绿色大视野周刊2022年8月7日
绿色大视野
周刊
2022年8月7日
可燃固体废弃物资源化利用技术
分布式分层温控无动力生活垃圾和农业废弃物热解技术
生物质煤耦合的能源清洁利用技术
污泥有机无机分离及精准资源化利用技术
本期开始介绍中国生产力促进中心协会绿色生产力委员会委员单位“双绿”技术。
“双绿”即绿色生产力和绿色人民币评价标准。绿色生产力强调科技创新，减污降碳；绿色人民币强调效益突出，生态惠民。
本期展示中南环保科技有限公司可燃固体废弃物资源化利用技术、江西致远环保技术有限公司分布式分层温控无动力生活垃圾和农业废弃物热解技术、徐州华焰能源科技发展有限公司生物质煤耦合的能源清洁利用技术、天津壹新环保工程有限公司污泥有机无机分离及精准资源化利用技术共四项委员单位专有技术。
简介
中南环保科技有限公司近年来着重于无废城市建设的资源化利用，研发三大处理系统可开展对工程弃土、渣土的资源化利用、固体废物的智能化综合处理、传统生态环境工程等一体化环保业务，致力成为无废城市建设的践行者。
绿色生产力
三大处理系统具体如下：
1、一般工业固体废弃物资源化处理系统
固体替代燃料制备技术，是将垃圾衍生燃料垃圾经分拣、破碎、涡电流（非金属）、磁选除铁，再破碎、大小筛分、轻重筛分、压缩和干燥等工序制成的固体形态(圆柱/方形条状)燃料，简称为RDF。
通过工业固体废弃物资源化处理系统，将一般工业固体废弃物破碎成为3~5cm的原材料，然后按照特定的比例往成型压块机添加不同种类的工业固体废弃物作为原材料，最终产出垃圾衍生燃料成品。
2、大件垃圾资源化处理系统
大件垃圾资源化处理系统可以直接对床垫、沙发、桌椅等进行直接上料破碎，无需先行人工拆解，大大提高效率和成本。
铁质材料直接进入再生资源系统进行循环利用；
木料可通过压块成型生产生物质燃料BMF或者直接供给木材厂进行再生利用；
纺织物等轻物质和破碎过程收集的粉尘则投入到一般工业固体废弃物资源化处理系统用于生产RDF。
3、园林废弃物资源化处理系统
园林废弃物综合破碎系统可以直接将环卫绿化清运单位回收的园林废弃物直接进行破碎，无需先行人工拆解，大大提高效率和成本。
园林废弃物破碎料可通过压块成型生产生物质燃料BMF；也可通过自然发酵后作为堆肥使用，资源化利用率可达100%。
该技术的突出优势和特点如下：
1、采用智能输送机投料，使用方便，操作简单，能够实现快速而均匀的进料。
2、西门子PLC实时监控设备整个运行过程，当系统出现过载时，程序自动应对，有效保护设备，提高剪切效率和产能。
3、制备系统空载噪音平均值控制在80分贝内，有效降低设备运行中的噪音污染。
4、整套系统使用效率高且经济节能的驱动方式，有效降低能耗，降低运营成本。
5、针对系统内养成区域系统采用密封式结构，保证整线的除尘效果。
6、工业监控系统实现对整条处理线中破碎、分选、除铁、RDF成型机等关键设备的实时监控，可直观的了解运行动态。
绿色人民币
该技术的关键性指标为固体替代燃料的破碎尺寸3~5cm，成品热值4000~6000大卡/吨，资源循环利用率可达99%~100%；设备采用智能输送机投料和西门子PLC智能实时监控运行过程，使用方便，操作简单；空载噪音平均值控制在80分贝内，有效降噪；系统采用密封式结构，保证整线的除尘效果；生产过程无废气、污水等污染物排放，工业粉尘通过回收装置收集可以用作生产原材料，基本达到零排放。该项目的经济效益以中汇循环经济示范利用中心为例，占地面积约33,600平方米，计划总投资1.2亿元人民币，一般工业固体废弃物资源化年处理15万吨，大件垃圾资源化年处理3万吨，园林废弃物资源化年处理3万吨，每年可节约碳排放11.4万吨。
