给水排水 【干货】污泥碳化技术发展报告（三）

中国的污泥碳化技术研究和工程应用开始于2008年，在2017年以后工程化应用开始较快发展。

4.1 发展历程

4.1.1 产学研研究方面

国内污泥碳化的研究相比欧美、日本发展较晚。根据中国知网2000-2020年公开发表的污泥碳化相关论文数量（图31），可以看出院校及企业的产学研研究基本在2009年左右开始，在2015年以后呈现逐年增加的趋势。

图31 国内污泥碳化产学研研究趋势图

研究发展过程可大致分为三个阶段：

（1）2008年之前（萌芽期）：有少许关于污泥碳化方面的研究。2008年湖北博实城乡环境能源工程有限公司联合华中科技大学国家煤燃烧重点实验室，以武汉市各污水处理厂的污泥为研究对象，开展了城市污水处理厂污泥干化、碳化的实验室研究，研究内容涉及干化、碳化过程特征、过程安全性等方面，得到了对于污泥干化碳化的较完整认识。

（2）2009年~2015年（发展期）：院校及企业开始有一定数量的技术研究，该阶段亦有部分工程化应用及国家科技课题。

2012年由同济大学牵头、戴晓虎教授任首席的国家“863计划”项目“污泥热解能源化利用成套技术及工程示范”开展了污泥热解技术及装备的开发相关研究，并在重庆綦江区三角镇建成30t/d以螺旋推进反应器、污泥热解+可燃气重整、净化为特点的示范工程。

湖北博实公司和华中科技大学国家煤燃烧实验室联合开展了污泥碳化物重金属稳定性研究。联合武汉市蔬菜科学研究所，对污泥碳化物农用进行了研究。联合武汉市林业科学研究所，对污泥碳化物作为土壤改良剂开展了研究。

中节能博实（湖北）环境工程技术股份有限公司承担了“十二五”水专项课题-城市污水处理厂污泥处理处置技术装备产业化课题的子课题-大规模污泥碳化技术及装备国产化的研究。

2015年中节能博实开展了污泥碳化物活化方面的研究。

（3）2016年~2020年（高速增长期）：随着在国内项目应用案例的增多，结合碳减排、邻避效应等问题，该阶段的研究及公开报道呈现高速增长趋势。

4.1.2 国内公司及技术来源

国内污泥碳化技术产业化起步较晚，从2008年以后，国内公司通过技术引进和自主研发，陆续形成了各自的污泥碳化技术，并从2009年开始实现污泥碳化的工程应用。

（1）国内参与技术研发并具有碳化技术工程业绩的公司见表10。

 表10 国内污泥碳化项目及技术公司统计表

（2）国内公司的技术来源分布

国内污泥碳化项目的技术来源大致分布情况如图32所示。

图32 国内污泥碳化技术来源分布情况

各个公司的碳化系统都包括了热干化和碳化两个核心的单元。

中节能博实（湖北博实）和武汉普乐从日本巴工业株式会社完整引进了连续高温碳化工艺技术，包括了系统设计、设施建设管理、设施运行维护管理。该技术已有近20年项目运行经验。

