污泥協(xié)同焚燒技術(shù)發(fā)展的探討與行業(yè)思考

作為生活污水處理的衍生品，近年來(lái)污泥產(chǎn)量不斷攀升[1]。據(jù)估算，大約1萬(wàn)t生活污水可產(chǎn)生5～8 t市政污泥，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)市政污泥產(chǎn)量將達(dá)到6 000萬(wàn)～9 000萬(wàn)t。如何妥善處理處置這些市政污泥,已成為建設(shè)完整城市污水處理廠(chǎng)、提高技術(shù)水平和管理水平的重要因素。

污泥處理“十三五”規(guī)劃目標(biāo)中提到，“十三五”期間應(yīng)堅(jiān)持無(wú)害化原則，結(jié)合各地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平，因地制宜地選用成熟可靠的污泥處理處置技術(shù)，鼓勵(lì)采用能源化、資源化技術(shù)手段，盡可能回收利用污泥中的能源和資源。污泥焚燒作為一項(xiàng)比較徹底解決城市污泥的處理技術(shù)，具有減容、減重率高、處理速度快、無(wú)害化較徹底、余熱可用于發(fā)電或供熱等優(yōu)點(diǎn)，符合污泥“減量化、無(wú)害化、資源化”的要求。以上海為例，在中心城區(qū)推動(dòng)污泥獨(dú)立干化焚燒項(xiàng)目的同時(shí)，在郊區(qū)積極實(shí)踐生活垃圾爐排爐協(xié)同焚燒污泥，協(xié)同焚燒技術(shù)(co-incineration)已被列入上海解決污泥難題的日程表，并得到了成功有序的推進(jìn)。

1 生活垃圾爐排爐協(xié)同焚燒污泥

上海早在2015年已全力推進(jìn)郊區(qū)生活垃圾焚燒廠(chǎng)建設(shè)，在經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、充分比選、中試試驗(yàn)、工程在線(xiàn)效果驗(yàn)證等扎實(shí)工作基礎(chǔ)上，松江區(qū)、奉賢區(qū)、金山區(qū)確定采用污泥協(xié)同焚燒工藝，基本解決三區(qū)近期污泥處理問(wèn)題。同時(shí)，為破解上海中心城區(qū)污泥難題，減輕老港污泥填埋壓力，釋放老港“百年固廢保障基地”功能，建設(shè)中的老港焚燒廠(chǎng)二期工程也同步考慮了污泥協(xié)同焚燒(預(yù)留接口)。污泥協(xié)同焚燒示意圖如圖1所示。

圖1 污泥協(xié)同焚燒流程示意圖Fig.1 Schematic Diagram of Sludge Co-Incineration Process

1.1 污泥協(xié)同焚燒存在的問(wèn)題

(1)國(guó)內(nèi)污泥協(xié)同焚燒尚處于起步階段。

污泥干化焚燒為國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家率先采用，如德國(guó)、日本在2010年時(shí)的污泥焚燒比例已達(dá)53%和68%；2005年10月，瑞士明令禁止污泥土地回用，未來(lái)將全部采用污泥焚燒。目前，以上海為例，污泥干化協(xié)同焚燒技術(shù)是郊區(qū)污泥處理的主要方式。其中，金山區(qū)、松江區(qū)污泥項(xiàng)目已投入運(yùn)行一年多，奉賢區(qū)項(xiàng)目正在調(diào)試中。

(2)由于焚燒爐垃圾量超負(fù)荷以及污泥摻燒比受限等原因，需要進(jìn)一步優(yōu)化相關(guān)工藝。

一方面，隨著居民生活水平的提高，城鎮(zhèn)生活垃圾的清運(yùn)量快速增長(zhǎng)(年增長(zhǎng)率約3%～6%)，作為垃圾焚燒廠(chǎng)首先要保證垃圾處理負(fù)荷，因此在垃圾產(chǎn)量高峰時(shí)段，難以保證污泥的全量處理。

