スラッジ炭化（熱分解/熱水炭化）と嫌気性消化との統合のテクニカル分析

一。スラッジ炭化の概要

スラッジ炭化は、スラッジの有機物を安定した炭素に富む製品に変換する熱化学的プロセスです。含まれています 乾燥炭化（熱分解） そして 湿潤炭化（熱水炭化、HTC） 、スラッジの削減、解毒、およびリソースの回復を目指しています。

二。乾燥炭化（熱分解）：原理と特徴

1. 原則
   下で実施 無酸素または低酸素条件 高温（250〜800°C）では、熱分解によりスラッジ有機物がバイオ炭、Syngas（H₂、Ch₄、Co）、およびTARに分解されます。温度によるカテゴリ：

   • 低温熱分解 （250〜350°C）：シンプルな機器、低投資、高バイオチャーカロリー​​値。
   • 中程度の温度熱分解 （400〜600°C）：エネルギー消費と製品の品質のバランス。効果的な重金属固定化。
   • 高温熱分解 （600〜800°C）：成熟した技術ですが、費用がかかります。小規模アプリケーションに適しています。

2. プロセスフロー

   • 前処理 ：スラッジ肥厚→深い脱水（水分<60％）→乾燥（水分<25％）。
   • 熱分解 ：天然ガスまたは合成ガス燃焼で加熱されたロータリーキルンまたはジャケットリアクター。
   • 製品利用 ：土壌修正、燃料、または吸着剤のバイオチャー。エネルギーのためにリサイクルされた合成ガス。

3. 利点

   • ボリューム削減> 90％ .
   • 環境に優しい ：ダイオキシンの形成を抑制します。重金属を安定させます。
   • エネルギーの自給自足 ：Syngasはエネルギー需要の50〜80％を満たしています。

4. 制限

   • 高エネルギー消費 ：外部燃料（動作コスト≥200Cny/トン）が必要です。
   • 複雑な機器 ：正確な温度と滞留時間制御が必要です。

三。湿潤炭化（水熱炭化、HTC）：原理と特徴

1. 原則
   用途 亜臨界水 （180〜260°C、2〜10 MPa）。加水分解、脱炭酸、および重合により、スラッジ有機物を水炭に変換します。乾燥は必要ありません。

2. プロセスフロー

   • 反応 ：スラリーは密閉された原子炉で何時間も反応します。
   • 製品分離 ：フィルター処理。嫌気性消化に使用される液相（有機酸が豊富）。

3. 利点

   • 高湿気スラッジを処理します （80％以上の湿気）直接。
   • 機能的な水char ：土壌/触媒用途向けの酸素が豊富な表面グループ。
   • エネルギー使用量が少ない ：治療前のコストは30〜50％削減され、ドライメソッド。

4. 制限

   • 過酷な条件 ：高圧リアクターは資本コストを増加させます。
   • 水charカロリフィック値を低くします （熱分解バイオチャーの場合、15〜20 mj/kg対20〜25 mj/kg）。

四。乾燥炭化と湿潤炭化の比較

五。嫌気性消化との相乗効果（AD）

1. エネルギー材料統合

   • エネルギーループ ：バイオガス（60〜70％Ch₄）は炭化を促進します。炭化からの残留熱は、広告システムを加熱するために再利用されます。
   • 製品の相乗効果 ：バイオチャーは、ADの微生物活性を高めます。 HTC液相は、消化用の炭素を補給します。

2. ケーススタディ

   • スラッジ食品廃棄物の共同消化 ：混合するとC/N比が改善され、メタンの収率が24〜47％増加します。バイオチャーは、農業におけるアンモニア排出量を削減します。
   • 産業共生 ：オーストリアのStrass WWTPは、スラッジ/食品廃棄物の消化を組み合わせて、植物エネルギーの70％のバイオガスを生成します。農業で使用されるバイオチャー。

3. 利点

   • エネルギー効率 ：ADピロリシスシステムは、80％のエネルギー自給自足を達成し、25,142 kWh/100トンのスラッジと焼却を削減します。
   • カーボンニュートラリティ ：結合システムは、GHG排出量を削減します（30〜50％CO₂削減）。 Biocharは0.5〜1.2トンの同等のトン/トンを隔離します。

六。課題と将来の方向

1. 課題

   • コスト障壁 ：高営業コスト（乾燥）および資本コスト（ウェット）。
   • 標準化 ：バイオチャーの安全性は、GB/T 24600-2008などの基準に準拠する必要があります。

2. イノベーション経路

   • スマートコントロール ：熱分解パラメーター（温度、滞留時間）を最適化します。
   • ハイブリッドシステム ：より高いエネルギー回収のために、HTC AD Syngas Power Generationを統合します。

乾燥熱分解は、大規模なスラッジの減少とエネルギー回収に適していますが、HTCは高耐性スラッジの処理に優れています。これらを嫌気性消化と統合すると、閉ループの「エネルギー材料」システムが作成され、スラッジ管理が廃棄からリソース再生にシフトします。