江苏碧诺在日本专家的协助下，参照日本标准开发了污泥碳化技术，采用了与日本月岛机械相似的系统工艺方案。

其他公司的系统大多采用了以回转窑碳化炉为核心的碳化工艺系统，与日本的技术相似。但在系统热能回收利用、装备开发等方面，仍有一定的差距。

4.2 国内污泥碳化工程技术的发展

2009年国内开始污泥碳化技术的首例工程化应用，主要发展历程如图33。

图33 中国污泥碳化技术应用的发展过程

4.3 国内污泥碳化工程技术现状

根据目前收集到的资料，我国污泥碳化代表性工程案例如表11。由于各项目进入干化碳化系统的污泥含水率差异较大，因此，不能用简单比较的方式判断工程能耗的水平。

表11 国内污泥碳化代表性工程案例表

4.3.1 工艺技术介绍

（1）武汉普乐环境技术有限公司

 表12 武汉普乐技术信息表

工艺流程和工程案例如图34和图35。

图34 工艺流程图

图35 外热多段式污泥碳化工程

（2）青岛即墨污泥碳化项目

 表13 青岛即墨污泥碳化项目

工艺流程和工程案例如图36和图37：

图36 工艺流程图

 图37 污泥低温碳化工程

（3）江苏碧诺环保科技有限公司

表14 江苏碧诺技术信息表

工艺流程见图38：

图38 工艺流程图

（4）湖南鼎玖能源环境科技股份有限公司

表15 湖南鼎玖技术信息表

工艺流程和工程案例如图39和图40所示：

图39 工艺流程图

图40 一体化污泥连续碳化工程

（5）安徽省通源环境节能股份有限公司

表16 安徽通源技术信息表

总体上，除普乐公司引进的日本技术采用以特殊螺旋管为特色的反应器外，其他公司主要是回转窑反应器。

4.3.2 工程技术现状及问题

目前，国内已建成十余个污泥碳化项目，从建成项目的运行情况看，除部分案例因各种原因处于停产或低负荷运行状态，总体情况如下：

• 绝大部分项目都能运行，且未发生较大运营安全事故；

• 自主研发技术在系统设计的完整性、合理性方面存在较大的完善提升空间；

• 项目实际处理能力普遍未达到设计规模，处理能力冗余有待完善；

• 通过改善工艺设计和系统结构设计、强化运行管理，处理过程的能耗仍有进一步降低的空间；

• 国产装备在产品设计、关键材料选用、加工制造、可靠性、预期使用寿命等方面，与进口装备相比，有进一步提升的空间；

• 运营管理的制度和方法有待完善；

• 专业化运营人员的培训有待加强；

• 排放标准及地方监管强度参差不齐；

• 污泥碳化产品出路存在地方性差异，碳化物出路依然是共性的问题。多数项目在污泥碳化物产品化方面仍在持续探索中。

• 项目投资及运行成本存在较大差异，因设备质量、泥质等差异使污泥碳化项目投资及运行成本存在横向差异，亦存在成本控制的纵向差异。

• 因无统一技术规范、排放标准等，工艺设计存在差异，有待研究和形成普适性标准。

5.1 日本相关法规和标准

日本在污泥碳化项目建设及运行管理中，通常应遵循以下相关法规，见表16：

表17 日本碳化项目相关法规

5.2 中国相关法规和标准

目前，国内污泥碳化没有专门针对性的法规或标准，尚无统一的指导性技术规范。各碳化项目依据环评的要求执行了不同的排放控制标准，所执行指标差别较大，实际运行中污染物排放均能满足相应标准的限值。

5.2.1 相关技术标准、规范、导则

国内目前污泥碳化相关的技术标准、规范及导则如下：

(1)   2017年，住建部颁布了《城镇污水处理厂污泥处理技术标准（征求意见稿）》，其中部分提及污泥碳化技术，对一般碳化系统组成、碳化系统燃料、基本的仪表配置、碳化类型及各自的技术参数控制做了简单介绍。

(2)   2018年，由安徽省住建厅、安徽省通源环境、合肥学院编制了地标《安徽省城镇污水处理厂污泥高干脱水碳化处置技术导则》，依托于安徽当地碳化项目，对工艺组成、各系统技术参数要求、设备要求、运营管理要求等做了相对细化的要求。

(3)   2019年，由安徽省市场监督管理局编制了《污泥高效节能碳化工艺技术规范》，依托于安徽当地污泥碳化项目，对污泥碳化的工艺组成、主要技术参数、取样检测及过程控制进行了要求。

(4)   2020年，由湖南省住建厅、湖南鼎玖公司等编制了《湖南省城镇市政污泥运输和处置标准》，其中污泥碳化部分主要对含水率、粒径、无氧条件、烟气排放标准等作出要求。

表18 国内目前与污泥碳化相关技术标准规范

5.2.2 项目应用中执行排放标准

（1）针对常规的颗粒物、SO2、NOx

根据项目地环保敏感程度，分别执行《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996和当地地标大气污染物排放标准。

（2）针对HCl、重金属、二噁英

一般参照《生活垃圾焚烧污染物控制标准》GB18485-2014执行。

（3）其他地方大气污染物排放标准。

表19 国内现有污泥碳化项目执行的排放标准

通过对国内外污泥碳化技术发展的梳理和总结发现，污泥碳化作为一项替代污泥焚烧的热化学处理方式，在污泥能源利用、资源回收、污染物控制、温室气体减排等方面表现出明显的优势。

目前污泥碳化技术已经在日本实现了大规模的工程应用，并建立了完善的技术标准规范体系。我国在污泥碳化技术引进吸收、工程示范等方面已经具有一定的基础，同时开展了相关产学研研究，但在关键技术装备开发和工程推广应用等方面还存在较大的发展空间，污泥碳化相关标准规范尚需进一步完善。

在本报告总结的基础上，下一步将重点完成《污泥碳化技术导则》、《污泥碳化工程项目建设标准》等指导文件的编制。同时，还将开展污泥碳化分报告的编制工作，主要内容包括热解碳化、碳化过程污染物以及碳化处理处置碳排放评价等方面。