污水處理廠污泥焚燒及煙氣凈化工程分析

劉風，陳文兵，袁連新，王燃燃

(1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟南 250101;2.淄博張鋼鋼鐵有限公司，山東 淄博 255007)

0 引言

在污水處理過程中，產(chǎn)生大量污泥，其數(shù)量約占處理水量的0.3% ～0.5%左右(以含水率97%計)。污泥中含有大量的有毒有害物質(zhì)，如病原體和重金屬化合物等，如果處理不當可能會對環(huán)境造成極大危害。

傳統(tǒng)的污泥處置方法主要包括土地利用、填埋和焚燒以及綜合利用等[1－3]。近年來，由于土地資源緊張以及各種環(huán)境污染問題的限制，在國內(nèi)外[4－5]，特別是大城市中，污泥農(nóng)用所占比例出現(xiàn)了小幅度下降，填埋所占比例則大幅度削減，而焚燒所占比例出現(xiàn)大幅度提升，并逐漸成為發(fā)達國家污泥處理的主要手段之一[6]。

以焚燒的方式處理城市污泥可以徹底解決污泥的污染問題。污泥焚燒產(chǎn)生的剩余較小，可以破壞全部有機質(zhì)，殺滅一切病原體，并且可以大大減少污泥的重量和體積(焚燒后重量可減少85%以上)。此外，污泥焚燒處置污泥速度快，不需要長期儲存，可就地焚燒，不需要遠距離運輸，焚燒后灰渣也可以制成有用的產(chǎn)品。通過高溫焚燒可以充分處理不適于資源利用的所有城市污泥，是一種相對安全的污泥處理方式。但是，污泥焚燒也會產(chǎn)生SO2、NOx、HCl、重金屬等有害物質(zhì)[7－9]，如果不進行合理的處理也將會對環(huán)境造成污染[10]。煙氣凈化技術(shù)按照凈化劑的不同，可分為濕法、半干法、干法三種。濕法煙氣凈化工藝是目前應(yīng)用最廣泛的凈化技術(shù)，具有設(shè)備小，投資省，易操作，易控制以及占地面積小等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題，它也是脫硫效率最高的煙氣凈化技術(shù)，其中使用最多的是石灰石/石灰—石膏濕法工藝[11]。

廣東省深圳市上洋污水處理廠處理污水能力為20萬m3/d，產(chǎn)生含水率約80%的脫水污泥約為200t/d。對污泥進行焚燒處理，并采用二級生化出水凈化吸收污泥焚燒煙氣，將廢水、廢氣聯(lián)合治理，以廢治廢，處理后煙氣可直接排放，實現(xiàn)了污水處理廠污泥的無害化處理。

1 污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程

污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程

本工藝所用污泥為某污水處理廠脫水污泥，含水率約80%的脫水污泥在103～105℃下經(jīng)干燥系統(tǒng)干燥后含水率20%左右。

本工藝所用水源為某污水處理廠生化處理出水，pH=7.0。

干燥系統(tǒng)所得的干污泥進入溫度大于850℃的電阻式污泥焚燒爐內(nèi)進行焚燒，焚燒煙氣溫度大于300℃，經(jīng)煙氣冷凝系統(tǒng)將煙氣溫度降至常溫后，常溫煙氣通過氣泵進入煙氣凈化系統(tǒng)凈化處理后直接排放。其中煙氣凈化系統(tǒng)吸收設(shè)備采用篩板式吸收塔，吸收水源采用污水處理廠生化出水，煙氣從塔底進入吸收塔，生化出水由水泵提升從塔的頂部進入，氣液兩相在塔內(nèi)逆流接觸，完成污泥焚燒煙氣的凈化吸收過程。

