Формование и сушка топливных пеллет из осадка сточных вод

Сжигание осадка сточных вод приводит к его уменьшению примерно на 95%, при этом органическое вещество полностью окисляется, а тяжелые металлы можно собрать или оставить в золе для дальнейшей утилизации

Годовой объем осадка сточных вод в Китае составляет около 20 миллионов тонн. Он скапливается в городских отстойниках и имеет влажность от 93% до 99,5%. Чтобы его сжечь требуется влажность менее 30%, которая достигается с помощью устройств механического обезвоживания, таких как осушители ленточного, центробежного и вакуумного типа.

Влагосодержание осадка после механического обезвоживания составляет 70–80%, что означает, что он всё еще не пригоден для захоронения или сжигания. Более того, механическое обезвоживание обычно требует добавления реагентов, и при неправильном обращении они сами могут стать загрязнителями. По сравнению с механическим способом технология электроосмотического обезвоживания (ЭОО) дает более глубокую степень сухости осадка без каких-либо химических добавок. Однако, когда влажность ила достигает 65%, применение технологии ЭОО резко увеличивает потребление энергии. Поэтому ее не рекомендуют использовать в течение полного цикла высушивания ила.

Шлам содержит патогенные микроорганизмы, тяжелые металлы, органические загрязнители и другие вредные вещества. Технологии захоронения сталкиваются с ограниченным сроком службы полигонов. Сжигание осадка приводит к его уменьшению примерно на 95%, при этом органическое вещество полностью окисляется, а тяжелые металлы можно собрать или оставить в золе для дальнейшей утилизации. Однако при сжигании ила трудно достичь самоподдерживающегося горения. При этом возникают проблемы неполного его сжигания и высокого потребления энергии.

Термохимическая обработка осадка вызывает больший интерес. При сжигании осадка сточных вод считается целесообразной рекуперация энергии. Однако процессы пиролиза и газификации ила, и необходимое для этого оборудование сложны, а потребление энергии велико, поэтому этот метод распространен крайне мало. Напротив, прямое сжигание осадка осуществить легче.

Предварительная обработка осадка перед сжиганием в основном включает в себя его обезвоживание и сушку. Прямая сушка происходит более быстро, чем непрямая. Однако высокие энергозатраты на ранней стадии не позволяют широко ее использовать. Ленточная сушилка BioCon™ представляет собой низкотемпературную устройство с простым управлением и низким энергопотреблением. Однако это оборудование занимает большую площадь и стоит дорого. Влага является ключевым фактором при сжигании осадка. Она определяет его теплотворную способность и потребление энергии. Необходимо разработать более эффективный процесс предварительной обработки осадка перед его сжиганием.

Солома - возобновляемый природный ресурс, представляющий собой отходы. В 2016 году количество соломы в Китае составило около 750 миллионов тонн, и ее утилизация заставила сельскохозяйственный департамент с трудом находить приемлемые варианты решения задачи. В Китае более 140 миллионов тонн стеблей сельскохозяйственных культур выбрасываются и сжигаются, загрязняя окружающую среду. Формование топливных брикетов и гранул из соломы требует высоких энергетических затрат. При этом топливо из одной только соломы получается низкого качества.

Предлагается совместно использовать солому и ил, чтобы производить топливные пеллеты высокого качества. Сначала городской ил подвергается электроосмотической обработке, далее он смешивается со стеблями растений и получаются топливные гранулы. Обезвоженный ил влажностью 60–65% смешивается с соломой влажностью 12–15%, и далее смесь формуется под высоким давлением и комнатной температуре.

При таком подходе обезвоживание осадка становится более эффективным и энергосберегающим процессом, не требующим химикатов. Добавление соломы вместо угольной крошки улучшает сушку топлива и снижает энергозатраты. В отличие от топливных гранул из чистой биомассы, добавление осадка снижает энергозатраты на формование. Шлам и стебли растений прессуются в топливные гранулы для облегчения транспортировки и сжигания.

Ссылки: https://doi.org/10.3390/en14113116

Источник: MDPI. Energies