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摘 要：近年来，很多行业都在强制性减排废弃物与再资源化，而目前最有希望有效利用的是污水处理场的剩余污泥，造纸厂的造纸污泥等。这类废弃物再资源化的有效方法是在欠氧氛围下进行干馏。由于干馏产生的气体燃料化再利用，则达到节能的目的，同时得到无味、性质稳定的污泥碳化物。
本文旨在介绍污泥连续碳化装置的原理、装置组成。
一、污泥再资源化
污水和雨水经污水处理厂处理剩余污泥以及工厂排水剩余污泥随着民用及工业污水管网的普及和大型化而逐年增加，其剩余污泥再资源化，就成为构建环境友好型社会和可持续性发展的重大课题。
1.污泥再资源化技术
迄今为止，污泥再资源化技术，大体有：
污泥焚烧后焚烧灰的有效利用；
堆肥化有效利用；
熔渣化有效利用。
焚烧灰有效利用多指制造砖瓦、水泥的原料。因此，砖瓦、水泥厂必须与污水处理场比邻建厂，因此建厂条件受到限制。
此外，堆肥化又受季节因素影响，所以很难有计划连续处理污水处理场的剩余污泥。而且，作为肥料必须获准农业部的注册登记，取得生产许可证方可生产、销售。由于污泥处理场剩余污泥中含有重金属和沉降分离过程中添加无机絮凝剂等影响，污泥堆肥很难满足要求。
熔渣化，利用熔炼将脱水污泥直接熔化成渣（玻璃体），大都作为筑路垫层骨材使用。但是，熔炼炉必须在1300℃的高温下运行，故熔炼炉维护管理费用极高。
综上所述，在役的污泥再资源化工艺，存在着不少问题，所以很难设计出高效经济的工艺。因此，必须开发污泥再资源化用新型污泥碳化处理工业化装置。
2.污泥再资源化新工艺设计及建厂
无论是在役的污泥再资源化工艺，还是新法污泥再资源化工艺，都必须遵照以下原则，才能收到预期效果。
减量化以及减容化；
最终处理物的卫生性与安全性；
再资源化利用的可行性。
根据上述原则，利用『污泥碳化装置』获取污泥碳化物，污泥在碳化炉内必须加热到700℃左右，除去其中所含水分和挥发物质，不影响焚烧处理减量、减容率，其污泥减容达90%，既使碳化物直接填埋，由于减容化也能大幅度减少占用土地。
另外，脱水污泥干燥化在碳化过程中高温加热，因为硫化氢、甲烷硫醇和氨等恶臭成分挥发、热分解，故污泥碳化物本身洁净、无味，细菌感染性极低，卫生性和安全性极好。
因此，污泥碳化物不仅可以填埋，而且可以再资源化有效利用。污泥碳化物有效利用多种多样。由于污泥碳物性状与碳相似，故可以作脱臭剂、脱水剂、融雪剂、助燃材料；又因为有通气性和保水性，则可作为改良土壤的材料使用。
污泥碳化物与工业制成的碳和活性碳不同，污泥碳化物虽然可以生产产品（砖瓦、水泥等），又极富有通用性。但是也未必能全部满足上述的利用方法。所以，污泥碳化物制备及装置建设要因地而宜，笔者认为污泥碳化装置和污泥碳化物制品厂应与污水处理厂比邻而建，构成联合化企业，以求得联合化生产及效益最大化。
二、高速污泥连续碳化装置的原理
1.在役碳化装置与新法碳化装置的比较
与在役的外热式碳化炉的比较，均是利用外部加热干燥污泥，而发生的干馏气作为燃料利用。因为能抑制二噁英等有害物质发生，所以不必控制燃烧温度，氧浓度，便于燃烧管理。
两者不同点是，螺旋输送型高速连续碳化装置，利于输送机转速控制可方便调整输送速度，所以在装置停止运行前，可以将滚筒内残留干燥物全部清除干净。另一方面，在役外热旋转窑炉，装置停运时炉内总会残留部分未碳化的污泥。这样，在紧急停止运行时，窑炉内存在未燃烧固形物，则存在着安全隐患。
与在役的直火型旋转窑炉，直火型旋转炉由于将燃气经燃烧器直接喷入窑炉内，构成污泥干燥、燃烧以及热分解流程，则容易发生二噁英类有害物质，燃烧管理困难。
