上海漾沁環(huán)境科技有限公司 吳金武

青浦區(qū)位于上海市西部，太湖下游，黃浦江上游，區(qū)內(nèi)目前共10座污水處理廠，脫水污泥約260噸/日。隨著污水提標(biāo)工程與擴(kuò)建工程的建成投運(yùn)，污泥量將進(jìn)一步增加。污泥干化獨(dú)立焚燒具備自動化程度高、減量化最徹底、最終產(chǎn)物可資源化利用等特點(diǎn)，是污泥處置的幾種方式之一。目前國內(nèi)外已先后成功建成并得到良好運(yùn)行效果的多個污泥干化焚燒項(xiàng)目。本文以青浦區(qū)污泥干化焚燒項(xiàng)目為例，介紹了薄層干化機(jī)干化與鼓泡流化床焚燒工藝技術(shù)特點(diǎn)。

一、工程概況

青浦區(qū)污泥干化焚燒項(xiàng)目位于青浦區(qū)天辰路3100號，占地約55畝，主要處理青浦區(qū)10座城鎮(zhèn)污水處理廠脫水污泥，設(shè)計(jì)總規(guī)模600噸/日。分兩期建設(shè)，其中近期規(guī)模300噸/日（設(shè)備機(jī)械能力400噸/日）。采用“薄層干化+鼓泡式流化床+煙氣處理”的干化焚燒處理工藝，設(shè)置兩條生產(chǎn)線。

本項(xiàng)目污泥來自青浦區(qū)10座生活污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥，泥質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 青浦區(qū)各污水廠脫水污泥泥質(zhì)

兩條生產(chǎn)線采用薄層干化機(jī)進(jìn)行間接干化，鼓泡流化床焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，配置余熱鍋爐，配備SNCR（選擇性非催化還原脫硝），煙氣凈化采用“爐內(nèi)脫硫+靜電除塵+小蘇打干法+活性炭噴射+袋式除塵+濕法脫酸”的組合工藝進(jìn)行煙氣凈化處理。

污泥經(jīng)干化，含水率由 80%降至55%左右后被送入焚燒爐焚燒。余熱鍋爐、靜電除塵器排出的一般飛灰作為一般廢棄物進(jìn)行資源化利用。布袋除塵器收集的飛灰經(jīng)穩(wěn)定化后外運(yùn)處置。

高濃度臭氣送入焚燒爐焚燒，低濃度臭氣送入專用臭氣處理設(shè)施處理，達(dá)標(biāo)后排放。設(shè)置混合污水處理系統(tǒng)、脫酸污水處理系統(tǒng)各1套，經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后排入市政污水管網(wǎng)。

污染物排放標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

二、主要處理單元

（一）污泥接收、儲存及給料系統(tǒng)

10座污水廠的脫水污泥經(jīng)污泥運(yùn)輸車輛送至污泥接收倉。

設(shè)置地下式不銹鋼接收倉2座，每座45m3。接收倉配置液壓滑架、螺旋輸送機(jī)、螺桿泵。螺桿泵將接收倉污泥輸送至污泥儲存?zhèn)}。濕污泥接收倉設(shè)有負(fù)壓吸風(fēng)系統(tǒng)，保證臭氣不外漏。收集的臭氣作為焚燒系統(tǒng)送入焚燒爐高溫焚燒。濕污泥接收倉間上方靠近焚燒間側(cè)墻設(shè)有焚燒爐一次風(fēng)機(jī)（流化風(fēng)機(jī)）吸風(fēng)口，抽吸濕污泥接收倉間內(nèi)臭氣作為焚燒爐燃燒空氣，并使?jié)裎勰嘟邮諅}間呈負(fù)壓狀態(tài)，防止臭味和甲烷氣體的積聚和溢出。此外在濕污泥接收倉間加設(shè)通風(fēng)除臭系統(tǒng)，保證焚燒爐正常及停爐期間，從濕污泥接收倉間抽出的臭氣在經(jīng)過除臭裝置凈化、脫臭后排出，以避免臭氣外溢污染環(huán)境。

