季文君（上海市安裝工程集團(tuán)有限公司， 上海 200080）

隨著上海市石洞口污泥焚燒項(xiàng)目的建設(shè)完成，隨之而來(lái)的就是對(duì)生產(chǎn)線的性能考核。經(jīng)過(guò)負(fù)荷調(diào)試確認(rèn)處理能力可達(dá)到額定處理量后，通過(guò)干燥系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)的每條單線連續(xù) 168 h 額定負(fù)荷運(yùn)行，確認(rèn)處理能力能夠滿足設(shè)計(jì)能力并達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行。考核項(xiàng)目包括處理量、排放污染源、噪聲、惡臭等。對(duì)排煙尾氣等的在線監(jiān)測(cè)及取樣結(jié)果，也需滿足各種規(guī)定值。為完成以上考核指標(biāo)，其中污泥樣本的含水率、成分等因素是十分關(guān)鍵的。本文將對(duì)污泥成分、含水率、灰渣成分等要素指標(biāo)的檢測(cè)分析展開闡述。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目為上海石洞口污水處理廠污泥處理二期工程，設(shè)計(jì)污水處理規(guī)模為 40 萬(wàn) m3/d。廠區(qū)主要分為污水處理區(qū)、污水深度處理區(qū)、 污泥完善工程區(qū)域和廠前區(qū)。本期工程基本的污泥濃縮脫水處理量是 20 t/d（干污泥），污泥干化處理量 20 t/d（干污泥），污泥焚燒處理量 128 t/d（干污泥）。為充分確保污泥處理效果，在工程項(xiàng)目規(guī)劃上，涵蓋了污泥脫水、干化、焚燒、煙氣處理等，以及與之配套的設(shè)施。

針對(duì)污泥焚燒生產(chǎn)線的處理能力和處理效果，主要涉及的污泥要素指標(biāo)是化學(xué)成分、含水率和焚燒后的灰渣成分。通過(guò)此 3 項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)分析，對(duì)項(xiàng)目成果的評(píng)價(jià)將是至關(guān)重要的。

2 檢測(cè)污泥成分來(lái)選擇污泥焚燒工藝

試驗(yàn)所選污泥樣品中，化學(xué)元素包括硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉、錳、硫、鈦、磷等構(gòu)成的化學(xué)成分。石洞口污泥廠污泥中化學(xué)成分等含量水平相對(duì)較低，滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)、水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)等相關(guān)泥質(zhì)的要求。污泥中的有機(jī)成分復(fù)雜，含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、洗滌劑、礦物油、氨基酸腐殖質(zhì)、各種含氮含硫物質(zhì)、維生素、寄生蟲和致病微生物等。污泥中的無(wú)機(jī)物主要由礦物鹽（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨鹽等）、石灰（干 CaO或含水的 Ca(OH)2等）、砂（SiO2）和灰分組成。

采用固化[1]、火焰原子吸收光譜法[2]等試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定污泥樣品中化學(xué)成分等數(shù)據(jù)。首先稱取 0.5 g 的污泥樣品置于瓷坩堝中，放入電爐上低溫炭化至其不冒煙，然后轉(zhuǎn)入箱式電阻爐中進(jìn)一步灰化（若測(cè)定 Cd、Cr、Pb、Ni等化學(xué)元素時(shí)應(yīng)選擇 450 ℃ 灰化 6 h）。取出待冷卻后，轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯容器中，用 2 mL 蒸餾水潤(rùn)濕殘?jiān)来渭尤?2 mL HNO3、1 mL HF，待混合均勻后在電爐上加熱將試樣水分及溶液蒸發(fā)掉。用 3 mL HNO3溶解蒸發(fā)后的殘?jiān)o置 20 min，加入20 mL 蒸餾水，將其加熱至沸騰，冷卻后用濾紙過(guò)濾，再轉(zhuǎn)至 100 mL 容量瓶中定容。根據(jù)化學(xué)元素的不同，采用對(duì)應(yīng)的空心陰極燈，并將本次測(cè)定的污泥樣品作溶解處理，并對(duì)溶液噴入火焰，從而實(shí)現(xiàn)污泥中化學(xué)元素吸光度的測(cè)定，并取 3 次的平均值，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，從而得到對(duì)應(yīng)的化學(xué)成分濃度。

