李黎杰，田輝，顏廷山，李旭東，石曉東，程益峰

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

1 我國(guó)污泥處理處置現(xiàn)狀及處理方法

目前，我國(guó)的污泥處理處置中污泥農(nóng)用約占44.8%，填埋約占31.0%，其他處置約占10.5%，尚未處置的約占13.7%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市污水處理廠用于污泥處理處置的投資占總投資的20%～50%［1］。

由于我國(guó)污水處理廠建設(shè)存在嚴(yán)重的“重水輕泥”現(xiàn)象，導(dǎo)致污泥處理處置處于嚴(yán)重滯后狀態(tài)，80%污水處理廠建有污泥的濃縮脫水設(shè)施；80%污泥沒(méi)有得到穩(wěn)定化處理處置［2］。

隨著許多大中型污水廠的建設(shè)，一個(gè)中等規(guī)模的城市，每天產(chǎn)生幾百?lài)嵣踔辽锨嵉奈勰嘈枰暹\(yùn)和處理，而隨著城市化的進(jìn)程原來(lái)用于消納污泥的農(nóng)田變成了城區(qū)，現(xiàn)有的垃圾填埋場(chǎng)也無(wú)法處理高含水率的污泥。污泥處理的難題在一些大中城市開(kāi)始出現(xiàn)，并向小城市蔓延。

2 溫州污泥干化焚燒項(xiàng)目

2.1 建設(shè)規(guī)模及工藝設(shè)計(jì)

污泥來(lái)自溫州市某污水處理廠，濕污泥設(shè)計(jì)處理量為240 t/d，濕污泥含水率為75%～82%。采用2條生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行處理，每條線(xiàn)處理能力為120 t/d。處理工藝為半干化+焚燒。

項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 污泥干化系統(tǒng)

利用焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽對(duì)污泥進(jìn)行干化處理，降低污泥的含水率，提高污泥熱值，減少在焚燒過(guò)程中輔助燃料的添加，降低運(yùn)行成本。同時(shí)對(duì)干化過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過(guò)洗滌塔凈化后大部分作為熱載體回用，其余的進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。作為熱源的水蒸氣經(jīng)過(guò)干燥機(jī)后成為冷凝水，輸送至鍋爐除氧器進(jìn)行回用。污泥干化工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污泥干化工藝流程

2.1.2 污泥焚燒系統(tǒng)

根據(jù)污泥焚燒的特點(diǎn)，采用回旋流型流化床焚燒爐對(duì)污泥進(jìn)行焚燒。焚燒爐處理污泥為含水率30%的干污泥和含水率80%濕污泥的混合物，混合后污泥含水率為50%。工業(yè)燃煤通過(guò)煤上料系統(tǒng)進(jìn)入流化床內(nèi)，作為輔助燃料在爐內(nèi)焚燒。焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱回收系統(tǒng)。

一次風(fēng)來(lái)自污泥倉(cāng)臭氣及新鮮空氣，并設(shè)置蒸汽加熱式一次風(fēng)空氣預(yù)熱器，在污泥熱值較低或含水率較高時(shí)將流化空氣預(yù)熱至120℃，以提高入爐熱量，減少輔助燃料添加量。

二次風(fēng)來(lái)自干化系統(tǒng)的部分洗滌載氣，不足時(shí)補(bǔ)充新鮮空氣。二次風(fēng)機(jī)提供的二次風(fēng)保證爐內(nèi)燃料的完全燃燒，二次風(fēng)沿爐膛高度分層送入焚燒爐中部的燃盡室，保證充分燃燒。

本爐采用分段進(jìn)風(fēng)，一次風(fēng)占總風(fēng)量的80%～90%，經(jīng)燃燒室底部風(fēng)帽送入，二次風(fēng)占總風(fēng)量的10%～20%。保證燃燒設(shè)備始終在低過(guò)量空氣系數(shù)下運(yùn)行，以抑制NOx的生成。一、二次風(fēng)總管上均設(shè)有氣動(dòng)風(fēng)門(mén)，運(yùn)行時(shí)可調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)比來(lái)適應(yīng)煤種和負(fù)荷變化需求。

2.1.3 煙氣凈化系統(tǒng)

通過(guò)在焚燒爐內(nèi)加石灰石的方式脫除煙氣中的部分酸性氣體。余熱鍋爐后煙氣凈化系統(tǒng)采用爐內(nèi)脫酸系統(tǒng)+半干法脫酸系統(tǒng)+膨脹反應(yīng)器+袋式除塵的工藝流程，確保煙氣排放滿(mǎn)足或優(yōu)于國(guó)內(nèi)相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)。

