Analisi tecnica della carbonizzazione dei fanghi (pirolisi/carbonizzazione idrotermica) e integrazione con digestione anaerobica

一. Panoramica della carbonizzazione dei fanghi

La carbonizzazione dei fanghi è un processo termochimico che converte la materia organica nei fanghi in prodotti stabili ricchi di carbonio. Include carbonizzazione secca (pirolisi) E carbonizzazione a umido (carbonizzazione idrotermale, HTC) , mirando alla riduzione dei fanghi, alla disintossicazione e al recupero delle risorse.

二. Carbonizzazione secca (pirolisi): principi e caratteristiche

1. Principi
   Condotto sotto condizioni anossiche o a basso ossigeno A temperature elevate (250–800 ° C), la pirolisi decompone i fanghi organici in biochar, syngas (H₂, ch₄, co) e catrame. Categorie per temperatura:

   • Pirolisi a bassa temperatura (250–350 ° C): attrezzatura semplice, basso investimento, alto valore calorifico biochar.
   • Pirolisi a media temperatura (400–600 ° C): bilancia il consumo di energia e la qualità del prodotto; Efficace immobilizzazione dei metalli pesanti.
   • Pirolisi ad alta temperatura (600–800 ° C): tecnologia matura ma costosa; Adatto per applicazioni su piccola scala.

2. Flusso di processo

   • Pretrattamento : Ispessimento dei fanghi → Deawatering profondo (umidità <60%) → essiccazione (umidità <25%).
   • Pirolisi : Reattore in forno rotante o rivestimento, riscaldato da gas naturale o combustione di syngas.
   • Utilizzo del prodotto : Biochar per emendamento del suolo, carburante o adsorbente; Syngas riciclato per energia.

3. Vantaggi

   • Riduzione del volume> 90% .
   • Eco-friendly : Sopprime la formazione di diossina; stabilizza i metalli pesanti.
   • Autosufficienza energetica : Syngas soddisfa il 50–80% della domanda di energia.

4. Limitazioni

   • Alto consumo di energia : Richiede carburante esterno (costo operativo ≥200 CNY/ton).
   • Attrezzatura complessa : Controllo preciso della temperatura e del tempo di permanenza necessario.

三. Carbonizzazione a umido (carbonizzazione idrotermale, HTC): principi e caratteristiche

1. Principi
   Usi acqua subcritica (180–260 ° C, 2-10 MPa) per convertire i fanghi organici in idrachar tramite idrolisi, decarbossilazione e polimerizzazione. Nessuna asciugatura richiesta.

2. Flusso di processo

   • Reazione : Slurirry reagisce in un reattore sigillato per ore.
   • Separazione del prodotto : Filtrato idrachar; Fase liquida (ricca di acidi organici) utilizzata nella digestione anaerobica.

3. Vantaggi

   • Gestisce i fanghi ad alto contenuto di movimento (≥80% di umidità) direttamente.
   • Hydrochar funzionale : Gruppi di superficie ricchi di ossigeno per applicazioni di terreno/catalitica.
   • Uso di energia inferiore : Costi di pretrattamento ridotti del 30-50% rispetto ai metodi a secco.

4. Limitazioni

   • Condizioni difficili : I reattori ad alta pressione aumentano i costi di capitale.
   • Valore calorifico idroelevole inferiore (15–20 mj/kg vs. 20–25 mJ/kg per biochachar pirolitico).

四. Confronto di carbonizzazione secca e umida

五. Sinergia con digestione anaerobica (AD)

1. Integrazione del materiale energetico

   • Ciclo di energia : Biogas (60-70% CH₄) Fuels carbonization; Il calore residuo dalla carbonizzazione viene riutilizzato ai sistemi di pubblicità di calore.
   • Synergy Product : Biochar migliora l'attività microbica in AD; HTC Supplementi di fase liquida Carbon per digestione.

2. Casi studio

   • Co-digestione dei rifiuti alimentari di fanghi : La miscelazione migliora il rapporto C/N, aumentando la resa del metano del 24-47%; Il biochar riduce le emissioni di ammoniaca in agricoltura.
   • Simbiosi industriale : Strass WWTP dell'Austria combina i fanghi/la digestione dei rifiuti alimentari, generando biogas per il 70% dell'energia vegetale; Biochar utilizzato nell'agricoltura.

3. Benefici

   • Efficienza energetica : I sistemi di annunci ad-pyrolisi ottengono l'autosufficienza energetica dell'80%, tagliando 25.142 kWh/100 tonnellate di fanghi vs. incenerimento.
   • Neutralità del carbonio : I sistemi accoppiati riducono le emissioni di GHG (riduzione del 30-50% di CO₂); Biochar sequestre 0,5-1,2 tonnellate CO₂-equivalente/ton.

六. Sfide e direzioni future

1. Sfide

   • Barriere di costo : Alti costi operativi (a secco) e costi di capitale (bagnato).
   • Standardizzazione : La sicurezza del biochar deve essere conforme a standard come GB/T 24600-2008.

2. Percorsi di innovazione

   • Controllo intelligente : Ottimizza i parametri di pirolisi (temperatura, tempo di permanenza).
   • Sistemi ibridi : Integrare la generazione di energia HTC AD Syngas per un maggiore recupero di energia.

La pirolisi secca si adatta alla riduzione dei fanghi su larga scala e al recupero dell'energia, mentre HTC eccelle nella lavorazione dei fanghi ad alta misura. L'integrazione di questi con la digestione anaerobica crea sistemi "materiali di energia" a circuito chiuso, spostando la gestione dei fanghi dallo smaltimento alla rigenerazione delle risorse.