2016 年 6 月-2017 年 10 月，經(jīng)檢測(cè)的石洞口污水廠污泥樣本化學(xué)成分如表 1 所示。

表 1 石洞口污水廠污泥樣本化學(xué)成分表 單位：%

對(duì)表 1 中數(shù)據(jù)分析，石洞口污水廠污泥灰成分中 SiO2的比例最高，最高值為 54.19%，平均值為 46.98%。通過(guò)以上數(shù)據(jù)最終確定采用干化焚燒技術(shù)并采用月島機(jī)械株式會(huì)社的專有工藝，利用槳葉干燥機(jī)＋流化床干化焚燒系統(tǒng)處理污泥，然后利用尾氣處理工藝達(dá)到無(wú)害化目的。污泥干化焚燒系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示。

圖 1 污泥干化焚燒系統(tǒng)示意圖

3 污泥焚燒前含水率檢測(cè)

污泥焚燒前的含水率對(duì)實(shí)際污泥焚燒過(guò)程中焚燒工藝的控制起著重要的作用。污泥含水率的穩(wěn)定有利于控制污泥焚燒的溫度、節(jié)省能源的消耗以及更加充分的燃燒，有助于減少有害物質(zhì)的殘留。利用含水率測(cè)定儀進(jìn)行污泥含水率測(cè)定。

先校正水分快速測(cè)定儀（精科天美水分測(cè)定儀），后清零稱量托盤，依次稱取 10 g、8 g、6 g、4 g、2 g 稀釋污泥(樣本-1、樣本-2、樣本-3、樣本-4、樣本-5)或脫水污泥均勻平鋪在托盤上，脫水污泥應(yīng)預(yù)先破碎至顆粒度≤3 mm。在105 ℃ 條件下開始測(cè)定，5 min 記錄一次儀器顯示的揮發(fā)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，直到儀器自動(dòng)顯示測(cè)定完畢。此時(shí)，記錄最終污泥水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。最終污泥水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)減去揮發(fā)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算得到污泥蒸發(fā)過(guò)程中的瞬時(shí)含水率。為驗(yàn)證本方法測(cè)定值的準(zhǔn)確度，單獨(dú)取 2 g 上述不同類型污泥為研究標(biāo)本，采用國(guó)標(biāo)法作為依據(jù)進(jìn)行測(cè)定比較。單個(gè)樣品需重復(fù)測(cè)定 4 次，根據(jù)烘干前后的污泥質(zhì)量差計(jì)算污泥的含水率。石洞口污泥廠污泥樣本含水率記錄見表 2 。

表 2 石洞口污泥樣本含水率記錄表 單位：%

石洞口污水廠污泥通過(guò)始端污泥泵輸送至儲(chǔ)泥池，之后經(jīng)過(guò)污泥脫水單元處理后，含水率降至 80%，送至污泥干化焚燒單元處理。污泥干化機(jī)出口含水率 30% 能夠基本確保污泥自持焚燒，最大限度降低低熱值工況的輔助燃料添加量，從而減低了天然氣、燃油等能源的消耗，大大節(jié)省了經(jīng)濟(jì)開支。

4 污泥焚燒后的灰渣成分檢測(cè)

污泥焚燒后的灰渣成分檢測(cè)[3]是為了更好地區(qū)分一般灰渣和有害灰渣，從而可以利用無(wú)害的灰渣進(jìn)行二次利用。利用微波消解儀進(jìn)行灰渣成分檢測(cè)。