另一方面，當(dāng)污泥摻燒比過(guò)高時(shí)，容易出現(xiàn)爐膛結(jié)焦和鍋爐積灰現(xiàn)象，大大增加了檢修時(shí)間和頻次，難以確保連續(xù)8 000 h/年的穩(wěn)定運(yùn)行要求。金山區(qū)現(xiàn)場(chǎng)反饋，爐膛內(nèi)壁結(jié)焦達(dá)30 cm，須3個(gè)月打焦一次；余熱鍋爐積灰，清灰頻率增加。松江區(qū)焚燒廠(chǎng)也存在余熱鍋爐積灰加重的情況。

再者，《生活垃圾清潔焚燒指南》中提出污泥摻燒比不宜超過(guò)7%。協(xié)同焚燒規(guī)模受到限制，往往難以覆蓋污泥全量處理需求。

1.2 污泥協(xié)同焚燒工藝技術(shù)優(yōu)化

(1)鍋爐結(jié)焦、積灰測(cè)試分析

當(dāng)污泥干化至含水率為30%～40%時(shí)，污泥黏性低、顆粒度細(xì)，進(jìn)入爐膛后由于風(fēng)壓較大，迅速被沖入二燃室，會(huì)產(chǎn)生較多飛灰。同時(shí)，污泥中堿金屬含量高，在高溫下易熔化，再在爐膛壁上冷卻凝固，會(huì)引起結(jié)焦。通過(guò)爐膛焦塊組分、熔點(diǎn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)深度脫水污泥灰熔點(diǎn)較低(1 000 ℃)，而垃圾焚燒爐內(nèi)溫度超過(guò)1 000 ℃，因此容易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。

(2)開(kāi)展污泥造粒試驗(yàn)

對(duì)干化污泥進(jìn)行造粒技術(shù)改造，不僅方便運(yùn)輸，而且能在有較好防積灰效果的同時(shí)，使吹到爐膛壁上的污泥灰分減少，結(jié)焦問(wèn)題也有所改善。

(3)上游污泥脫水藥劑控制

污水廠(chǎng)常用的深度脫水調(diào)理劑中Ca、Fe含量較高，不利于結(jié)焦控制。從協(xié)同焚燒角度考慮，需開(kāi)發(fā)新型脫水調(diào)理劑，要求藥劑既能增強(qiáng)脫水效果，又能保持較高的灰熔點(diǎn)(超過(guò)1 100 ℃)。初步研究認(rèn)為，Al、Si元素有利于提高灰熔點(diǎn)。

(4)形成系列控制技術(shù)

通過(guò)以上測(cè)試和試驗(yàn)，對(duì)污泥干化協(xié)同焚燒項(xiàng)目運(yùn)行優(yōu)化，充分掌握污泥結(jié)焦特性，開(kāi)展污泥結(jié)焦控制研發(fā)，形成一系列結(jié)焦控制技術(shù)(污泥脫水藥劑控制技術(shù)、污泥抗結(jié)焦藥劑、摻燒污泥含水量?jī)?yōu)化、污泥造粒摻燒技術(shù)、焚燒爐優(yōu)化控制技術(shù))，以保障垃圾焚燒爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 其他需開(kāi)展的技術(shù)研發(fā)

(1)面向生活垃圾爐排爐的污泥脫水(不含氯藥劑)和余熱干化技術(shù)；

(2)高效低漏渣爐排爐(針對(duì)高含砂量污泥摻燒易導(dǎo)致焚燒爐磨損、爐排漏渣等問(wèn)題)工藝技術(shù)和裝備；

(3)生活垃圾協(xié)同焚燒污泥的煙氣污染物控制技術(shù)；

(4)污泥冷凝水和焚燒廠(chǎng)滲濾液協(xié)同處理工藝；

(5)高濃度惡臭氣體組合控制技術(shù)。

2 污泥協(xié)同焚燒的幾點(diǎn)啟發(fā)

