工艺技术特征

1.环保。污泥在密闭反应器中通过低温热解过程，迅速完成杀菌除臭过程。

2.资源化。污泥经处理转化为优质液体有机肥料和固体燃料。固体燃料返回系统使用（作为蒸汽锅炉燃料），理论上只需要其中的1/3即可满足反应釜所需蒸汽，其余2/3还可供应给电厂发电使用。

3.减量化。燃料燃烧后形成少量灰渣，使污泥减量90％以上。

4.节能。比传统污泥干化技术总能耗大幅降低，污泥处理成本明显降低。

5.快速。1小时左右完成杀菌除臭，24小时内污泥含水从80%降至10%以下。

6.模块化。日处理能力以10吨、50吨、100吨为单位可任意调整，适合于各种规模城市的市政污泥处理。

7.多功能。适用于各种固体有机废弃物（如厨余物、城市垃圾、动物粪便等）的资源化和无害化处理。

四、污泥低温裂解反应釜主要参数