首先，煙氣進(jìn)入半干脫酸塔，與噴射出的吸收劑（石灰漿液）充分混合，煙氣中的酸性氣體與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而得到去除，少量粉塵落入塔底部經(jīng)過(guò)灰斗排出。接著煙氣進(jìn)入膨脹反應(yīng)器，與噴入的石灰干粉接觸反應(yīng)。通過(guò)石灰干粉除去煙氣中的剩余酸性氣體；在進(jìn)入布袋除塵器前的煙道上，噴入活性炭粉末，通過(guò)活性炭吸附煙氣中的污染物（主要是二惡英類(lèi)物質(zhì)、重金屬Hg等），然后進(jìn)入布袋除塵器。最后，引風(fēng)機(jī)后設(shè)置在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行檢測(cè)，以便調(diào)整工藝參數(shù)，保證煙氣達(dá)標(biāo)。經(jīng)過(guò)凈化的達(dá)標(biāo)煙氣由引風(fēng)機(jī)引出，進(jìn)入煙囪高空排放。

2.1.4 余熱利用系統(tǒng)

余熱鍋爐主要用于回收焚燒煙氣的余熱。采用雙鍋筒縱向布置，自然循環(huán)，彈性布置結(jié)構(gòu)，鍋爐受熱面受熱時(shí)能夠自由膨脹，保證鍋爐安全運(yùn)行。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽分別送往干燥機(jī)、一次風(fēng)預(yù)熱器、除氧器等。

2.1.5 灰渣處置系統(tǒng)

該項(xiàng)目產(chǎn)生的飛灰、爐渣分別輸送、運(yùn)輸、儲(chǔ)存。

焚燒爐的出渣經(jīng)過(guò)水冷渣斗、冷渣器水冷后由不燃物輸送機(jī)送往振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，篩出的石英砂由砂提升機(jī)送回焚燒爐循環(huán)使用，灰渣由輸送機(jī)輸送至灰渣間進(jìn)行儲(chǔ)存。余熱鍋爐、省煤器、半干脫酸塔產(chǎn)生的飛灰采用裝袋后外運(yùn)的處理方式。布袋除塵器產(chǎn)生的飛灰采用氣力輸送設(shè)備至飛灰儲(chǔ)倉(cāng)，然后裝袋外運(yùn)。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2.1 污泥干化系統(tǒng)

污泥干化系統(tǒng)包括干燥機(jī)、載氣洗滌塔、循環(huán)風(fēng)機(jī)等。

系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)槳葉式干化機(jī)。單臺(tái)干燥機(jī)處理量為100 t/d，傳熱面積200 m2，功率74 kW。污泥在達(dá)到含水率30%，溫度約90℃時(shí)完成干化，然后送至流化床焚燒處理。

載氣洗滌塔內(nèi)徑Φ1.4 m×6 m，鋼制，2套。

循環(huán)風(fēng)機(jī)2臺(tái)，功率15 kW，流量4 100 m3/h，全壓5 600 Pa。

2.2.2 污泥焚燒系統(tǒng)

污泥焚燒系統(tǒng)主要設(shè)備：污泥斗式提升機(jī)、污泥給料機(jī)、地下油罐、輸油泵、燃燒器、焚燒爐、風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)預(yù)熱器等。

根據(jù)污泥焚燒的特點(diǎn)，采用2臺(tái)回旋流型流化床焚燒爐對(duì)污泥進(jìn)行焚燒。單臺(tái)處理量50 t/d，設(shè)計(jì)負(fù)荷適應(yīng)范圍為50%～110%，即單臺(tái)處理量變化范圍為25～55 t/d。爐床面積7.2 m2。工作溫度為600～850℃；

2.2.3 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)包括爐內(nèi)脫酸系統(tǒng)、半干法脫酸系統(tǒng)、膨脹反應(yīng)器、袋式除塵器。各段的功能及設(shè)計(jì)污染物去除率見(jiàn)表2。

2.2.4 余熱利用系統(tǒng)

余熱利用系統(tǒng)包括余熱鍋爐、省煤器、給水泵、分汽缸和鍋爐排污擴(kuò)容器、除氧器、除氧器水泵等。余熱鍋爐參數(shù)：鍋爐蒸汽壓力0.8 MPa；鍋爐蒸汽溫度175℃；鍋爐蒸汽量4.7 t/h；鍋爐入口煙氣溫度860℃；鍋爐出口煙氣溫度220℃。

2.2.5 灰渣處理系統(tǒng)

本焚燒系統(tǒng)灰渣源及產(chǎn)生量見(jiàn)表3。

表2 煙氣凈化系統(tǒng)功能及設(shè)計(jì)污染物去除率

表3 灰渣源及產(chǎn)生量

單條焚燒線(xiàn)收集飛灰量為576 kg/h，年飛灰量為4 320 t；整個(gè)系統(tǒng)的排放灰總量1 152 kg/h，年飛灰量為8 640 t。