（1）取 0.5 g 灰渣?；以夥椒ú捎盟乃嵯夥ǎ馊萜鞑捎?50 mL 的特氟龍坩堝，完成后再趕酸，趕酸后用 2% 稀硝酸溶液進(jìn)行定容，待測(cè)。

（2）浸出毒性分析方法。依照環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HJ/T 300-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》對(duì)焚燒 60 min 后的灰渣進(jìn)行化學(xué)成分浸出毒性分析，并將主要化學(xué)成分浸出濃度與 GB 16889-2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行比對(duì)。

（3）采用原子熒光光度計(jì)，分析測(cè)試灰渣中的化學(xué)成分 Hg、AS，其他化學(xué)成分采用 ICP-OES （電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀）進(jìn)行測(cè)定。

通過(guò)上述三步后，得出灰渣成分檢測(cè)結(jié)果。具體結(jié)果表明，污泥經(jīng)焚燒后化學(xué)成分 Hg 全部揮發(fā)，灰渣中基本無(wú)殘留；化學(xué)成分 As、Cd、Pb 揮發(fā)率均隨污泥焚燒時(shí)間的加長(zhǎng)逐漸增大，焚燒 60 min 之后，As、Cd、Pb 殘留率分別為2.14%、6.61%、11.84%。Co、Mn、Ni、Zn、Cu、Sb、Sn 7 種化學(xué)成分的揮發(fā)率較低，且焚燒時(shí)間的加長(zhǎng)對(duì)揮發(fā)率的影響較小，焚燒60 min后，殘留率分別為 38.11%、38.87%、40.87%、43.61%、49.91%、62.22%、52.70%；難揮發(fā)化學(xué)成分如 Cr、Fe，焚燒 60 min 后化學(xué)成分殘留率分別為 86.91%、77.53%，化學(xué)成分的單位含量明顯高于污泥中相應(yīng)化學(xué)成分單位含量，出現(xiàn)化學(xué)成分累積現(xiàn)象。檢測(cè)的石洞口污水廠污泥灰渣樣本中的化學(xué)元素含量如表 3 所示。

表 3 石洞口污水廠污泥灰渣中不同時(shí)間檢測(cè)出的化學(xué)元素含量 單位：mg/kg

根據(jù)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)和焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)有焚燒工藝的工程經(jīng)驗(yàn)，灰渣和靜電除塵器飛灰為一般固體廢物，可外運(yùn)作為建材利用或填埋，而布袋除塵器飛灰以及廢棄的布袋，可能其中會(huì)含有部分重金屬或二噁英，建議將此部分飛灰按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定。

5 結(jié) 語(yǔ)

研究通過(guò)取用石洞口污泥廠污泥樣品，采用含水率測(cè)定法測(cè)定了污泥的含水率，在污泥廠建設(shè)完成后的 168 h 的穩(wěn)定性性能測(cè)試中起到了非常重要的作用。干化后的污泥通過(guò)螺旋輸送帶傳輸?shù)椒贌隣t后進(jìn)行燃燒，如果含水率不穩(wěn)定將使得焚燒率的溫度難以穩(wěn)定控制。如含水率過(guò)高，焚燒爐的溫度會(huì)被水分帶走，溫度降低后有害物質(zhì)也無(wú)法完全燒掉，還會(huì)啟動(dòng)輔助燃燒器，增加天然氣的消耗；如果含水率過(guò)低，則焚燒爐會(huì)出現(xiàn)瞬間爆燃而出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。所以污泥的含水率指標(biāo)是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的指標(biāo)，必須每日檢測(cè)污泥樣品。

依據(jù)工程案例做的污泥焚燒特性試驗(yàn)，灰渣粒徑分布主要集中在 2～50 mm 的范圍內(nèi)，基本符合集料、碎石、礫石等工程所需建材的級(jí)配要求?；以校芙恹}含量較低，為 0.8%～1.0%，因此爐渣處置時(shí)，地下水被溶解鹽污染的可能性較小。

爐渣酸堿度的緩沖能力較強(qiáng)，初始酸堿度在 11.5 以上，對(duì)重金屬的浸出能有效抑制。因此，灰渣用于建筑材料中，能提高環(huán)保資源的利用率。