王 成，陳柏校，夏玉坤，洪根惠，李 林

（杭州國(guó)泰環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，杭州 311200）

污泥的無(wú)害化處置一直是污水處理廠及環(huán)境領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。2021年6月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》，提出2025年城市污泥無(wú)害化處置率至少達(dá)到90%?，F(xiàn)階段，我國(guó)污泥處置技術(shù)以填埋、土地利用和焚燒為主。污泥填埋處置存在污染周邊土壤和地下水的風(fēng)險(xiǎn)，加上土地資源日趨緊缺，其逐步被淘汰。隨著污泥土地利用風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)的提高，加之市場(chǎng)消納能力非常有限，污泥的土地利用也穩(wěn)步減少。以焚燒為主的污泥熱處理技術(shù)具有減量化和無(wú)害化程度高、資源化綜合利用率高的優(yōu)點(diǎn)，受到各地的重視。

國(guó)內(nèi)廠商在爐溫控制、爐體防腐、煙氣處理等關(guān)鍵技術(shù)上取得長(zhǎng)足進(jìn)步，污泥焚燒裝備的國(guó)產(chǎn)化率顯著提高，其投資和運(yùn)行成本也逐步降低，市場(chǎng)接受度穩(wěn)步提升。低碳綠色的污泥處置技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向，現(xiàn)有污泥焚燒技術(shù)還有較大提升空間。本文分析了國(guó)內(nèi)外污泥焚燒技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以期提出符合碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的污泥處置技術(shù)方案。

1 污泥焚燒技術(shù)

污泥熱處理以污泥單獨(dú)或協(xié)同焚燒為主，是發(fā)達(dá)國(guó)家的主流污泥終端處置方法。目前，荷蘭的污泥均采用熱處理處置，瑞士97%、比利時(shí)89%、德國(guó)70%的污泥采用熱處理處置。我國(guó)污泥焚燒技術(shù)起步較晚，近年來(lái)發(fā)展迅速。E20 環(huán)境平臺(tái)數(shù)據(jù)顯示，2019—2021年我國(guó)新建污泥處置項(xiàng)目中，采用污泥焚燒工藝的占比高達(dá)70%左右。根據(jù)污泥在焚燒爐中的占比，污泥焚燒分為單獨(dú)焚燒和協(xié)同焚燒兩種。單獨(dú)焚燒中，污泥是主要熱源，進(jìn)料中污泥的質(zhì)量比通常大于85%；協(xié)同焚燒中，污泥的摻燒比常保持在5%～15%，污泥熱值對(duì)總體焚燒貢獻(xiàn)有限。

1.1 污泥單獨(dú)焚燒

根據(jù)前處理工藝的種類，污泥單獨(dú)焚燒可分為直接焚燒、半干化焚燒和全干化焚燒。常規(guī)機(jī)械脫水后，污泥含水率為80%左右，含水率仍較高，污泥熱值低，一般很難達(dá)到要求，直接焚燒過(guò)程須添加輔助燃料。因此，通過(guò)干化或深度脫水等技術(shù)將污泥含水率降至小于50%是污泥單獨(dú)焚燒、協(xié)同焚燒等后續(xù)多種處置利用途徑實(shí)施的必要前提。常用的污泥半干化焚燒工藝通過(guò)外加熱源對(duì)機(jī)械脫水后含水率80%左右的污泥進(jìn)一步干化脫水，使得污泥含水率降低（30%～40%），再經(jīng)焚燒爐焚燒，其工藝流程如圖1 所示。污泥全干化焚燒工藝與半干化焚燒類似，但污泥干化更加徹底，可將污泥含水率降到小于10%。

圖1 污泥半干化焚燒工藝的簡(jiǎn)易流程

1.2 污泥協(xié)同焚燒

常見污泥協(xié)同焚燒工藝包括水泥窯協(xié)同焚燒、燃煤熱電廠協(xié)同焚燒和垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒。

水泥窯協(xié)同焚燒的灰分能直接作為水泥熟料加以利用，且煙氣余熱用于污泥干化，其具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在環(huán)保和水泥行業(yè)得到極大關(guān)注。截至2018年底，我國(guó)水泥窯協(xié)同焚燒處置污泥的生產(chǎn)線有三四十條。