2 運行效果及分析

2.1 污泥焚燒運行效果及分析

污水處理廠脫水污泥經(jīng)干燥處理后的含水率20%的干化污泥，其泥質(zhì)檢測結(jié)果見表1。

表1 干化污泥樣品檢測結(jié)果

由表1可知，該污水處理廠干化污泥的Cr、Cu、Zn等污染物指標已超過GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》中污染物排放限值的要求，因此不適于污泥農(nóng)用;但該廠污泥泥質(zhì)基本符合GB/T 24602—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置—單獨焚燒用泥質(zhì)》要求，適用于進行干化焚燒處理[13]。

本工藝中干化污泥經(jīng)焚燒后重量減少了88.5%。對污泥焚燒灰渣進行了檢測[14]，檢測結(jié)果見表2。污泥焚燒煙氣及凈化系統(tǒng)處理后尾氣檢測結(jié)果見表3。

表2 污泥焚燒灰渣檢測結(jié)果

由表2可知，污泥經(jīng)干化焚燒后，有害金屬大多數(shù)都富集在灰渣中，污泥焚燒灰渣經(jīng)無害化處理后可用做建筑材料[15]，污泥焚燒是一種相對安全的污泥處理方式。

由表3可知，污泥焚燒煙氣檢測結(jié)果顯示，重金屬等指標低于國家標準限值的要求，但是二氧化硫指標大大超過GB 18485—2001《生活垃圾焚燒污染控制標準》對大氣污染物排放限值的要求，必須有煙氣凈化系統(tǒng)對污泥焚燒煙氣進行凈化。而在經(jīng)過二級生化出水凈化吸收后，尾氣中SO2、NOx及重金屬等污染物濃度均有降低，其中二氧化硫去除率為89.7%，氮氧化物的去除率為85.7%，各項指標均低于GB 18485—2001中大氣污染物排放限值的要求。

2.2 煙氣凈化運行效果及分析

本工藝煙氣凈化系統(tǒng)中采用篩板吸收塔作為吸收裝置，采用二級生化出水作為水源凈化吸收污泥焚燒煙氣，其主要利用的是二級生化出水的堿度以及煙氣中氣體的酸性。主要反應(yīng)(以二氧化硫吸收為例)如下。

(1)二氧化硫在水中的溶解與電離:

(2)生化出水中，二氧化硫化學(xué)吸收的主要反應(yīng):

其中，亞硫酸氫根在水溶液中不穩(wěn)定，能與氧氣作用生成硫酸根:

本工藝在氣液比為10∶1、進水pH為7條件下，采用二級生化出水對污泥焚燒煙氣進行凈化吸收，每日生化出水用量約為500m3。煙氣凈化后尾氣檢測結(jié)果見表3，煙氣凈化系統(tǒng)中進水及吸收液檢測結(jié)果見表4。

表4 進水及吸收液水質(zhì)檢測結(jié)果 mg/L

結(jié)果表明，二級生化出水能夠有效吸收污泥焚燒煙氣中的污染物質(zhì)，在使凈化后尾氣符合國家排放標準的同時，吸收液中主要技術(shù)指標均低于GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中污染物排放限值的要求。因此，采用二級生化出水凈化吸收污泥焚燒煙氣，既能將污泥焚燒煙氣及生化出水聯(lián)合治理，又不產(chǎn)生二次污染，達到了以廢治廢、綜合治理的目的，并為大規(guī)模的污水回用開辟了新思路。

3 結(jié)論

(1)本工藝中污泥干化焚燒后重量減少88.5%，使污泥的運輸與最終處置大為簡化;污泥焚燒是一種相對安全的污泥處理方式。

(2)污泥焚燒煙氣的主要超標污染物為二氧化硫。利用二級生化出水能夠?qū)煔膺M行有效吸收，其中二氧化硫去除率為89.7%。

(3)本工程所采用的污泥焚燒及煙氣凈化工藝，具有系統(tǒng)簡單、安全可靠、以廢治廢、脫硫效率高等優(yōu)點，具有很好的應(yīng)用前景。二級生化出水與污泥焚燒煙氣聯(lián)合治理，以廢治廢，具有很好的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

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