設(shè)置地上式鋼制儲存?zhèn)}4座，每座容積400m3。儲存?zhèn)}配置液壓滑架、螺旋輸送機(jī)、螺桿泵。螺桿泵將儲存?zhèn)}污泥輸送至薄層干化機(jī)。儲存間設(shè)有負(fù)壓吸風(fēng)系統(tǒng)，保證臭氣不外漏。收集的臭氣作為焚燒系統(tǒng)流化風(fēng)送入焚燒爐高溫焚燒。

（二）薄層干化系統(tǒng)

污泥干化系統(tǒng)采用“薄層干化+載氣冷凝”的干化工藝，設(shè)置4臺薄層干化機(jī)，單臺干化機(jī)換熱面積50m2，蒸發(fā)量2.8t/h，熱源為0.9MPa(G)飽和蒸汽，設(shè)計(jì)進(jìn)泥含水率75-82%，設(shè)計(jì)出泥含水率40-60%。

干化機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝固定的不同角度的傳輸和攤開葉片，使進(jìn)入其中的污泥在筒體內(nèi)表面的熱壁上得到布料、攤附、刮漿、攪拌、返混、自清潔、輸送。即，進(jìn)入干化機(jī)的污泥被不停轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子連續(xù)分布于熱壁的表面形成物料薄層，在不斷運(yùn)動的過程中，所含水分被蒸發(fā)。一般而言，濕污泥在薄層干化機(jī)內(nèi)的停留時間為15min左右。

干化過程中產(chǎn)生的載氣在干化機(jī)內(nèi)部與污泥逆向運(yùn)動，從干化機(jī)上部的載氣管口排出。載氣進(jìn)入載氣冷凝器，在載氣冷凝器中，通過與冷卻循環(huán)水間接換熱，水分從載氣冷凝器中冷凝下來，最終排入污水處理車間；同時少量不凝氣體（空氣和污泥中的揮發(fā)物）及水蒸氣，由尾氣風(fēng)機(jī)輸送至焚燒爐。

干化機(jī)產(chǎn)出的含水率55%左右的半干污泥進(jìn)入到焚燒爐系統(tǒng)的中間緩沖倉，之后經(jīng)污泥螺旋輸送機(jī)進(jìn)入焚燒爐焚燒。

（三）流化床焚燒系統(tǒng)

本項(xiàng)目焚燒系統(tǒng)包括：污泥進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒爐系統(tǒng)、燃燒器系統(tǒng)、燃燒空氣系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、砂循環(huán)補(bǔ)給系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

設(shè)置4套半干污泥輸送系統(tǒng)，輸送含水率55%左右的半干污泥，分別對應(yīng)兩條焚燒線焚燒爐的4個污泥入口。經(jīng)干燥機(jī)干化后的干污泥垂直落入經(jīng)干污泥緩存?zhèn)}內(nèi)，并通過干污泥緩存?zhèn)}給料機(jī)送入焚燒爐內(nèi)。