燃煤熱電廠協(xié)同焚燒是干污泥與煤摻混后直接進(jìn)入鍋爐進(jìn)行焚燒，既可解決污泥的處置問(wèn)題，又能為熱電廠節(jié)省鍋爐燃料，降低發(fā)電成本。但隨著污泥摻燒比例的提高，混合燃料的灰熔點(diǎn)逐漸降低，化合物容易燒結(jié)，受熱面的磨損程度與煙氣流速也受到污泥摻燒比例制約，污泥摻燒比例一般控制在5%以下。

垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒是將污泥與垃圾協(xié)同焚燒，相較于水泥窯協(xié)同焚燒和燃煤熱電廠協(xié)同焚燒，其對(duì)鍋爐的影響較小，運(yùn)行成本較低。但由于垃圾成分變化較大，焚燒過(guò)程溫度控制較難，焚燒灰通常需要按照危險(xiǎn)固廢處置，因而不利于污泥焚燒灰分的資源化利用。

1.3 污泥焚燒技術(shù)體系市場(chǎng)占比

1.3.1 國(guó)外市場(chǎng)占比

德國(guó)各項(xiàng)污泥焚燒技術(shù)的污泥處理量（以干泥計(jì)）及其占比如表1 所示。污泥單獨(dú)或協(xié)同焚燒的總處理量達(dá)到156 萬(wàn)t/a，其中，流化床焚燒爐、燃煤熱電廠協(xié)同焚燒為市場(chǎng)占比最大的兩類技術(shù)，其占比分別達(dá)到43.0%和35.9%。由于德國(guó)新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對(duì)磷的限制，2029年后其垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同焚燒將不復(fù)存在，燃煤熱電廠在2038年前將逐步停止服務(wù)，燃煤熱電廠協(xié)同焚燒的污泥量也會(huì)越來(lái)越少。

表1 德國(guó)各項(xiàng)污泥焚燒技術(shù)的污泥處理量及市場(chǎng)占比

以流化床焚燒爐為主體的污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)是歐洲的主要發(fā)展方向，也是日本、美國(guó)等未來(lái)污泥焚燒項(xiàng)目的主流技術(shù)。隨著污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，污泥熱處理有望成為更多發(fā)達(dá)國(guó)家首選的污泥處置技術(shù)。

1.3.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占比

我國(guó)污泥單獨(dú)焚燒項(xiàng)目大部分采用半干化焚燒工藝，如表2所示。項(xiàng)目1是上海市竹園污泥處理工程；項(xiàng)目2 是上海市石洞口一期污泥處理工程；項(xiàng)目3是上海市石洞口二期污泥處理工程（改造+新建）；項(xiàng)目4 是上海市白龍港污泥處理工程；項(xiàng)目5 是成都市第一城市污水污泥處理廠工程；項(xiàng)目6 是深圳市上洋污泥處理工程；項(xiàng)目7 是溫州市污泥集中干化焚燒工程；項(xiàng)目8 是杭州市蕭山區(qū)4 000 t/d 污泥處理工程，濃縮泥含水率為90%～98%，經(jīng)深度脫水，脫水泥含水率為80%。

表2 國(guó)內(nèi)部分污泥焚燒項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)

干化后，污泥含水率顯著降低，在該含水率下，污泥處理系統(tǒng)能耗較低，污泥容易成塊，便于輸送。 在采用半干化焚燒工藝的污泥單獨(dú)焚燒項(xiàng)目（如上海市竹園污泥處理工程）中，為了避免干污泥黏滯，將干化泥和濕污泥混合，再送入鼓泡流化床焚燒爐燃燒。此外，上海市石洞口一期污泥處理工程采用全干化焚燒工藝，干化后污泥含水率不大于10%；成都市第一城市污水污泥處理廠工程以天然氣輔助濕污泥直接焚燒。

我國(guó)燃煤熱電廠數(shù)量較多，充分利用燃煤熱電廠協(xié)同焚燒污泥將是今后一段時(shí)間內(nèi)解決我國(guó)城市污泥處置難題的有效途徑。此外，杭州市蕭山區(qū)4 000 t/d污泥處理工程采用深度脫水+循環(huán)流化床焚燒爐焚燒工藝，其成功運(yùn)行為我國(guó)污泥處理提供了一種新思路，其有望在更多都市圈集中污泥處置項(xiàng)目中獲得應(yīng)用。