实践验证
东莞市道滘镇中汇循环经济示范利用中心项目
中汇循环经济示范利用中心成立于2019年，位于东莞市道滘镇南丫村万金沙路31号，占地面积约33,600平方米，计划总投资1.2亿元人民币，是一家集一般工业固体废弃物回收处理和资源化利用、再生资源回收利用、厨余垃圾就地处理、大件垃圾和园林废弃物综合利用、环保宣传教育为一体的企业，也是东莞市首个固体废弃物综合处理和资源化利用中心，具有较大先行优势。
经测算，本项目减碳量如下：
焚烧处理 1t 工业固体废弃物约产生 0.5t CO2；
焚烧处理 1t 大件垃圾约产生 0.5t CO2；
焚烧处理 1t 园林废弃物约产生 0.8t CO2；
简介
江西致远环保技术有限公司此技术通过炉体结构和垃圾布置的特殊设计，实现立式热解炉的自动分层，通过垃圾分子裂变释放的热能循环达到无动力垃圾处理垃圾的效果。该技术已获得国家发明专利和实用新型专利30余个。几年来，致远环保持续研发，不断进行技术提升。2018年9月，江西省高安市伍桥镇沽塘村安装的分层温控无动力小型农村生活垃圾热解处理装置是最新升级的第六代小型生活垃圾热解装置。在研发过程中，致远环保与北京大学深圳研究生院、江西农业大学、南昌航空大学、江西师范大学等高校建立了紧密的“产、学、研、用”技术合作关系，目前，该设备已在内蒙古、江西、广西、云南、湖南、陕西、广东等地的农村投入使用，为农村的蓝天贡献了一份力量。
绿色生产力
分布式分层温控无动力生活垃圾和农业废弃物热解技术，是一种新的“垃圾处理垃圾”的技术。通过垃圾分子高温裂变释放热能叠加循环热解，达到蓄能、无动力、无辅助燃料用垃圾处理垃圾的效果。
基本原理：垃圾中含有大量可燃物，在氧气充足的条件下垃圾中的有机物可以直接燃烧产生水和二氧化碳，并释放热能。在无氧或缺氧条件下加热产生热解，垃圾中的物质化学分子链断裂，由大分子转化为小分子，并伴生成燃气、油或焦油及焦炭等，进而形成的化学物质可以进行完全氧化。热解原理是在全密闭、无氧或缺氧状态下进行高温热解，热解生产条件采用间接加热融化，不直接燃烧，尽量避开了二噁英产生条件，且利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧条件下进行加热使有机物产生热解，经冷凝后形成新的气体、液体或固体，从中提取再生燃料油的过程。热解技术对垃圾种类、处理规模适应性强，可更好地实现垃圾减量化、无害化、资源化。通过装置进料口和出渣口的设计，以及进气口和烟囱大小经科学计算，炉排合理密度设计，结合内部能量的热力学交换和空气动力学运动，实现外部空气的底部微负压自动吸入和烟气顶部的微正压自动排放。对进出空气系数人为调控，根据炉内垃圾量的多少，合理安排下灰速率，控制炉内空气交换系数。
1）储能蓄能无动力技术创新
设备内布装储能蓄能集成束，储存垃圾中释放的能量，利用垃圾中产生的能量处理垃圾，达到废弃物利用，省除燃料成本，使主设备无动力，无需用电、无油、无汽或辅助燃料，达到垃圾处理垃圾的效果。
2）立式结构性污控技术创新
设备立式结构性布装上进料下出渣，密闭运行；使预热、烘干、热解于一体，不仅除繁去杂，操作简单，节省用工成本，而且，一体密闭热解二燃室组合燃烧避开了二噁英前驱物产生条件，烟气、水气、颗粒物等随气流上升，被上层垃圾层层阻拦和吸附，二次或多次热解，并在炉顶形成水膜旋风，具有水膜除尘装置作用，使污染物处理易达标排放。
