การวิเคราะห์ทางเทคนิคของคาร์บอนกากตะกอน (ไพโรไลซิส/ไฮโดรเทอร์มอลคาร์บอน) และการรวมเข้ากับการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน

一. ภาพรวมของคาร์บอนกากตะกอน

กากตะกอนคาร์บอนเป็นกระบวนการทางความร้อนที่แปลงสารอินทรีย์ในกากตะกอนให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่อุดมด้วยคาร์บอนที่มีเสถียรภาพ รวมถึง คาร์บอนแห้ง (ไพโรไลซิส) และ คาร์บอนเปียก (คาร์บอนไฮโดรเทอร์มอล, HTC) มุ่งเป้าไปที่การลดตะกอนการล้างพิษและการกู้คืนทรัพยากร

二. การทำให้เป็นคาร์บอนแห้ง (ไพโรไลซิส): หลักการและคุณสมบัติ

1. หลักการ
   ดำเนินการภายใต้ สภาพที่เป็นพิษหรือออกซิเจนต่ำ ที่อุณหภูมิสูง (250–800 ° C), ไพโรไลซิสสลายตัวของกากตะกอนเป็น biochar, syngas (h₂, ch₄, co) และ tar หมวดหมู่ตามอุณหภูมิ:

   • ไพโรไลซิสอุณหภูมิต่ำ (250–350 ° C): อุปกรณ์ง่าย ๆ การลงทุนต่ำค่าความร้อนทางชีวภาพสูง
   • ไพโรไลซิ (400–600 ° C): สมดุลการใช้พลังงานและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การตรึงโลหะหนักที่มีประสิทธิภาพ
   • ไพโรไลซิสอุณหภูมิสูง (600–800 ° C): เทคโนโลยีผู้ใหญ่ แต่มีราคาแพง เหมาะสำหรับการใช้งานขนาดเล็ก

2. การไหลของกระบวนการ

   • การปรับสภาพ : ความหนาของกากตะกอน→ dewatering ลึก (ความชื้น <60%) →การอบแห้ง (ความชื้น <25%)
   • ไพโรไลซิส : เครื่องปฏิกรณ์แบบโรตารี่หรือเครื่องปฏิกรณ์แบบแจ็คเก็ต, ความร้อนโดยการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติหรือการเผาไหม้ Syngas
   • การใช้ผลิตภัณฑ์ : Biochar สำหรับการแก้ไขดินเชื้อเพลิงหรือตัวดูดซับ; ซินกาสรีไซเคิลพลังงาน

3. ข้อดี

   • การลดระดับเสียง> 90% .
   • เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม : ยับยั้งการก่อตัวไดออกซิน; ทำให้โลหะหนักคงที่
   • ความพอเพียงพลังงาน : Syngas ตรงตามความต้องการพลังงาน 50–80%

4. ข้อ จำกัด

   • การใช้พลังงานสูง : ต้องใช้เชื้อเพลิงภายนอก (ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน≥200 cny/ton)
   • อุปกรณ์ที่ซับซ้อน : จำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิและเวลาที่อยู่อาศัยที่แม่นยำ

三. การทำให้เป็นคาร์บอนเปียก (คาร์บอนไฮโดรเทอร์มอล, HTC): หลักการและคุณสมบัติ

1. หลักการ
   ใช้ น้ำใต้ดิน (180–260 ° C, 2–10 MPa) เพื่อแปลงสารอินทรีย์กากตะกอนให้เป็นไฮโดรชาร์จผ่านการไฮโดรไลซิส, decarboxylation และโพลีเมอไรเซชัน ไม่จำเป็นต้องอบแห้ง

2. การไหลของกระบวนการ

   • ปฏิกิริยา : สารละลายทำปฏิกิริยาในเครื่องปฏิกรณ์ที่ปิดสนิทเป็นเวลาหลายชั่วโมง
   • การแยกผลิตภัณฑ์ : ไฮโดรชาร์จกรอง; เฟสของเหลว (อุดมไปด้วยกรดอินทรีย์) ที่ใช้ในการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน

3. ข้อดี

   • จับกากตะกอนความขุ่นมัวสูง (ความชื้น≥80%) โดยตรง
   • พลังน้ำที่ใช้งานได้ : กลุ่มพื้นผิวที่อุดมด้วยออกซิเจนสำหรับการใช้งานดิน/ตัวเร่งปฏิกิริยา
   • การใช้พลังงานลดลง : ต้นทุนการปรับสภาพลดลง 30-50% เทียบกับวิธีการแห้ง

4. ข้อ จำกัด

   • สภาพที่รุนแรง : เครื่องปฏิกรณ์แรงดันสูงเพิ่มต้นทุนเงินทุน
   • ลดค่าความร้อนสูง (15–20 mJ/kg เทียบกับ 20–25 mJ/kg สำหรับ pyrolytic biochar)

四. การเปรียบเทียบคาร์บอนแห้งและเปียก

五. การทำงานร่วมกันกับการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน (AD)

1. การบูรณาการวัสดุ

   • ห่วงพลังงาน : ก๊าซชีวภาพ (60–70% ch₄) เชื้อเพลิงคาร์บอน ความร้อนที่เหลือจากคาร์บอนถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อให้ระบบโฆษณาความร้อน
   • การทำงานร่วมกันของผลิตภัณฑ์ : biochar ช่วยเพิ่มกิจกรรมของจุลินทรีย์ในโฆษณา HTC ของเหลวเฟสเสริมคาร์บอนสำหรับการย่อยอาหาร

2. กรณีศึกษา

   • การแบ่งแยกขยะร่วมกันของกากตะกอน : การผสมช่วยเพิ่มอัตราส่วน C/N เพิ่มอัตราการมีเธนขึ้น 24–47%; Biochar ลดการปล่อยแอมโมเนียในการเกษตร
   • symbiosis อุตสาหกรรม : WWTP ของออสเตรียรวมการย่อยอาหารกากตะกอน/อาหารของเสียทำให้เกิดก๊าซชีวภาพสำหรับ 70% ของพลังงานพืช Biochar ใช้ในการทำฟาร์ม

3. ประโยชน์

   • ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน : ระบบโฆษณา-ไพเราะบรรลุความพอเพียงพลังงาน 80% การตัดตะกอน 25,142 kWh/100 ตันเทียบกับการเผา
   • ความเป็นกลางคาร์บอน : ระบบคู่ลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (การลดลง 30–50%); Sequesters Biocharchar.5–1.2 ตันCO₂-เทียบเท่า/ตัน

六. ความท้าทายและทิศทางในอนาคต

1. ความท้าทาย

   • อุปสรรคด้านค่าใช้จ่าย : ต้นทุนการดำเนินงานสูง (แห้ง) และต้นทุนเงินทุน (เปียก)
   • มาตรฐาน : ความปลอดภัยทางชีวภาพต้องปฏิบัติตามมาตรฐานเช่น GB/T 24600-2008

2. เส้นทางนวัตกรรม

   • การควบคุมอัจฉริยะ : เพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ไพโรไลซิส (อุณหภูมิเวลาที่อยู่อาศัย)
   • ระบบไฮบริด : รวมการสร้างพลังงาน HTC AD Syngas เพื่อการกู้คืนพลังงานที่สูงขึ้น

ไพโรไลซิสแห้งเหมาะสมกับการลดตะกอนขนาดใหญ่และการกู้คืนพลังงานในขณะที่ HTC เก่งในการประมวลผลกากตะกอนความดันสูง การรวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะสร้างระบบ "วัสดุวัสดุ" วงปิดการเปลี่ยนการจัดการกากตะกอนจากการกำจัดไปสู่การฟื้นฟูทรัพยากร