2.1 污泥獨(dú)立干化焚燒與垃圾焚燒廠(chǎng)共建

建議采用污泥獨(dú)立干化焚燒與垃圾焚燒廠(chǎng)共建模式。采用污泥專(zhuān)用焚燒爐為主、垃圾焚燒爐為輔的模式，解決協(xié)同焚燒超負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題，同時(shí)，通過(guò)共用煙囪、水處理系統(tǒng)、蒸汽發(fā)電系統(tǒng)、臭氣處理系統(tǒng)、灰渣處理系統(tǒng)等方法，將污泥獨(dú)立干化焚燒產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣等廢棄物與垃圾焚燒產(chǎn)物一并處理、蒸汽統(tǒng)籌發(fā)電和余熱利用，大大節(jié)省了工程投資，環(huán)保性能也更佳。這樣做工藝更成熟、更可靠，真正做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

2.2 因地制宜合理選擇工藝路線(xiàn)

污泥處置方案多種多樣，但最終目的是要達(dá)到“無(wú)害化、減量化、資源化”，選用何種工藝必須與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況相適應(yīng)。例如國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水處理廠(chǎng)的污泥處置是以深度脫水后外運(yùn)填埋為主，但是在一些土地資源緊缺的發(fā)達(dá)地區(qū)，通常會(huì)選用污泥干化焚燒工藝，焚燒后的灰渣，根據(jù)其重金屬含量，可直接或使用重金屬螯合劑處理后進(jìn)入填埋場(chǎng)，也可用作建筑材料或用于鋪路等；在一些土地資源豐富的欠發(fā)達(dá)地區(qū)，深度脫水+填埋這條工藝路線(xiàn)實(shí)為最切合實(shí)際、經(jīng)濟(jì)可行的，其項(xiàng)目建設(shè)周期短、投資成本較低。常見(jiàn)的幾個(gè)污泥處理處置工藝路線(xiàn)及其發(fā)展趨勢(shì)如表1所示。

表1 污泥處理處置工藝路線(xiàn)及發(fā)展趨勢(shì)[2]Tab.1 Sludge Disposal Process Route and Development Trend[2]

2.3 污泥土地利用未來(lái)可期

從目前階段來(lái)看，污泥干化焚燒值得推崇，而污泥土地利用則是未來(lái)值得努力的一個(gè)方向。作為一種污泥資源化利用的途徑，我國(guó)在2009年就已更新并頒布了《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)[3]，對(duì)重金屬、有機(jī)污染物、病原菌、腐熟度、施用作物、最大施用量等指標(biāo)進(jìn)行了補(bǔ)充規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)適用于城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處置時(shí)污泥農(nóng)用(土地利用)的泥質(zhì)要求。

總體來(lái)看，土地利用、填埋和焚燒這三種污泥處置方式中，土地利用資源化意義最大，但是綜合難度也最高，尤其是相關(guān)監(jiān)管體系須完善建立，落實(shí)有效監(jiān)管，以提高衛(wèi)生安全保證和公信力。與之相比較，污泥干化焚燒技術(shù)目前相對(duì)較成熟，監(jiān)管體系相對(duì)完善。現(xiàn)階段污泥處置路線(xiàn)建議：東部沿海等發(fā)達(dá)地區(qū)以干化焚燒為主，其他土地資源相對(duì)充足、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)可選擇深度脫水并填埋的方式。

3 結(jié)語(yǔ)

污泥處理的“十三五”規(guī)劃中明確指出，“十三五”期間應(yīng)當(dāng)由“重水輕泥”向“泥水并重”轉(zhuǎn)變，由“污水處理”向“再生利用”轉(zhuǎn)變，由此可見(jiàn)，污泥無(wú)害化處理將迎來(lái)高速發(fā)展。污泥焚燒作為一項(xiàng)非常有應(yīng)用前景的污泥處理技術(shù)，尤其是生活垃圾爐排爐協(xié)同焚燒污泥工藝已得到了工程化應(yīng)用，積累了經(jīng)驗(yàn)，隨著深入研究和實(shí)踐，污泥與垃圾協(xié)同處理技術(shù)將成為污泥處理處置的一個(gè)重要、有效的選項(xiàng)。