初期投资费和维护费用直火型旋转窑炉最低，螺旋输送型高速连续碳化装置，被加热部尚包括螺旋輸送机，所以投资和维护费用较高。
2.高速连续碳化装置的装置原理
高速连续碳化装置的工艺流程如图2所示。装置由干燥脱水污泥干燥机与碳化干燥污泥的碳化炉以及排气处理装置构成。
投入干燥机的污泥，干燥至含水率30%以下，送至碳化炉上部的供给槽。
碳化炉是4～6段螺旋输送机贯通的外热式窑炉，最上段螺旋输送机通过调整螺旋转速，依次向上段、中段、下段的螺旋输送机定量地供给干燥污泥，碳化炉下部的预热炉加热螺旋输送机外壳，并维持温度700℃左右。
图2 高速连续碳化炉装置流程图
碳化炉螺旋输送机各段，由碳化温度与干燥污泥至污泥碳化物水分蒸发，热解吸以及热分解过程的关系可知，螺旋输送机外壳加热温度，也即碳化炉内温度应维持在400℃左右干燥污泥，开始发生焦油，600℃左右焦油生成量达到最大值，并伴生污泥碳化物，焦油和污泥碳化物往往附着在螺旋输送机上，降低其输送能力，甚至增加动力消耗。因此，炉内温度必须维持在700℃左右。碳化炉内在欠氧氛围（6～8vol%）下，加热螺旋输送机加热干燥污泥，由于该解吸以及热分解过程，得到干馏气与污泥碳化物。从碳化炉最下段螺旋输送机排出的污泥碳化物，为了防止自然着火，增加污泥碳化物灰分，降低其质量，故必须用冷却器冷却水喷淋冷却。
另一方面，各段螺旋输送机内发生的干馏气，由螺旋输送机外壳上部的放出口排出燃烧，用于装置加热，强化干燥污泥碳化。
碳化炉正上方的再加热炉未燃的干馏气在850℃温度下完全燃烧，该燃烧气，干燥脱水污泥送至干燥机，充分利用了废热，节省了干燥燃料。
干燥机出口排气温度维持在200℃左右，保持在酸露点以上，有利于防止排气处理设备腐蚀。另一方面，干燥机内由于温度高，为了防止干燥污泥自燃，配套有循环气管线，利用引风机将部分干燥机排气升压返送至热风炉入口，抑制干燥气温度上升。
干燥机内发生含有恶臭气体的水分与灰尘，用引风机吸引，用旋风子分离器分离灰尘后，通过热交换器进入脱臭炉热分解恶臭成分，经烟囱放空。
本文旨在介绍污泥连续碳化装置的原理、装置组成。
一、污泥再资源化
污水和雨水经污水处理厂处理剩余污泥以及工厂排水剩余污泥随着民用及工业污水管网的普及和大型化而逐年增加，其剩余污泥再资源化，就成为构建环境友好型社会和可持续性发展的重大课题。
1.污泥再资源化技术
迄今为止，污泥再资源化技术，大体有：
污泥焚烧后焚烧灰的有效利用；
堆肥化有效利用；
熔渣化有效利用。
焚烧灰有效利用多指制造砖瓦、水泥的原料。因此，砖瓦、水泥厂必须与污水处理场比邻建厂，因此建厂条件受到限制。
此外，堆肥化又受季节因素影响，所以很难有计划连续处理污水处理场的剩余污泥。而且，作为肥料必须获准农业部的注册登记，取得生产许可证方可生产、销售。由于污泥处理场剩余污泥中含有重金属和沉降分离过程中添加无机絮凝剂等影响，污泥堆肥很难满足要求。
熔渣化，利用熔炼将脱水污泥直接熔化成渣（玻璃体），大都作为筑路垫层骨材使用。但是，熔炼炉必须在1300℃的高温下运行，故熔炼炉维护管理费用极高。
综上所述，在役的污泥再资源化工艺，存在着不少问题，所以很难设计出高效经济的工艺。因此，必须开发污泥再资源化用新型污泥碳化处理工业化装置。
2.污泥再资源化新工艺设计及建厂
无论是在役的污泥再资源化工艺，还是新法污泥再资源化工艺，都必须遵照以下原则，才能收到预期效果。
减量化以及减容化；
最终处理物的卫生性与安全性；
再资源化利用的可行性。
根据上述原则，利用『污泥碳化装置』获取污泥碳化物，污泥在碳化炉内必须加热到700℃左右，除去其中所含水分和挥发物质，不影响焚烧处理减量、减容率，其污泥减容达90%，既使碳化物直接填埋，由于减容化也能大幅度减少占用土地。
