一：什么是污泥碳化
將市政生化污泥中的細胞裂解，強制脫出污泥中水分，使污泥中碳含量比例大幅度提高的過程叫做污泥碳化。由于生化污泥中大量生物細胞的存在，采用機械方法將其中的水分脫出十分困難，若將其中的細胞破解，其中的固體物質和水分將很容易分離。脫水后的污泥碳化物含水量極小，發熱值相對較高，孔隙率大，松散，黑色，與煤炭外觀極為相似。
日本在最初研究時，將這種處理技術稱為“炭化”，示意處理后的生物質固體有如木炭一般。歐美等國在最初研究時，使用了“Carbonization”一詞，譯為“碳化”，后來日本的資料中也多采用“碳化”代替“炭化”。學術界將此項技術歸為“熱分解”或“裂解”，英文均為Pyrolysis。
二：污泥碳化發展的歷史
早在上世紀80年代，美國、加拿大和日本的科學家就開始了污泥碳化的研究。1980年，加拿大曾經建設了一個每天可處理25噸污泥的碳化試驗工廠；1986年，日本通產省開展了污泥碳化的研究；1978至1990年間，美國有許多關于污泥碳化的專利。上世紀90年代，美國、日本、澳大利亞等國相繼研發出各種各樣的污泥碳化裝置。2000年以后日本的高溫碳化技術和美國的低溫碳化技術已經相繼成熟。各種各樣的生產性裝置相繼投入運行。2008年10月，美國Enertech公司在加州Rialto建設了日處理能力達到750噸脫水污泥的低溫碳化廠。
中國在2000年以前目前還沒有一個真正的污泥熱分解試驗裝置。1996年，何品晶，顧國維，紹立明等人就曾經在《中國環境科學》雜志上介紹過污泥熱分解技術。在這之后，武漢工業大學和上海同濟大學均在試驗室中進行過污泥熱分解的試驗。試驗結果與目前國外幾個廠家所得出的結論基本相同
2005年，日本高溫碳化技術開始在中國幾個大城市宣傳和推廣，但由于當時污泥處置問題在各個城市中尚未得到高度重視，加之高溫碳化設備價格高昂，技術推廣在中國受阻。2012年初，采用日本高溫碳化技術，日處理能力為10噸脫水污泥的生產線在武漢正式投產運行。
2006年，天津機電進出口有限公司開始了污泥低溫碳化的研究。2009年3月，日處理能力為5噸脫水污泥的生產線通過了天津科學技術中心的鑒定。2010年，山西國際能源集團與天津機電成立了以推廣污泥低溫碳化技術為主要目標的正陽環境工程有限公司，天津機電以污泥低溫碳化技術入股。山西國際能源自有污水處理廠9座，2010年6月，山西國際能源決定在其自有的晉中市第二污水處理廠內建設一座日處理脫水污泥100噸的污泥低溫碳化車間，并得到山西省發改委的批準和部分資助。2011年8月，中國第一座采用污泥低溫碳化技術的污泥處置工廠正式運行。2012年10月，該項目通過了山西省發改委組織的晉中市城區污泥處置試點工程項（污泥低溫碳化技術）后評價會議。
三：晉中污泥低溫碳化工程的成果
項目概況：
項目名稱：晉中市城區污泥處置試點工程
項目建設單位：山西正陽污水凈化有限公司（國際能源全資控股）
工程規模：100噸脫水污泥/天
項目地點：山西省晉中市第二污水處理廠內
占地面積：1500平方米（其中車間占地864平方米）
開工日期：2010年12月
完工日期：2011年6月
投入運行：2011年8月
經濟指標：
項目概算：3591萬元
運行費：126元/噸濕污泥（燃煤），180元/噸濕污泥（燃天然氣）
其中：
若采用煤炭合計：35元
若采用天然氣合計：89元
電力合計：32元
藥劑合計：28元
人工及管理：31元
技術指標：
進水污泥含水率：80%±5%
碳化脫水后含水率：50%以下
碳化物烘干后含水率：30%以下
低位發熱值
原始脫水污泥：1.74MJ/kg（415大卡/kg，一般400~500大卡/kg）
裂解脫水污泥：9.01MJ/kg（2152大卡/kg，一般2000~2200大卡/kg）
裂解烘干污泥：12.16MJ/kg（2904大卡/kg，一般2500~3000大卡/kg）
碳化后污泥脫水裂解液指標（回流至污水處理廠反硝化段）：
BOD5：8950mg/L
COD：19200mg/L
TN：1810mg/L
TP：199mg/L
其他指標：
臭氣排放：合格
煙氣（硫）：合格
煙氣（顆粒）：合格
四：污泥低溫碳化工藝原理
污泥低溫碳化的原理非常簡單，由于市政污水處理廠多數采用活性污泥法處理污水，剩余污泥脫水后，內部含有大量的生物細胞，機械方法很難將其中與細胞有聯系的水分脫出。污泥低溫碳化就是采用低溫（300℃以下），中壓（10MPa以下），將污泥中的細胞裂解，裂解后的污泥再次脫水，水分很容易脫出，使污泥含水率降至50%以下。脫出水后的污泥樣似砂狀，很容易干燥，強制風干可使含水率進一步降低至30%以下，自然風干（3-5天）含水率可達10%以下。
含水約80％的污泥首先切碎，進入高壓泵，經過預熱和加熱進入反應釜，在反應釜反應一定時間后，就變成了裂解液，污泥從原來的半固體狀態變成了液態。液態裂解液經普通脫水裝置即可將其中75％的水分脫出，達到含水率50％，體積減小為原來的40％以下。如果脫水后的污泥進一步烘干，即可達到含水率30%以下。
污泥低溫碳化原理很簡單，做一個污泥低溫碳化試驗很容易，很多大學的實驗室都可以完成。但由于污泥的粘稠度很高，流動性很差，要制作一套連續運行的系統，絕非易事。污泥低溫碳化的許多專利和技術，大部分都是在解決污泥流動性的問題。晉中市第二污水處理廠的污泥低溫碳化系統就是在解決了污泥流動性問題的基礎上完成的
污泥中有多種雜質，對設備的損害很大，一些堅硬的雜質（如石塊、金屬），會造成設備的快速磨損。污泥低溫碳化工藝中使用了許多加壓泵、閥門和換熱器。在項目的實施過程中，通過制造廠家的通力協作，在一些關鍵設備中，設計了許多過濾設備和耐磨材質，使得設備的磨損問題得到了很好的解決，設備得以長期連續運行。
六：污泥低溫碳化技術的前景
污泥低溫碳化是一種低成本污泥處理技術，它的低成本體現在兩個方面。一方面是投資成本低，由于它的技術簡單、工藝流程短，工藝中使用的絕大部分設備為中國目前已經非常成熟的化工設備（如換熱器，反應釜，柱塞泵等），使得該技術的投資大大減少；另一方面是運行成本低，通過連續運行中的熱量回收，污泥實際的凈升溫不超過100℃，整個工藝中污泥中的水分不蒸發，避免了蒸發熱所需要的大量能量。
污泥低溫碳化工藝占地面積很小，與污水處理廠原有的脫水機房相當。這就為在污水處理廠內進行污泥處置創造了條件。
污泥低溫碳化技術的前景有如下幾個方面：
（1）取代傳統工藝，獨立實現污泥的處理和處置；
（2）作為干化、焚燒和堆肥的前處理工藝，用很低的投資和很小的運行費用首先將污泥總體積減少60%，極大的降低了污泥處置的總投資和運行成本；
（3）該技術可以應用于對其他類似的生物質固體的處理，例如秸稈，椰殼等。