設(shè)置2臺鼓泡流化床焚燒爐，焚燒爐是一個圓柱形反應(yīng)器，Φ5560/3750×14050mm，在反應(yīng)室內(nèi)無移動部件。反應(yīng)器的下部由帶噴嘴的底盤封閉。反應(yīng)器下部充滿可被空氣流化的砂?？諝馔ㄟ^安裝于底盤的噴嘴噴入。噴嘴盤下面的風(fēng)箱提供均勻的空氣以流化砂和燃燒。流化床上部空間被稱為懸浮區(qū)或后燃燒區(qū)。懸浮區(qū)設(shè)計(jì)成有足夠的容積以保證有足夠的停留時間，煙氣溫度明顯高于最低溫度，但不高于灰渣熔點(diǎn)。溫度、停留時間及湍流度（3T條件）是實(shí)現(xiàn)完全燃燒的根本保證，焚燒工藝的效率可通過煙氣中 CO 含量來表示。當(dāng)湍流度很高時，即使溫度較低，也可以實(shí)現(xiàn)完全燃燒，由于溫度較低，可以有效防止NOx生成。焚燒爐外殼為低合金鋼板，局部承壓區(qū)域采用高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)低合金鋼，爐內(nèi)耐火材料的支撐板采用不銹鋼，噴槍、噴嘴、進(jìn)料端等接口的爐內(nèi)部分均采用不銹鋼。耐火內(nèi)襯需充分適應(yīng)熱脹冷縮的變化和爐內(nèi)煙氣的化學(xué)反應(yīng)，耐火磚能耐高溫、耐磨、耐侵蝕，不會因溫差伸縮造成襯砌體的脫落，使用壽命長，且容易修補(bǔ)。焚燒爐的耐火內(nèi)襯設(shè)計(jì)了保溫層，爐殼外表面不再進(jìn)行保溫，爐壁具有適當(dāng)?shù)臏囟龋员苊鉄煔饫淠龑?dǎo)致腐蝕。為杜絕操作人員可觸及區(qū)域的燙傷風(fēng)險(xiǎn)，采用在爐壁外安裝物理安全格柵及警示牌的方式進(jìn)行安全保護(hù)。

焚燒爐配有上部啟動燃燒器和下部輔助燃燒器，起到助燃、穩(wěn)燃的作用。采用天然氣作為燃料。半干污泥在焚燒爐中充分燃燒，有機(jī)物得到分解，水分蒸發(fā)，煙氣在高于850℃的狀態(tài)下在爐內(nèi)停留時間大于2s，而后進(jìn)入余熱利用系統(tǒng)。

一次風(fēng)由污泥系統(tǒng)的臭氣及部分新鮮風(fēng)組成。經(jīng)過一次風(fēng)機(jī)加壓輸送到高溫空預(yù)器與蒸汽進(jìn)行換熱，加熱后的一次風(fēng)從焚燒爐底部進(jìn)入，用于石英砂流態(tài)化及物料燃燒。

采用在爐內(nèi)投加石灰石的方法在燃燒過程中脫硫；高溫脫硝采用非催化法(SNCR法)控制NOX。尿素箱中的尿素溶液經(jīng)尿素泵加壓后，通過尿素噴槍送入焚燒爐，煙氣與噴入的尿素溶液充分混合，煙氣中NOX組分在O2的存在下還原成N2和水，與此同時尿素溶液水分全部被煙氣汽化并帶走。當(dāng)煙氣中氮氧化物含量超標(biāo)時，啟動脫硝系統(tǒng)進(jìn)行脫確。

焚燒爐底部床料經(jīng)過冷渣器冷卻、振動篩篩分后進(jìn)入輸砂倉泵。輸砂倉泵直接將床料輸送至石英砂緩存?zhèn)}后補(bǔ)至焚燒爐；當(dāng)床料不合格時可輸送至飛灰倉。外購新砂經(jīng)石英砂輸送機(jī)、石英砂提升機(jī)輸送至石英砂儲倉，再由輸砂倉泵輸送至石英砂緩存?zhèn)}。

（四）煙氣凈化系統(tǒng)

本項(xiàng)目擬焚燒的污泥含硫率相對較高（干基硫含量1.26%），經(jīng)初步計(jì)算，焚燒后產(chǎn)生的煙氣主要污染物SO2源強(qiáng)濃度高達(dá)3500mg/L以上。為避免濕法脫硫過高的廢水治理投入和廢水脫鹽技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，本項(xiàng)目擬通過爐內(nèi)石灰石脫硫、小蘇打干法脫硫組合工藝凈化煙氣，實(shí)現(xiàn)煙氣治理的達(dá)標(biāo)排放，避免高鹽濃度廢水產(chǎn)生。在極端高含硫污泥焚燒工況下，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)管要求，凈化系統(tǒng)末端增設(shè)濕法脫硫裝置，利用其低煙氣濃度下高脫硫特性，與前端“爐內(nèi)脫硫+小蘇打干法脫硫”連鎖使用，可彌補(bǔ)“爐內(nèi)脫硫+小蘇打干法脫硫”組合工藝的不足，確定煙氣排放值100%滿足并優(yōu)于排放標(biāo)準(zhǔn)。