3）可变量气控技术创新
设备特设阻力阀调控空气摄入量，使热解速度人为可控，变量处理生活垃圾。在垃圾存量多时，调高热解速度，加速处理垃圾，在垃圾存量少时，保持怠速热解速度，确保设备 24 小时至长年持续不断运行。
绿色人民币
在该技术下，固体废物减量化≥97%，燃烧效率≥99.9%，全程无二噁英、渗透液产生，运行过程尾气排放达到《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485-2014）国家标准，设备全自动、全天候运行，，操作简单安全，仅需1-2人值守即可。以垃圾处理能力为日处理20吨规模的项目为例，总投资估算400万元，营运成本总费用229.86万元，吨处理成本31.49元/吨，年生活垃圾处理费（73000吨×120元）876万元，扣除设备折旧费266.67万元和上述年运行费，年净利润为158.15万元，九年就可收回全部投资。
HCUM-15型
日处理1-3吨
HCUM-16型
日处理3-15吨
实践验证
图1：内蒙古准格尔旗十二连城乡生活垃圾处理项目
图2：云南省昭通市镇雄县生活垃圾、农业废弃物协同处置项目
图1
图2
热解技术降低CO2的排放，使生活垃圾、农业废弃物等固废处理达到减量化、无害化、资源化的目标。衍生其他产品包括：
①碳基物料
培肥地力，改良土壤墒情，增加固碳，提高作物抗病虫能力。
②再生燃料油
再生燃料油热值10050KJ/kg，主要用于热解炉自用，提高热解效率。
③灰渣和炭黑
灰渣可制作成营养土，用于花卉苗木基肥
简介
徐州华焰能源科技发展有限公司以生物质/低品质煤耦合的能源清洁利用为目的，通过低阶煤制生物质型煤技术、生物质复合型粘结剂制备技术、生物质型煤洁净燃烧技术、灰渣高效分离及高值化利用技术的开发，逐步实现了多能源结构高效利用的节能减排技术方案及工程应用，产生了良好的经济效益与社会效益。
图1 核心技术思路图
绿色生产力
1、生物质环保型煤制备技术
近年来散煤污染问题突出，每年消耗量不到原煤总量10%的散煤却释放了燃煤污染总排放量的50%。型煤技术被证明是解决散煤问题最为经济、实用、有效措施之一，以粉煤、生物质、添加剂为原料压制的生物质型煤，应用于工业锅炉、窑炉、民用燃炉等不仅可以有效缓解企业供煤不足的问题，还能通过节煤、降低污染物排放为企业带来显著的经济效益。
图2 生物质环保型煤制备工艺
2、生物质高分子粘结剂制备技术
粘结剂是制约型煤品质、成本的重要因素，开发高性能、低成本的型煤粘结剂及制备技术对生物质型煤大规模工业化生产具有重要意义。生物质分解为木质素、纤维素类高分子物质后，可以通过化学合成的方法生产高分子粘结剂。基于生物质高分子粘结剂的多组分复配则可以发挥固化剂、疏水剂、催化剂等单组分的协同作用优势，制备原料来源广、生产成本低、燃烧效率高、污染排放少的洁净型煤。
图3 生物质组分分离及粘结剂合成技术
2016年，团队开发了生物质粘结剂规模化生产技术及配套装备，为生物质粘结剂规模化生产提供了技术支撑。2020年，团队开发的自动化程度较高的生物质高分子流态化反应装置，可以使得纤维素、半纤维素和木质素等成分高效分离制备高分子粘结剂。与传统技术相比，本系统使得高分子物质制备时间缩短50%以上，处理量提高5-8倍，打破了生物质粘合剂规模化制备的限制。
