Análise técnica da carbonização de lodo (pirólise/carbonização hidrotérmica) e integração com digestão anaeróbica

一. Visão geral da carbonização de lodo

A carbonização de lodo é um processo termoquímico que converte matéria orgânica em lodo em produtos estáveis ​​ricos em carbono. Inclui Carbonização seca (pirólise) e Carbonização úmida (carbonização hidrotérmica, HTC) , buscando redução de lodo, desintoxicação e recuperação de recursos.

二. Carbonização seca (pirólise): princípios e recursos

1. Princípios
   Conduzido abaixo condições anóxicas ou de baixo oxigênio Em altas temperaturas (250-800 ° C), a pirólise decompõe os orgânicos de lodo em biochar, syngas (h₂, ch₄, co) e alcatrão. Categorias por temperatura:

   • Pirólise de baixa temperatura (250-350 ° C): equipamento simples, baixo investimento, alto valor de calorífico biochar.
   • Pirólise de média temperatura (400–600 ° C): equilibra o consumo de energia e a qualidade do produto; imobilização eficaz de metais pesados.
   • Pirólise de alta temperatura (600-800 ° C): tecnologia madura, mas cara; Adequado para aplicações em pequena escala.

2. Fluxo de processo

   • Pré -tratamento : Espessamento de lodo → desidratação profunda (umidade <60%) → secagem (umidade <25%).
   • Pirólise : Forno rotativo ou reator jaqueto, aquecido por combustão de gás natural ou syngas.
   • Utilização do produto : Biochar para emenda, combustível ou adsorvente do solo; Syngas reciclado para energia.

3. Vantagens

   • Redução de volume> 90% .
   • Ecológico : Suprime a formação de dioxina; estabiliza metais pesados.
   • Auto-suficiência energética : Syngas atende a 50 a 80% da demanda de energia.

4. Limitações

   • Alto consumo de energia : Requer combustível externo (custo de operação ≥200 cny/ton).
   • Equipamento complexo : Precisa de temperatura e residência de tempo de residência.

三. Carbonização úmida (carbonização hidrotérmica, HTC): princípios e recursos

1. Princípios
   Usos água subcrítica (180-260 ° C, 2-10 MPa) para converter orgânicos de lodo em hidrocória por hidrólise, descarboxilação e polimerização. Não é necessária secagem.

2. Fluxo de processo

   • Reação : A pasta reage em um reator selado por horas.
   • Separação de produtos : Hidrocalar filtrado; Fase líquida (rica em ácidos orgânicos) usada na digestão anaeróbica.

3. Vantagens

   • Lida com lodo de alta moistência (≥80% de umidade) diretamente.
   • Hidratom -funcional : Grupos de superfície ricos em oxigênio para aplicações de solo/catalítico.
   • Menor uso de energia : Os custos de pré -tratamento reduzidos em 30 a 50% vs. métodos secos.

4. Limitações

   • Condições adversas : Reatores de alta pressão aumentam os custos de capital.
   • Valor calorífico hidromplino inferior (15–20 mJ/kg vs. 20–25 mJ/kg para biochar pirolítico).

四. Comparação de carbonização seca e úmida

五. Sinergia com digestão anaeróbica (AD)

1. Integração de material de energia

   • Loop de energia : Biogás (60-70% Ch₄) alimenta a carbonização; O calor residual da carbonização é reutilizado para aquecer os sistemas de anúncios.
   • Sinergia do produto : O biochar aumenta a atividade microbiana na DA; A fase líquida HTC suplementa carbono para digestão.

2. Estudos de caso

   • Co-digestão de desperdício de alimentos : A mistura melhora a relação C/N, aumentando o rendimento de metano em 24 a 47%; O biochar reduz as emissões de amônia na agricultura.
   • Simbiose industrial : A WWTP da Áustria combina digestão de lodo/resíduos de alimentos, gerando biogás para 70% da energia vegetal; Biochar usado na agricultura.

3. Benefícios

   • Eficiência energética : Os sistemas de pirólise de ad anúncios atingem 80% de auto-suficiência energética, cortando 25.142 kWh/100 toneladas de lodo versus incineração.
   • Neutralidade de carbono : Os sistemas acoplados reduzem as emissões de GEE (redução de 30 a 50% de CO₂); Sequestres de biochar 0,5-1,2 toneladas equivalentes/toneladas.

六. Desafios e direções futuras

1. Desafios

   • Barreiras de custo : Altos custos operacionais (seco) e custos de capital (úmido).
   • Padronização : A segurança do biochar deve cumprir com padrões como GB/T 24600-2008.

2. Caminhos de inovação

   • Controle inteligente : Otimize os parâmetros de pirólise (temperatura, tempo de permanência).
   • Sistemas híbridos : Integre a geração de energia HTC AD Syngas para maior recuperação de energia.

A pirólise seca se adapta à redução de lodo em larga escala e à recuperação de energia, enquanto a HTC se destaca no processamento de lodo de alta moistência. Integrar isso com a digestão anaeróbica cria sistemas de “material de energia” em circuito fechado, mudando o gerenciamento de lodo da regeneração de descarte para a regeneração de recursos.