Teknisk analyse af slamkarbonisering (pyrolyse/hydrotermisk karbonisering) og integration med anaerob fordøjelse

一. Oversigt over slamkarbonisering

Slamcarbonisering er en termokemisk proces, der omdanner organisk stof i slam til stabile kulrige produkter. Det inkluderer Tørkarbonisering (pyrolyse) og Våd karbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC) , der sigter mod slamreduktion, afgiftning og ressourceinddrivelse.

二. Tørkarbonisering (pyrolyse): Principper og funktioner

1. Principper
   Udført under Anoxiske eller lavt iltforhold Ved høje temperaturer (250–800 ° C) nedbrydes pyrolyse slam -organiske stoffer til biochar, syngas (H₂, CH₄, CO) og TAR. Kategorier efter temperatur:

   • Pyrolyse med lav temperatur (250–350 ° C): Enkelt udstyr, lav investering, høj biochar -kalorisk værdi.
   • Medium-temperatur pyrolyse (400–600 ° C): Afbalancerer energiforbrug og produktkvalitet; Effektiv tungmetalimmobilisering.
   • Pyrolyse med høj temperatur (600–800 ° C): moden teknologi, men kostbar; Velegnet til små applikationer.

2. Processtrøm

   • Forbehandling : Slamfortykning → dyb afvanding (fugt <60%) → tørring (fugt <25%).
   • Pyrolyse : Roterende ovn eller jakkerreaktor, opvarmet af naturgas eller syngasforbrænding.
   • Produktudnyttelse : Biochar til jordændring, brændstof eller adsorbent; Syngas genanvendt for energi.

3. Fordele

   • Volumenreduktion> 90% .
   • Miljøvenlig : Undertrykker dannelse af dioxin; stabiliserer tungmetaller.
   • Energi selvforsyning : Syngas opfylder 50–80% af energibehovet.

4. Begrænsninger

   • Højt energiforbrug : Kræver eksternt brændstof (driftsomkostninger ≥200 CNY/TON).
   • Komplekst udstyr : Præcis temperatur og opholdstidskontrol, der er nødvendig.

三. Vådkarbonisering (hydrotermisk karbonisering, HTC): Principper og funktioner

1. Principper
   Anvendelser subkritisk vand (180–260 ° C, 2–10 MPa) til konvertering af slamorganiske stoffer til hydrochar via hydrolyse, dekarboxylering og polymerisation. Ingen tørring kræves.

2. Processtrøm

   • Reaktion : Opslæmning reagerer i en forseglet reaktor i timevis.
   • Produktseparation : Hydrochar filtreret; Flydende fase (rig på organiske syrer) anvendt i anaerob fordøjelse.

3. Fordele

   • Håndterer højfugtig slam (≥80% fugt) direkte.
   • Funktionel hydrochar : Oxygenrige overfladegrupper til jord/katalytiske anvendelser.
   • Lavere energiforbrug : Forbehandlingsomkostninger reduceret med 30-50% mod tørre metoder.

4. Begrænsninger

   • Barske forhold : Højtryksreaktorer øger kapitalomkostningerne.
   • Lavere hydrochar -kaloriforværdi (15–20 MJ/kg mod 20–25 MJ/kg for pyrolytisk biochar).

四. Sammenligning af tør og våd karbonisering

五. Synergi med anaerob fordøjelse (AD)

1. Energimaterialintegration

   • Energi Loop : Biogas (60–70% ch₄) brænder carbonisering; Restvarme fra carbonisering genanvendes til varme AD -systemer.
   • Produktsynergi : Biochar forbedrer mikrobiel aktivitet i AD; HTC væskefasetilskud kulstof til fordøjelse.

2. Casestudier

   • Slam madaffaldsbehandling med slam : Blanding forbedrer C/N -forholdet, øger metanudbyttet med 24-47%; Biochar reducerer ammoniakemissioner i landbruget.
   • Industriel symbiose : Østrigs Strass WWTP kombinerer fordøjelse af slam/madaffald og genererer biogas for 70% af planteenergien; Biochar brugt i landbruget.

3. Fordele

   • Energieffektivitet : Ad-pyrolysisystemer opnår 80% energi-selvforsyning og skærer 25.142 kWh/100 ton slam kontra forbrænding.
   • Kulstofneutralitet : Koblede systemer reducerer drivhusgasemissioner (30-50% CO₂ -reduktion); Biochar-sekvestere 0,5–1,2 ton co₂-ækvivalent/ton.

六. Udfordringer og fremtidige retninger

1. Udfordringer

   • Omkostningsbarrierer : Høje driftsomkostninger (tør) og kapitalomkostninger (våd).
   • Standardisering : Biochar-sikkerhed skal overholde standarder som GB/T 24600-2008.

2. Innovationsveje

   • Smart kontrol : Optimer pyrolyseparametre (temperatur, opholdstid).
   • Hybridsystemer : Integrer HTC AD Syngas Power Generation for højere energiforringelse.

Tør pyrolyse passer til reduktion af slam og energiudvinding og energiudvinding, mens HTC udmærker sig i behandlingen af ​​højfugtighedsslam. Integrering af disse med anaerob fordøjelse skaber lukkede loop “energimateriale” -systemer, skiftende slamstyring fra bortskaffelse til ressourcefornyelse.