2.3 技術(shù)核心問(wèn)題

2.3.1 熱源選擇

一般城市污水處理廠未經(jīng)消化的新鮮脫水污泥，其干燥基低位發(fā)熱量為10 500～14 700 kJ/kg。因此當(dāng)污泥含水率高于70%時(shí)，一般需要加輔助燃料才能維持焚燒爐的燃燒溫度［3］。在污泥干化焚燒系統(tǒng)中，焚燒系統(tǒng)的余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可為干化系統(tǒng)提供熱源，但僅僅使用該熱源，難以滿(mǎn)足干化系統(tǒng)的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，熱源可以通過(guò)向焚燒爐中摻煤、添加柴油或者采用廢熱熱泵干燥等形式。以溫州項(xiàng)目為例，污泥含水率設(shè)計(jì)值為80%，低位發(fā)熱值為9 223 kJ/kg，焚燒產(chǎn)生的熱值難以維持干燥機(jī)所需熱量，故通過(guò)向流化床焚燒爐摻煤的方式解決熱源不足的問(wèn)題。

2.3.2 焚燒系統(tǒng)進(jìn)料污泥的含水率

進(jìn)入焚燒系統(tǒng)的污泥含水率越低，則熱值越高，產(chǎn)生熱量越高，需要添加的煤量越少。污泥干化系統(tǒng)出口污泥的含水率越高，則干化系統(tǒng)需要的熱量越小。因此，需要通過(guò)熱平衡計(jì)算確定最佳焚燒系統(tǒng)進(jìn)料污泥的含水率。以溫州項(xiàng)目為例，進(jìn)入污泥焚燒系統(tǒng)的混合污泥含水率為50%。

2.4 運(yùn)行成本

以溫州項(xiàng)目為例，污泥干化焚燒工程運(yùn)行成本主要包括原材料的消耗（石灰石、消石灰、活性炭）、燃料和動(dòng)力費(fèi)（柴油、煤、電、水）、人員成本、維修費(fèi)、飛灰處理費(fèi)、污水處理費(fèi)、管理費(fèi)等。濕污泥的處理成本在200～400元/t。

3 問(wèn)題與建議

1）在現(xiàn)有燃煤鍋爐上直接摻燒污泥。目前部分城市，嘗試將不超過(guò)總?cè)剂狭?0%的濕污泥直接摻入循環(huán)流化床燃煤鍋爐中混燒。由于污泥組分復(fù)雜，污泥中的有害組分會(huì)導(dǎo)致尾部受熱面腐蝕和二次污染物的潛在排放，對(duì)原有電廠運(yùn)行和周邊環(huán)境造成影響。此外，這種方式污泥處理量不能太大，對(duì)于污泥產(chǎn)生量多的城市難以滿(mǎn)足要求。目前尚無(wú)相應(yīng)的污泥燃煤鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)，從環(huán)境保護(hù)和能源利用綜合考慮，目前的研究積累還不足以支撐大規(guī)模工業(yè)性推廣活動(dòng)，只能在個(gè)別項(xiàng)目中因地制宜，謹(jǐn)慎實(shí)施。

2）來(lái)料污泥脫水不到位。從溫州項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，來(lái)料污泥脫水不到位是影響污泥干化焚燒項(xiàng)目處理處置成本的關(guān)鍵原因。大多數(shù)污水處理廠僅重視凈化水的指標(biāo)參數(shù)是否滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范的要求，而忽視所產(chǎn)生污泥的品質(zhì)是否滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。例如污泥的含水率、礦物油脂含量等指標(biāo)大部分污水處理廠無(wú)法達(dá)到，這將大大增加了污泥處理處置的難度。因此，建議對(duì)污水處理廠產(chǎn)生的污泥進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理。

3） 缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的污泥焚燒系統(tǒng)。目前已經(jīng)運(yùn)行的污泥處理系統(tǒng)中，通常的污泥干化設(shè)備有傾斜槳葉式干燥機(jī)、中溫帶式干燥機(jī)、流化床低溫干化機(jī)等，對(duì)污泥進(jìn)行干化。設(shè)備投資高，運(yùn)行成本為200～300元/t，我國(guó)大部分城市財(cái)政難以支撐；而目前國(guó)內(nèi)還缺乏系統(tǒng)成熟的技術(shù)和設(shè)備，未能形成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。因此，限制了我國(guó)污泥焚燒技術(shù)的提高和發(fā)展。

4）加強(qiáng)對(duì)污泥焚燒飛灰屬性的研究。生活垃圾焚燒爐的飛灰被認(rèn)定為危險(xiǎn)廢物，而污泥焚燒飛灰的毒性，應(yīng)進(jìn)行充分的研究后再進(jìn)行定義。

［1］杭世珺，劉旭東，梁鵬.污泥處理處置的認(rèn)識(shí)誤區(qū)與控制對(duì)策［J］.中國(guó)給水排水，2004，20（12）：89-92.

［2］陳其東.徐州市區(qū)污水處理廠污泥干化焚燒發(fā)電處置研究［J］.科技致富向?qū)В?012（3）：253-254.

［3］萬(wàn)長(zhǎng)泰.污泥干化焚燒處置在城市污水處理廠的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2011（5）：200-205.