從余熱鍋爐、靜電除塵器排出的灰渣、一般飛灰合計(jì)年產(chǎn)量約11400噸，經(jīng)活化、復(fù)合等處理方式，形成的輔助性膠凝材料等產(chǎn)品應(yīng)用于混凝土工程。布袋除塵器收集的危險(xiǎn)飛灰（暫定）年產(chǎn)量約1100噸，經(jīng)螯合穩(wěn)定化滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889）后外運(yùn)填埋處置。

（五）污水處理系統(tǒng)

與國內(nèi)大多數(shù)已建項(xiàng)目不同，本項(xiàng)目未建設(shè)于污水廠界內(nèi)或與污水廠毗鄰，具備“孤島”建設(shè)運(yùn)行特征。項(xiàng)目設(shè)計(jì)混合污水處理系統(tǒng)、脫酸廢水處理系統(tǒng)各1套。

其中，混合污水處理系統(tǒng)對污泥干化冷凝水、地坪沖洗廢水、化驗(yàn)室廢水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)處理規(guī)模300m3/d，采用二級A/O+超濾+高級氧化處理工藝。污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，起到均衡水量、均化水質(zhì)及降溫的作用。由于原水的C/N較低，因此根據(jù)需要在調(diào)節(jié)池內(nèi)投加碳源。經(jīng)過均質(zhì)均量的廢水，通過提升泵進(jìn)入后續(xù)的MBR生化系統(tǒng)，去除可生化有機(jī)物、氨氮、TN和TP等污染物。MBR由反硝化、硝化和超濾單元組成。經(jīng)過MBR處理的出水采用高級氧化進(jìn)一步去除有機(jī)物后，清液達(dá)標(biāo)排放。產(chǎn)生的污泥采用污泥脫水工藝，脫水污泥含水率80%，送至焚燒裝置處置。

脫酸廢水處理系統(tǒng)對脫酸塔產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)460m3/d，采用混凝沉淀+多介質(zhì)過濾處理工藝。脫酸廢水先經(jīng)冷卻器換熱冷卻后進(jìn)入廢水收集池，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置曝氣裝置，用于氧化還原性物質(zhì)及作為攪拌的作用。調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水通過原水泵送入反應(yīng)池，在1#反應(yīng)池內(nèi)加入液堿、螯合劑用于去除洗煙廢水中的大部分重金屬離子，并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，在2#反應(yīng)池內(nèi)加入三氯化鐵；在3#4#反應(yīng)池內(nèi)投加絮凝劑、混凝劑用于加強(qiáng)沉淀效果，沉淀池上清液溢流至中和池，在中和池內(nèi)投加鹽酸，調(diào)節(jié)pH至6.5-7.5之間后進(jìn)入過濾原水池。過濾原水池出水進(jìn)入多介質(zhì)過濾器后進(jìn)入排放水池。沉淀池內(nèi)產(chǎn)生的污泥由污泥泵排入混合污水污泥處理系統(tǒng)。

（六）除臭系統(tǒng)

臭氣主要來自污泥處理車間卸料大廳、濕污泥接收倉及接收倉間、濕污泥儲倉及儲倉間、污泥干化機(jī)及干化車間、污水處理車間等污染源揮發(fā)出的有機(jī)污染物（VOC）。污泥干化載氣、污泥儲存?zhèn)}、接收倉廢氣等濃度高、成分復(fù)雜的廢氣，經(jīng)管道輸送至焚燒爐焚燒。其他如卸料大廳、濕污泥儲存?zhèn)}間、污水處理區(qū)等低濃度臭氣，送入除臭系統(tǒng)處理，設(shè)計(jì)處理規(guī)模90000m3/h，采用酸洗+堿洗+生物除臭組合處理工藝。臭氣先經(jīng)過酸性洗滌段進(jìn)行洗滌，氣體經(jīng)自下向上流動與自上向下均勻噴灑的硫酸溶液吸收劑在中間介質(zhì)多面空心球填料上的不斷接觸，氣液兩相充分接觸傳質(zhì)，使臭氣中以氨為主的堿性有害氣體污染物得到吸收凈化。凈化后的氣體進(jìn)入堿洗段，臭氣中的酸性成分在堿性液的噴淋液在空心球填料上充分接觸反應(yīng)得到吸收凈化。而后進(jìn)入一體化生物除臭設(shè)備，在生物過濾段通過氣液，液固傳質(zhì)，臭氣被多種微生物降解，最后達(dá)標(biāo)排放。