2 污泥熱干化技術(shù)

污泥熱干化技術(shù)出現(xiàn)于20 世紀(jì)50年代，最初用于污泥農(nóng)用處置領(lǐng)域，如生產(chǎn)肥料或土壤改良劑等含水率要求極低的產(chǎn)品。隨著污泥焚燒越來(lái)越多應(yīng)用于污泥的最終處置，熱干化作為一種預(yù)處理方法，用以確保污泥的自持燃燒。目前，市場(chǎng)上有多種形式的污泥干化設(shè)備。在德國(guó)，主流設(shè)備為碟式干燥器和帶式干燥器（見表3），兩者市場(chǎng)占有率分別為33% 和24%。

表3 德國(guó)市場(chǎng)污泥干化設(shè)備處理能力及其占比

污泥熱干化技術(shù)在應(yīng)用中存在3 個(gè)主要難點(diǎn)。一是需要跨越污泥黏滯區(qū)（含水率35%～55%），黏滯污泥難以輸送，極易損壞設(shè)備，干料返混為常用的解決方法。二是易產(chǎn)生粉塵顆粒，有爆炸風(fēng)險(xiǎn)，干燥設(shè)備、干泥輸送設(shè)備及干泥堆場(chǎng)均需要考慮防爆設(shè)計(jì)。三是干化水中含有大量揮發(fā)性污染物，冷凝后需要設(shè)專門污水處理設(shè)施來(lái)控制二次污染，同時(shí)揮發(fā)性污染物的流失減少了污泥熱值，不利于后續(xù)焚燒裝置運(yùn)行。干化過(guò)程的粉塵和臭氣等二次污染物的控制也增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用。目前，對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流的熱干化（將污泥含水率降至35%左右）再焚燒的技術(shù)路線，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步提升。

3 污泥焚燒二次污染控制

3.1 煙氣排放控制

與煤燃燒不同，污泥中約80%的碳都會(huì)以揮發(fā)性物質(zhì)的形式被徹底燃燒，因此，污泥燃燒以揮發(fā)性物質(zhì)的氣態(tài)焚燒占主導(dǎo)。其焚燒過(guò)程的O和CO濃度變化曲線與丙烷-空氣混合物焚燒近似，說(shuō)明理論上污泥焚燒可以非常徹底。德國(guó)的污泥焚燒基本不需要額外的煙氣脫硝設(shè)施，能保證NO控制在150 ～200 mg/m，表明流化床焚燒爐的合理設(shè)計(jì)可以使煙氣達(dá)標(biāo)排放。杭州市蕭山區(qū)4 000 t/d 污泥處理工程的循環(huán)流化床焚燒爐及其后續(xù)煙氣處理單元在實(shí)際運(yùn)行中也取得較好的效果，其多項(xiàng)煙氣排放指標(biāo)低于歐盟煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 灰渣資源化利用

污泥灰分中的SiO、AlO和CaO 可以作為生態(tài)水泥、磚、陶瓷材料和輕質(zhì)骨料的燒結(jié)原料，還可以作為火山灰組分、細(xì)骨料或填充材料等膠結(jié)材料的外加劑，實(shí)現(xiàn)污泥的循環(huán)利用。但是，灰渣資源化利用受市場(chǎng)消納能力限制，實(shí)際運(yùn)行中不能完全滿足污泥焚燒產(chǎn)能需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜合分析了國(guó)內(nèi)外污泥焚燒技術(shù)的工程應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)以流化床焚燒爐為主體的污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)是國(guó)內(nèi)外污泥處置的發(fā)展方向。與主流技術(shù)（熱干化+流化床焚燒爐焚燒）相比，深度脫水+循環(huán)流化床焚燒爐焚燒工藝有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)污泥處理提供了一種新思路。焚燒過(guò)程的煙氣排放控制技術(shù)已發(fā)展得較為成熟，可滿足污泥清潔焚燒的要求，但灰渣資源化利用途徑往往受限，未來(lái)需要開辟更好的應(yīng)用場(chǎng)景。