Subiaco污水处理厂污泥制油工程实例

01应用工程概况

1999年，第一座商业化的污泥炼油厂在澳大利亚的珀斯的Subiaco污水处理厂建成，该厂采用澳大利亚Environment Solution International公司开发的“Enersludge”污泥热解处理工艺，用来处理西澳大利亚水处理公司的污泥，处理规模（按干污泥计）为每天25t，每吨污泥可产出200～300L生物柴油和0.5t烧结炭。

02

整个Subiaco污水处理厂的Enersludge工艺装置是完全封闭的，其中包括污泥处理工艺，如脱水、干化、转化、能量回收和气体清洗（见图1）。这一非焚烧型热力装置处理该厂产生的初沉污泥和剩余活性污泥，目前处理干污泥量达15～18t/d。

Enersludge工艺采用热解与挥发相催化改性两段转化反应器，使可燃油的质量提高到商品油的水平。污泥干燥过程中所需的能量主要由热解转化的可燃气体提供。反应中不凝气热值2～9MJ/kg，污泥炭热值约10MJ/kg，可为污泥干燥、反应器加热提供大部分热量。热解生成的油可以用来发电。热解产生的衍生油黏度高、气味差，但发热量可达到29～42.1MJ/kg，而现在使用的三大能源，即石油、天然气、原煤的发热量分别为41.87MJ/kg、38.97MJ/kg、20.93MJ/kg。可见，污泥低温热解油具有较高的能源价值。另外，热解油的大部分脂肪酸可转化为酯类，酯化后其黏度降低为原来的1/4，热值可提高9%，气味得到很大改善，热解油的酯化工艺使得其更加易于处理和商业化。污泥干燥过程主要由转化的其他含热能产物提供，全过程可由燃油发电回收能量；焦渣等以流化床燃烧。热解后的半焦通过流化床燃烧，尾气经简单处理排放，排放的尾气达到全球严格的废物焚烧尾气控制标准。

（1）工艺组成

工艺的组成主要由污泥脱水、污泥热干燥、A·B转化反应器、燃烧器、冷凝器等主要设备以及废水处理和废气净化等组成。如将油转化为电能，还应装备燃烧发电设施。

① 脱水机污泥从浓缩池排出时含水率很高，为96%～98%，需用离心脱水机脱水。该脱水方式不需加药，且脱水效率高，并在常温下进行。因此，污泥脱水通常采用离心脱水。

② 干燥系统。低温热解要求污泥含水率在13%以下，污泥干燥是污泥低温热解制油的关键。本工艺选择由焦渣燃烧器的外排热燃气进行污泥干燥。油冷凝器的不凝性气体也进入燃烧器进行燃烧。

③ 热解系统。该系统是污泥低温热解制油的技术关键。本工艺采用热解与挥发相催化改性两段转化器，进一步提高油质。前段是污泥热解制油，后段是完善热解制油过程，以进行催化改性作用。

④ 冷凝系统。从转化反应器B排出的热解蒸气快速冷凝非常重要，停留时间越长，二次裂变成不凝性气体可能越大，因此，选用快速分离与冷凝的冷凝器具有重要作用。

⑤ 废热与焦渣回收利用。由于目前对污泥热解产生的气体和焦渣因品质问题作为商品利用尚有难度，因此这部分能量常用于污泥热干燥等进程。本工艺通过流化床燃烧器将热解焦渣和冷凝器的不凝性气体燃烧，实现废热与焦渣的热能利用。

⑥ 二次污染处理系统。污泥低温热化学法制油工艺的二次污染源主要为：a.污泥离心脱水以及污泥热干燥的尾气冷凝水，本工艺建议回流污水厂处理；b.污泥热干燥尾气冷凝气体，经脱臭/净化后达标准排放。

热解气体和焦炭在第二个反应器内接触，以便加速催化气化段的反应，在这段提炼气体并产生烃类化合物，转化过程所需的催化剂（铝硅酸盐和重金属）在污泥中是自身存在的。3种低级燃料（焦炭、不凝性气体和反应水）在热气发生器中燃烧，为污泥烘干提供能量。

值得注意的是，大部分用石灰稳定污泥是在干化器延期交付阶段产生的，而干污泥是在热气发生器交付期产生的，其中大部分干污泥和石灰稳定污泥回用到农田上。

自运行起到使用的6个月中，转换器运行正常，其平均生产率及能量数据如表1所列。

转换工艺的特征是4种燃料中都回收了污泥中能量。

（2）能量平衡

运行调试期间对污泥转化厂进行了严密的监测，以便详细地记录物质和能量的平衡关系，根据监测数据，处理干污泥的简单能量分布如图2所示。

从获得的试验数据和经验来看，假如污泥脱水后形成26%的TS，那么从热气发生器中产生的能量足以满足干化器所需的能量。这可以从图9-33中看出，1t干污泥所含能量为19.3GJ。在转化器中有45%的能量（8.7GJ）转移到石油中，剩余的10.6GJ转移到焦炭、不凝性气体和反应水中，其中7.2GJ经过空气对空气热交换器转移到干污泥中，这部分能量足以从3.85t 26%TS的污泥中脱掉2.8t水产生干污泥颗粒。因此，该污水厂的数据表明，工厂毛能量输出为8.7GJ/t（干污泥）。反应器经过液化石油气加热，耗能为1GJ/t（污泥），所以该工艺净能量输出为7.7GJ/t。

（3）环境效益

与其他污泥处理工艺相比较，该工艺具有明显的环境效益，最重要的是污泥中存在的污染物质不需要控制。第一个单元操作是转换重金属的操作，该操作是在还原条件下，温度仅需450℃，其中仅有金属汞蒸发，将其形成硫化汞，然后从精炼油的盘式离心机再次回收为工艺污泥，将它送到工业废物处理设施予以处理，因此这4种主要的转换燃料汞含量很低。污泥中存在的其他重金属，大部分都进入到焦炭中，如表2所列。

在热气发生器中焦炭燃烧，其中大部分重金属进入灰渣中，仅有小部分镉和铅发生气化。灰渣中的重金属主要以硅酸盐和氧化物的形式存在，是非溶解性的，这样的灰渣就可以回用作为混凝土材料。在该工艺中，因为很好地控制了重金属（以及有机氯化物），所以产生的气体仅需进行简单清洗就可以满足气体排放标准。气体清洗主要是用文丘里洗涤器去除颗粒物，然后是SO2洗脱装置。

污泥热解的环境效应主要有三个方面：一是无害化——热解破坏了污泥中的病原性污染，使其最终成为化学性质稳定的无害化灰渣及小分子无机物；二是减量化——可减少污泥体积的80%～90%，同时由于燃烧是在热解产物上进行的，而污泥热解减容后的这些产物具有热值高、颗粒小、易于充分燃烧等特点，所以所产生的烟气量要比在完全燃烧时所产生的烟气量小得多；三是避免了二次污染——由于热解过程大部分污染物质滞留于底灰中，因而有效地避免了气相的转移和向大气排放。