图4 生物质流态化反应装置及专利证书
3、生物质型煤高效燃烧及污染物减排技术
制定以分段促进燃烧、定向复配药剂、多级催化减排为核心的减排技术，通过多粒径级配、碱金属催化，有害元素分段转化等核心技术抑制污染物形成与排放，实现SO2、NOX、HCl、Para-xylene、HF等污染物均减排50%以上。
图5 燃烧污染物减排相关成果
技术核心与创新点：
1、率先开发了将亟需洁净利用的末煤、褐煤、煤泥等为原料制备生物质型煤技术，可以有效解决散煤燃烧高耗能、高污染问题，符合国家煤炭清洁高效利用政策。
2、以碱化-蒸汽瞬爆反应技术为核心开发了流态化反应系统，系统以生物质预分解、强制调浆强化介质均化渗透、亚临界-蒸汽瞬爆耦合等过程的协同，将秸秆类生物质资源高效分解为纤维素、木质素、半纤维素等物质，为生物质高附加值利用提供了节能、高效的技术方法。
3、木质素、纤维素可进一步制备天然高分子型煤粘结剂，并结合煤/生物质混燃技术优势，改善燃烧过程，提高各组分燃烧效率，减少污染物排放。
4、系统研究了型煤燃烧过程中N、S、Cl、C、F等元素的污染物形成与转化机理，通过生物质/煤燃烧过程优化、Fe/Al/Ca多催化体系构建、半焦活性位点吸附作用强化等过程实现了污染物定向调控。
5、基于界面调控、流动强化的微细粒矿物高效浮选工艺，开发了绿色环保的生物油类捕收剂，以高剪切强调浆、超声空化、控温强化分离过程结合开发了选前强制分离设备，以旋流-静态微泡浮选柱为分选装置，构建了灰渣中未燃碳高效浮选、可溶物高效溶解、尾矿洁净分离工艺，实现了燃烧灰渣的无害化、高值化利用。
6、实现了生物质/低品质煤资源从高附加值利用、高效洁净燃烧、燃烧灰渣无害化处理实现了循环闭合模式，具有能源清洁利用与生态环境保护双重效益，工艺已完成产业化应用，具有规模化推广的可行性。
7、生物质作为一种可再生能源，生长固碳，燃烧释放碳，被认为可以实现二氧化碳的“零排放”。生物质添加不仅可以代替煤炭减少传统化石能源消耗，还能有效节煤提高能源利用效率。
绿色人民币
该技术可以将散煤制成生物质环保型煤，经济价值提高250%，实现秸秆90%的利用；秸秆制备时间缩短50%以上，处理量提高5-8倍，打破了生物质粘合剂规模化制备的限制；通过分段促进燃烧、定向复配药剂、多级催化等技术实现生物质型煤高效燃烧和SO2、NOX、HCl、Para-xylene、HF等污染物达到≥50%减排；通过分级处理实现各粒级未燃碳等物质高效分离与富集，可制备高品质燃料、吸附材料、电极材料、良好的肥料。
实践验证
团队于2018年在甘肃金昌建成生物质秸秆资源化利用基地，通过收购当地秸秆，进行民用洁净型煤生产、秸秆制颗粒饲料，每年可收购处理秸秆2000吨，覆盖种植面积5000亩，每亩增收80元。在秸秆收购、储运、生产过程中，华焰科技通过短期雇佣当地贫困家庭劳动力为他们带来额外收入，以东湾村为例，可以为100人提供10天的短期劳务，每人每天收入120元。
2020年7月，徐州华焰能源科技发展有限公司与鄂尔多斯市金泰荣煤炭有限责任公司就低阶煤原煤提质制备生物质环保型煤项目达成初步合作意向。项目目前已完成初步技术鉴定与成本核算，华焰科技与中国矿业大学共同承担项目。项目计划投资1300万，厂房以现有厂房改造建成，目前已经完成环境影响评估。项目建设完成后，每年可处理50万吨低阶煤，使低阶煤销售价格从120元/吨的基础上提高到420元/吨，为煤矿企业带来5000万以上的收益。同时可以将当地每年60万吨以上的秸秆由废弃焚烧处理转为高附加值开发利用，秸秆回收可使每亩地增收80元，为当地农民带来2000万以上的收入。
