التحليل الفني لغربنة الحمأة (الانحلال الحراري/كربنة الحرارية المائية) والتكامل مع الهضم اللاهوائي

一. نظرة عامة على كربنة الحمأة

كربنة الحمأة هي عملية كيميائية حرارية تحول المادة العضوية في الحمأة إلى منتجات غنية بالكربون مستقرة. ويشمل الكربنة الجافة (الانحلال الحراري) و الكربنة الرطبة (الكربنة الحرارية المائية ، HTC) ، والهدف من الحد من الحمأة ، وإزالة السموم ، واستعادة الموارد.

二. الكربنة الجافة (الانحلال الحراري): المبادئ والميزات

1. مبادئ
   أجريت تحت ظروف الأكسجين أو منخفض الأكسجين في درجات حرارة عالية (250-800 درجة مئوية) ، يحلل الانحلال الحراري العضوية الحمأة إلى الفحم الحيوي ، syngas (H₂ ، CH₄ ، CO) ، والقطران. فئات حسب درجة الحرارة:

   • الانحلال الحراري منخفضة الحرارة (250-350 درجة مئوية): معدات بسيطة ، انخفاض الاستثمار ، قيمة السعرات الحرارية عالية الفحم.
   • الانحلال الحراري في درجة الحرارة المتوسطة (400-600 درجة مئوية): أرصدة استهلاك الطاقة وجودة المنتج ؛ تجميد المعادن الثقيلة الفعالة.
   • انحلال الحرارية عالية الحرارة (600-800 درجة مئوية): التكنولوجيا الناضجة ولكنها مكلفة ؛ مناسبة للتطبيقات الصغيرة.

2. تدفق العملية

   • المعالجة : سماكة الحمأة → إزالة المياه العميقة (الرطوبة <60 ٪) → التجفيف (الرطوبة <25 ٪).
   • الانحلال الحراري : الفرن الدوراني أو المفاعل المغطى ، يسخنه الغاز الطبيعي أو احتراق syngas.
   • استخدام المنتج : الفحم الحيوي لتعديل التربة أو الوقود أو الامتصاص ؛ Syngas إعادة تدوير للطاقة.

3. المزايا

   • تخفيض الحجم> 90 ٪ .
   • صديقة للبيئة : قمع تشكيل الديوكسين. يستقر المعادن الثقيلة.
   • طاقة الاكتفاء الذاتي : يلتقي Syngas بنسبة 50-80 ٪ من الطلب على الطاقة.

4. القيود

   • استهلاك الطاقة العالية : يتطلب الوقود الخارجي (تكلفة التشغيل ≥200 CNY/TON).
   • المعدات المعقدة : درجة الحرارة الدقيقة والتحكم في وقت الإقامة اللازمة.

三. الكربنة الرطبة (الكربنة الحرارية المائية ، HTC): المبادئ والميزات

1. مبادئ
   يستخدم المياه دون الحرجة (180-260 درجة مئوية ، 2-10 ميجا باسكال) لتحويل العضوية الحمأة إلى هيدروش الفراش عن طريق التحلل المائي ، decarboxylation ، والبلمرة. لا تجفيف مطلوب.

2. تدفق العملية

   • رد فعل : يتفاعل الملاط في مفاعل مغلق لساعات.
   • فصل المنتج : ترشيح Hydrochar. المرحلة السائلة (الغنية بالأحماض العضوية) المستخدمة في الهضم اللاهوائي.

3. المزايا

   • يتعامل مع الحمأة العالية (≥80 ٪ الرطوبة) مباشرة.
   • وظيفية Hydrochar : مجموعات السطح الغنية بالأكسجين لتطبيقات التربة/الحفاز.
   • انخفاض استخدام الطاقة : انخفاض تكاليف المعالجة بنسبة 30-50 ٪ مقابل الطرق الجافة.

4. القيود

   • الظروف القاسية : مفاعلات الضغط العالي تزيد من تكاليف رأس المال.
   • انخفاض قيمة السعرات الحرارية المائية (15-20 ميجا جول/كغ مقابل 20-25 ميجا جول/كغ للفرد الحيوي الهرمي).

四. مقارنة الكربنة الجافة والرطبة

五. التآزر مع الهضم اللاهوائي (م)

1. التكامل المادي للطاقة

   • حلقة الطاقة : الغاز الحيوي (60-70 ٪ CH₄) تغذي كربنة ؛ يتم إعادة استخدام الحرارة المتبقية من الكربنة لتسخين أنظمة الإعلان.
   • تآزر المنتج : الفحم الحيوي يعزز النشاط الميكروبي في م ؛ HTC السائل الطور المكملات الكربون للهضم.

2. دراسات الحالة

   • حمأة إهداء النفايات المشتركة : الخلط يحسن نسبة C/N ، وزيادة محصول الميثان بنسبة 24-47 ٪ ؛ الفحم الحيوي يقلل من انبعاثات الأمونيا في الزراعة.
   • التعايش الصناعي : يجمع Strass WWTP من النمسا بين هضم الحمأة/نفايات الطعام ، مما يولد الغاز الحيوي لـ 70 ٪ من الطاقة النباتية ؛ الفحم الحيوي المستخدم في الزراعة.

3. فوائد

   • كفاءة الطاقة : تحقق أنظمة التحلل الناجح بنسبة 80 ٪ من الطاقة ذات الطاقة الذاتي ، مما يقلل من الحمأة 25142 كيلو واط/100 طن مقابل الحرق.
   • حياد الكربون : أنظمة مقترنة تقلل من انبعاثات غازات الدفيئة (تقليل CO₂ 30-50 ٪) ؛ Sequesters BioChar 0.5–1.2 طن معاداة CO₂/TON.

六. التحديات والاتجاهات المستقبلية

1. التحديات

   • حواجز التكلفة : تكاليف التشغيل المرتفعة (الجافة) والتكاليف الرأسمالية (الرطب).
   • التقييس : يجب أن تتوافق سلامة الفحم الحيوي لمعايير مثل GB/T 24600-2008.

2. مسارات الابتكار

   • السيطرة الذكية : تحسين معلمات الانحلال الحراري (درجة الحرارة ، وقت الإقامة).
   • الأنظمة الهجينة : دمج توليد الطاقة HTC AD Syngas لاستعادة الطاقة العالية.

يناسب الانحلال الحراري الجاف تقليل الحمأة واسعة النطاق واستعادة الطاقة ، بينما تتفوق HTC في معالجة الحمأة العالية. دمجها مع الهضم اللاهوائي يخلق أنظمة "طاقة" حلقة مغلقة ، وتحويل إدارة الحمأة من التخلص إلى تجديد الموارد .