三、工程特點(diǎn)

（一）平面、空間布置合理

結(jié)合地塊特點(diǎn)，考慮生產(chǎn)、公輔和辦公之間功能分區(qū)，結(jié)合風(fēng)玫瑰圖，統(tǒng)籌人流、物流及近遠(yuǎn)期關(guān)系，優(yōu)化平面布局，充分利用垂直空間，縮減各類管線長度，節(jié)約投資、降低能耗，提升土地利用率。

（二）BIM智慧工程

采用三維正向BIM設(shè)計(jì)，模型對項(xiàng)目各分系統(tǒng)優(yōu)化布局，能空間協(xié)調(diào)，避免碰撞沖突，減少設(shè)計(jì)錯誤與漏洞，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，可直接生成材料清單，減少繁雜的工程量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)工作。

（三）污泥輸送順流設(shè)計(jì)、錯落有序

本項(xiàng)目依據(jù)順流設(shè)計(jì)、錯落有序原則，將薄層干化機(jī)布置于12.5m平臺。干化后的物料重力跌落至干污泥緩沖倉，再依靠短距離輸送，通過給料螺旋均勻輸送入焚燒爐焚燒，避免較長距離輸送或多級輸送弊端。

（四）除臭設(shè)計(jì)合理、高效

依據(jù)區(qū)域劃分、分區(qū)收集、分質(zhì)處理原則，將高濃度低氣量臭氣作為一次風(fēng)引入焚燒爐燃盡；將中低濃度臭氣，分別按不同的換氣次數(shù)收集至末端處理裝置處理，實(shí)現(xiàn)所有臭氣收集組織化、處理全達(dá)標(biāo)的治理目標(biāo)，徹底改觀“污泥廠臭氣熏天”的公眾認(rèn)知。

四、結(jié)語

（1）隨著項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，能完全滿足區(qū)內(nèi)污泥的安全處置需求，年可處置污泥109500噸（80%含水率），進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了污泥處置的“無害化、減量化、資源化”，社會和環(huán)境效益較為顯著。

（2）項(xiàng)目采用DCS控制系統(tǒng)收集、監(jiān)控污泥接收、輸送、干化、焚燒、煙氣處理、污水處理、除臭處理的全過程工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了過程控制的全覆蓋，自動化程度高，且保護(hù)定值設(shè)置合理、連鎖可靠，極大地提高安全、可靠性。

（3）項(xiàng)目72+24h調(diào)試性能測試表明，在污泥含水率78%-82%范圍內(nèi)，系統(tǒng)處理負(fù)荷可達(dá)449.56t/d。測試期內(nèi)，單位污泥處置的自來水消耗約0.7-1.0m3/t；電力消耗約72-84kW·h/t；天然氣消耗約37-42m3/t，主要能源消耗及物料藥劑消耗統(tǒng)計(jì)折算的污泥干化焚燒直接生產(chǎn)成本為220-250元/t。

（4）項(xiàng)目的煙氣處理采用組合工藝，實(shí)現(xiàn)了煙氣的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，顆粒物、SO2、NOx、CO等排放指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于排放限值。污水處理采用生化+物理強(qiáng)化工藝，排放COD在150mg/L以下，其他指標(biāo)均達(dá)納管標(biāo)準(zhǔn)。臭氣排放的NH3、H2S等指標(biāo)均達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。