简介
污泥主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，并通过胞外聚合物和胶体的粘性作用，组成了连接微生物细胞和其它物质的污泥絮体结构。
由于我国城市管网建设时雨污分流不彻底，污水厂除砂设备效率较低，导致进水COD偏低，进而产生的污泥含砂量增加，有机物含量普遍偏低（低于50%），从而严重制约了污泥的资源化途径。市政污泥中干基只占不到20%，大量无机物的存在使得污泥体量增大，导致了污泥热值低，制约了各种污泥处理工艺的效率。
我公司的污泥有机无机分离及精准资源化利用技术的原理是通过化学复配药剂对污泥进行灭菌和改性，同时溶出磷、铝、铁等无机物，破坏污泥胞外聚合物的粘性，使得紧密结合在一起的污泥的有机物和泥砂进行分开，然后再通过无机物和有机物的比重差（大约为3-4倍），利用“重力分选”原理实现最后有机物和泥砂的分离，从而得到有机质含量更高的有机污泥、含磷的污泥、含泥砂的无机污泥和含铝铁的除磷药剂。
绿色生产力
主要工艺路线如图1所示：
该技术的突出优势和特点
1、污泥有机质含量提升
污泥有机无机分离主要是将污泥中的无机物溶出，进而提升污泥中有机质的含量，提升污泥的干基热值，从而可以结合后续的单独焚烧、协同焚烧等工艺进行稳定化处理。基于有机无机分离后的污泥有机质提升近50%以上，经过脱水和低温干化后可以制成生物质燃料进行资源化利用，绿色环保，达到了碳减排的目的。
2、磷和铝铁的回收利用
污泥中的铝、铁、磷等无机物质主要是污水处理过程中投加大量的聚合氯化铝、铁等絮凝剂产生的。经过污泥的有机无机分离后，污泥中的磷和铝铁分别被溶出，然后分别被回收利用，可以得到含磷量在10%以上的无机污泥以及铝铁的除磷药剂，回收铝铁均在70%以上。含磷丰富的无机污泥可以作为有机无机复混肥的原料进行资源化利用，符合“双碳政策”的碳中和理念。含铝铁的除磷药剂是污水处理厂的理想除磷药剂，并且可以替代原始PAC等投加量的50%左右，节约了成本，同时间接的减少了碳的排放量。
3、降低泥饼含水率
经过分离后得到的有机污泥，絮体被破坏了，结合水被释放出来，污泥的脱水速率和脱水效果得到了明显的改善，可以脱水至含水率为65%以下的泥饼。
该技术的关键指标：
1、减量化
原污泥经过常规药剂调理后，板框脱水仅能将其含水率降低至80%左右，此时污泥体量仍较大，在后续的低温干化环节需要消耗大量的热能将其进一步干化至含水率为30%～40%。而经过污泥灭菌改性以及组分分离后的有机污泥由于胞外聚合物水解导致黏度大幅度降低，因此污泥的脱水性能改善，可以通过板框脱水至含水率为65%以下，此时污泥体积减量50%，且含水率低，大大降低了其低温干化环节的能耗。
经过工艺验证，污泥分离技术和污泥焚烧工艺相结合时，计算出处理污泥的减量化情况，本工艺可以将10t（含水率80%）每天的污泥进行处理，分离出的有机组分60%，无机组分40%。分离后的有机组分经过脱水后减量为3.4t（含水率65%），继续干化减量为2t（含水率40%）的有机污泥，最终去焚烧或协同焚烧；无机组分则可以分离出0.4t（干基）铝铁除磷药剂，和经过脱水、自然干化的0.5t（含水率20%）无机污泥，并做建材原料。
图 2 污泥组分分离减量效果
2、无害化
