Analisis teknikal karbonisasi enapcemar (pirolisis/karbonisasi hidrotermal) dan integrasi dengan pencernaan anaerobik

一. Gambaran keseluruhan karbon enapcemar

Karbonan enapcemar adalah proses termokimia yang menukarkan bahan organik dalam enapcemar ke dalam produk kaya karbon yang stabil. Ia termasuk karbonisasi kering (pirolisis) dan karbonisasi basah (karbonisasi hidroterma, HTC) , bertujuan untuk pengurangan enapcemar, detoksifikasi, dan pemulihan sumber.

二. Karbonisasi Kering (Pyrolysis): Prinsip dan Ciri

1. Prinsip
   Dijalankan di bawah keadaan anoksik atau rendah oksigen Pada suhu tinggi (250-800 ° C), pyrolysis mengurai organik enapcemar ke biochar, syngas (h₂, ch₄, co), dan tar. Kategori mengikut suhu:

   • Pyrolysis suhu rendah (250-350 ° C): Peralatan mudah, pelaburan yang rendah, nilai kalori biochar yang tinggi.
   • Pyrolysis suhu sederhana (400-600 ° C): Mengimbangi penggunaan tenaga dan kualiti produk; Immobilisasi logam berat yang berkesan.
   • Pyrolysis suhu tinggi (600-800 ° C): Teknologi matang tetapi mahal; Sesuai untuk aplikasi berskala kecil.

2. Aliran proses

   • Pretreatment : Penebalan enapcemar → penyahairan dalam (kelembapan <60%) → pengeringan (kelembapan <25%).
   • Pyrolysis : Kiln berputar atau reaktor jaket, dipanaskan oleh gas asli atau pembakaran syngas.
   • Penggunaan produk : Biochar untuk pindaan tanah, bahan api, atau penyerap; Syngas dikitar semula untuk tenaga.

3. Kelebihan

   • Pengurangan kelantangan> 90% .
   • Mesra alam : Menindas pembentukan dioksin; menstabilkan logam berat.
   • Tenaga sendiri : Syngas memenuhi 50-80% permintaan tenaga.

4. Batasan

   • Penggunaan tenaga yang tinggi : Memerlukan bahan api luaran (kos operasi ≥200 cny/ton).
   • Peralatan kompleks : Suhu yang tepat dan kawalan masa kediaman diperlukan.

三. Karbonisasi basah (karbonisasi hidroterma, HTC): Prinsip dan ciri

1. Prinsip
   Penggunaan Air subkritikal (180-260 ° C, 2-10 MPa) untuk menukar organik enapcemar ke dalam hidrokar melalui hidrolisis, decarboxylation, dan pempolimeran. Tiada pengeringan diperlukan.

2. Aliran proses

   • Tindak balas : Slurry bertindak balas dalam reaktor tertutup selama berjam -jam.
   • Pemisahan produk : Hydrochar ditapis; Fasa cecair (kaya dengan asid organik) yang digunakan dalam pencernaan anaerobik.

3. Kelebihan

   • Mengendalikan enapcemar kelembapan tinggi (≥80% kelembapan) secara langsung.
   • Hydrochar berfungsi : Kumpulan permukaan yang kaya dengan oksigen untuk aplikasi tanah/pemangkin.
   • Penggunaan tenaga yang lebih rendah : Kos pretreatment dikurangkan sebanyak 30-50% vs kaedah kering.

4. Batasan

   • Keadaan yang keras : Reaktor tekanan tinggi meningkatkan kos modal.
   • Nilai kalori hidrokar yang lebih rendah (15-20 mj/kg vs 20-25 mj/kg untuk biochar pyrolytic).

四. Perbandingan karbonisasi kering dan basah

五. Sinergi dengan pencernaan anaerobik (AD)

1. Integrasi tenaga tenaga

   • Gelung tenaga : Biogas (60-70% CH₄) karbonisasi bahan api; Haba sisa dari karbonisasi digunakan semula untuk memanaskan sistem iklan.
   • Sinergi produk : Biochar meningkatkan aktiviti mikrob pada AD; Suplemen fasa cecair HTC karbon untuk pencernaan.

2. Kajian kes

   • Pencabutan sisa makanan enapcemar : Pencampuran meningkatkan nisbah C/N, meningkatkan hasil metana sebanyak 24-47%; Biochar mengurangkan pelepasan ammonia dalam bidang pertanian.
   • Simbiosis industri : WWTP Strass Austria menggabungkan pencernaan sisa enapcemar/makanan, menjana biogas untuk 70% tenaga tumbuhan; Biochar yang digunakan dalam pertanian.

3. Faedah

   • Kecekapan tenaga : Sistem ad-pirolisis mencapai 80% tenaga sendiri, memotong 25,142 kWh/100 tan enapcemar berbanding pembakaran.
   • Netralitas Karbon : Sistem yang digabungkan mengurangkan pelepasan GHG (pengurangan CO₂ 30-50%); Biochar Sequesters 0.5-1.2 tan bersama-sama/ton.

六. Cabaran dan arah masa depan

1. Cabaran

   • Halangan kos : Kos operasi yang tinggi (kering) dan kos modal (basah).
   • Penyeragaman : Keselamatan Biochar mesti mematuhi piawaian seperti GB/T 24600-2008.

2. Laluan inovasi

   • Kawalan pintar : Mengoptimumkan parameter pirolisis (suhu, masa kediaman).
   • Sistem Hibrid : Mengintegrasikan penjanaan kuasa syngas HTC untuk pemulihan tenaga yang lebih tinggi.

Pyrolysis kering sesuai dengan pengurangan enapcemar berskala besar dan pemulihan tenaga, sementara HTC cemerlang dalam memproses enapcemar kelembapan tinggi. Mengintegrasikannya dengan pencernaan anaerobik mewujudkan sistem "tenaga" yang tertutup, peralihan pengurusan enapcemar dari pelupusan ke penjanaan sumber.