另外，脱水污泥干燥化在碳化过程中高温加热，因为硫化氢、甲烷硫醇和氨等恶臭成分挥发、热分解，故污泥碳化物本身洁净、无味，细菌感染性极低，卫生性和安全性极好。
因此，污泥碳化物不仅可以填埋，而且可以再资源化有效利用。污泥碳化物有效利用多种多样。由于污泥碳物性状与碳相似，故可以作脱臭剂、脱水剂、融雪剂、助燃材料；又因为有通气性和保水性，则可作为改良土壤的材料使用。
污泥碳化物与工业制成的碳和活性碳不同，污泥碳化物虽然可以生产产品（砖瓦、水泥等），又极富有通用性。但是也未必能全部满足上述的利用方法。所以，污泥碳化物制备及装置建设要因地而宜，笔者认为污泥碳化装置和污泥碳化物制品厂应与污水处理厂比邻而建，构成联合化企业，以求得联合化生产及效益最大化。
二、高速污泥连续碳化装置的原理
1.在役碳化装置与新法碳化装置的比较
与在役的外热式碳化炉的比较，均是利用外部加热干燥污泥，而发生的干馏气作为燃料利用。因为能抑制二噁英等有害物质发生，所以不必控制燃烧温度，氧浓度，便于燃烧管理。
两者不同点是，螺旋输送型高速连续碳化装置，利于输送机转速控制可方便调整输送速度，所以在装置停止运行前，可以将滚筒内残留干燥物全部清除干净。另一方面，在役外热旋转窑炉，装置停运时炉内总会残留部分未碳化的污泥。这样，在紧急停止运行时，窑炉内存在未燃烧固形物，则存在着安全隐患。
与在役的直火型旋转窑炉，直火型旋转炉由于将燃气经燃烧器直接喷入窑炉内，构成污泥干燥、燃烧以及热分解流程，则容易发生二噁英类有害物质，燃烧管理困难。
初期投资费和维护费用直火型旋转窑炉最低，螺旋输送型高速连续碳化装置，被加热部尚包括螺旋輸送机，所以投资和维护费用较高。
2.高速连续碳化装置的装置原理
高速连续碳化装置的工艺流程如图2所示。装置由干燥脱水污泥干燥机与碳化干燥污泥的碳化炉以及排气处理装置构成。
投入干燥机的污泥，干燥至含水率30%以下，送至碳化炉上部的供给槽。
碳化炉是4～6段螺旋输送机贯通的外热式窑炉，最上段螺旋输送机通过调整螺旋转速，依次向上段、中段、下段的螺旋输送机定量地供给干燥污泥，碳化炉下部的预热炉加热螺旋输送机外壳，并维持温度700℃左右。
图2 高速连续碳化炉装置流程图
碳化炉螺旋输送机各段，由碳化温度与干燥污泥至污泥碳化物水分蒸发，热解吸以及热分解过程的关系可知，螺旋输送机外壳加热温度，也即碳化炉内温度应维持在400℃左右干燥污泥，开始发生焦油，600℃左右焦油生成量达到最大值，并伴生污泥碳化物，焦油和污泥碳化物往往附着在螺旋输送机上，降低其输送能力，甚至增加动力消耗。因此，炉内温度必须维持在700℃左右。碳化炉内在欠氧氛围（6～8vol%）下，加热螺旋输送机加热干燥污泥，由于该解吸以及热分解过程，得到干馏气与污泥碳化物。从碳化炉最下段螺旋输送机排出的污泥碳化物，为了防止自然着火，增加污泥碳化物灰分，降低其质量，故必须用冷却器冷却水喷淋冷却。
另一方面，各段螺旋输送机内发生的干馏气，由螺旋输送机外壳上部的放出口排出燃烧，用于装置加热，强化干燥污泥碳化。
碳化炉正上方的再加热炉未燃的干馏气在850℃温度下完全燃烧，该燃烧气，干燥脱水污泥送至干燥机，充分利用了废热，节省了干燥燃料。
干燥机出口排气温度维持在200℃左右，保持在酸露点以上，有利于防止排气处理设备腐蚀。另一方面，干燥机内由于温度高，为了防止干燥污泥自燃，配套有循环气管线，利用引风机将部分干燥机排气升压返送至热风炉入口，抑制干燥气温度上升。
干燥机内发生含有恶臭气体的水分与灰尘，用引风机吸引，用旋风子分离器分离灰尘后，通过热交换器进入脱臭炉热分解恶臭成分，经烟囱放空。