在污泥的有机无机分离工艺中，部分重金属会从污泥的固相转移出来，因此分离后有机污泥的重金属含量降低。污泥的有机无机分离技术可以有效降低污泥中Cd，Zn，Ni，As，Cu等重金属的含量。经过分离处理的污泥八种限制性的重金属含量明显低于我国农用污泥对于污染物控制标准的限值，因此可以降低污泥在焚烧或者掺烧后灰分进行建材或土地填埋过程中重金属带来的生态风险问题。
3、资源化
本工艺通过将污泥中有机污泥、无机泥砂、铝铁盐、磷产品组分分离，从而有利于实现污泥的精准资源化。有机污泥热值可以提高到2500kcal/kg以上，因此可以单独焚烧或者与热电厂进行联合焚烧，提高了污泥中生物质资源的利用效率；污泥无机泥砂被分离出来，具有含水率低有机质含量低的特点，可以用于制砖等建材利用；铝铁盐除磷药剂则可以回用至水厂，减少净水端除磷药剂的添加量；分离后得到的无机磷产品可以作为磷肥原理制作化肥。因此本工艺在解决污泥处理处置问题的同时，最大程度上实现了污泥的资源化。
绿色人民币
经核算，10t分离2t干化污泥焚烧发热，0.4t除磷药剂；0.5t泥饼做建筑材料；随着我国城镇化的加快，污水处理量的增长，污泥的产量也逐步增加，该机技术妥善解决了污泥的去路，实现了污泥的无害化、减量化、资源化利用，符合绿色低碳循环发展的经济体系。技术设备以 100 吨/天（含水率 80%计）处理规模测算，最少可投资 4000 万元；运行成本在 150～200 元/吨；按照投资回收率为 6.3%进行计算，8～ 9 年即可回收成本。
实践验证
①天津市武清污泥处理项目
该项目一期处理规模130吨/天，占地15亩，投资6000万元。项目的建设地点位于天津市武清区新城城区西南方向，项目采用PPP合作模式，运营期限
30年。项目于2016年10月开工建设，2017年8月建成投产，该项目建成后承担了天津市武清区全部生活污水处理厂的污泥处理。
该项目的工艺亮点是在最初环节加入污泥灭菌系统，杜绝了污泥恶臭气体的产生，极大的减少了厂区臭气处理设施的投资，并且本项目率先采用污泥分离技术，成功实现了有机物与无机物的充分分离，使得有机污泥在干化与焚烧阶段不再因无机物而消耗热能，实现了污泥处理系统的热能自平衡，污泥的干化焚烧不再依靠任何外加能源。分离出的无机物作为建材利用和有机无机复混肥基材使用。该项目实现了自持燃烧无需外加化石燃料，降低了碳排放量。
图 3 武清污泥处理厂项目
②湖北省宜昌市污泥处理项目
该项目日处理能力70吨（含水率80%计），项目投资约3300万元，吨污泥
直接处理成本120元。项目已于2020年底开工建设，2021年4月开始投入使用。本项目的处理工艺为：首先将污泥进行调质灭菌处理，灭菌后污泥进入菌胶团破碎装置进行改性，在该装置中加入污泥调理剂，使污泥中胞外聚合物彻底失去作用，降低污泥粘性；处理后的污泥进行有机无机分离；分离后的有机污泥加入脱水助剂，充分混合后进入高压脱水机，污泥经高压脱水至含水率65%以下，相比较于原泥体量减少一半且有机物含量提升一倍以上；脱水后泥饼进入污泥高温好氧堆肥系统，掺加返混料后，经过10天高温好氧发酵，最终熟化为含水率35%的肥料。分离出无机污泥进行高压脱水后作为建筑基材或路基土使用。产生的废水回流至污水处理厂前端处理后达标排放。好氧发酵产生的臭气经过负压系统引入除臭塔，处理达标后排放。
图 4 湖北宜昌市污泥处理项目
中国生产力促进中心协会
绿色生产力工作委员会联系人：李新野 18518599944
