垃圾焚燒廠污泥干化除臭系統(tǒng)的優(yōu)化探討

孫小燕，孔 洋，卜亞明

(北京北發(fā)建設發(fā)展有限公司，北京 100086)

0 引言

作為生活污水處理的衍生品，近年來污泥產量不斷攀升。據(jù)估算，大約1萬t生活污水可產生5～8 t市政污泥，預計到2020年，我國市政污泥產量將達到6 000～9 000萬t/a[1]?！段勰嗵幚怼笆濉币?guī)劃》中提到，“十三五”期間應堅持無害化原則，結合各地經濟社會發(fā)展水平，因地制宜地選用成熟可靠的污泥處理處置技術，鼓勵采用能源化、資源化技術手段，盡可能回收利用污泥中的能源和資源。目前國內外污泥的處理方式主要包括濃縮、脫水、厭氧消化、干化焚燒等。據(jù)統(tǒng)計，日本污泥焚燒占其污泥處理總量的67%，歐洲污泥焚燒約占其污泥處理總量的30%，而我國占比相對偏低，以上海為例，其2016年污泥焚燒僅占污泥處理總量的15.8%，我國與發(fā)達國家相比仍有較大差距。污泥焚燒已逐漸成為污泥處理的主要技術，但污泥熱值較低，單獨運營污泥焚燒設施面臨工藝復雜、建設運營成本高昂等問題。污泥與生活垃圾爐排爐協(xié)同焚燒處理可以實現(xiàn)資源的合理利用——將焚燒產生的蒸汽用于干化系統(tǒng)、干化后的污泥又可進入焚燒爐作為高熱值燃料，已成為污泥處理處置較為有效的工藝選擇[2-6]。但是污泥干化產生的尾氣中含有惡臭成分，將對人體和人類生活產生影響和危害。本文主要針對垃圾焚燒廠內污泥干化系統(tǒng)的除臭系統(tǒng)，從干燥機尾氣的處理和廠房內臭氣的處理兩個方面分別進行研究，并對實際工程中遇到的問題提出了解決方案，為后續(xù)污泥干化項目除臭系統(tǒng)的設計提供一定的參考。

1 污泥干化過程臭氣的產生

目前垃圾焚燒廠承接的污泥主要來自市政污水處理廠和焚燒廠滲瀝液處理站。原生污泥在污水廠內經過初步脫水后含水率約85%，此含水率下污泥熱值不足以滿足垃圾焚燒廠入爐燃料低位熱值不低于5 017 kJ/kg的要求，至少要將含水率降低至30%以下[6-7]。因此含水率約85%的污泥需進一步深度干化。

污泥干化工藝流程：濕污泥進廠過地磅后倒入濕污泥接收倉，由接收倉底部的螺桿泵泵送至濕污泥儲存?zhèn)}暫存，再經儲存?zhèn)}底部的柱塞泵直接送至干化機內，利用蒸汽作加熱介質間接加熱物料。濕污泥被干燥至含水率約30%左右后經由轉運設備送至垃圾焚燒爐進行焚燒，具體干化流程如圖1所示。當污泥摻燒比例在10%以下時，燃燒煙氣中NOx、SO2濃度不會激增，對后續(xù)已有的脫硫脫硝過程沒有太多負擔[8]。

濕污泥干化過程產生的廢氣經末端的尾氣引風機抽引后，從干化機尾氣排放口排出，并維持干化機及輔助設備、系統(tǒng)管路微負壓運行。被抽出的廢蒸汽(蒸汽和空氣混合物)經除塵和冷凝處理，廢氣冷凝液納入廠區(qū)污水收集管網統(tǒng)一處理，而不凝尾氣則由尾氣引風機抽引送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠區(qū)垃圾池內。

在上述污泥干化過程中產生惡臭氣體主要可分為兩類。

第一類是污泥干化過程中蒸發(fā)的尾氣，包含甲烷、揮發(fā)性有機酸等有機氣體和氨氣、氟化氫、氯化氫等無機氣體。氨氣和有機酸來自污泥中含氮有機物蛋白質的水解，氯化氫、氟化氫來自污泥中同類游離氣體的揮發(fā)或者其它物質的受熱分解。其中NH3的排放與污泥中含有的蛋白質直接相關，CH4和SO2的排放與污泥中的蛋白質無關，是由污泥中含有的其他有機物反應產生[9-10]。此類臭氣含濕度高，含塵量高且臭氣濃度也高。

第二類是干化過程中設備及管道內擴散至廠房內的臭氣，包含硫化氫、氨氣、硫醇類、硫醚類等物質。此類臭氣漏點較為分散，臭氣濃度相對較低，在環(huán)境中擴散面積較大，集中收集有難度，對廠房內運維環(huán)境影響較大。

目前國內對于上述過程產生的臭氣污染物的排放限值，主要執(zhí)行的是《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)中的有組織排放對應的要求(詳見后文表1)。同時項目所在地區(qū)的不同，需要再結合當?shù)氐南嚓P規(guī)范和標準。

2 臭氣處理工藝

2.1 干化機尾氣的臭氣處理

設置在垃圾焚燒廠內的污泥干化系統(tǒng)干燥產生的尾氣臭氣濃度高，在干化車間內初步冷凝、除塵后，可由尾氣風機抽引送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠廠區(qū)垃圾池內，與垃圾池內的空氣混合，最終通過焚燒爐的一次風機將垃圾池內的空氣送入焚燒爐內進行焚燒處理。

其他設置在熱電廠或者自備電廠內的污泥干化系統(tǒng)，干燥產生的尾氣可以由尾氣風機抽引后直接送入爐內，替代部分一次風，進行焚燒處理。

如污泥干化焚燒系統(tǒng)為單獨配置，則干燥產生的尾氣一般需由尾氣風機抽引后送至單獨配置的除臭系統(tǒng)內進行統(tǒng)一處理達標后排放。

2.2 廠房內的臭氣處理

廠房內的臭氣通常是由風管集中負壓收集后，統(tǒng)一進入獨立配置的除臭系統(tǒng)內進行處理，達標后經排氣筒集中有組織排放。

目前廠房內臭氣集中處理工藝主要包括以下幾種：

(1)化學洗滌：臭氣依次通過酸性洗滌塔和堿性洗滌塔，塔內分布配備有稀硫酸溶液和NaOH溶液，對臭氣中的NH3和H2S等有害氣體進行中和吸收。循環(huán)液在塔底經水泵增壓后在塔頂噴淋而下，最后回流至塔底循環(huán)使用。酸堿塔分別配備在線pH檢測儀，根據(jù)循環(huán)液的pH值自動控制酸堿的添加量。該方法見效快，投資和運行成本較低，但涉及酸堿溶液的存儲，有一定安全隱患，尤其當室外安裝時，需注意冬季防凍防泄漏。

(2)植物液洗滌：設備配置和流程與化學洗滌工藝類似，吸收劑換成植物液。植物液無毒、安全且可生物降解，在達到較好的除臭效果的同時不會帶來二次污染[11]。但植物液的成本較高，需控制好換氣量和液氣比，降低植物液的消耗。

(3)生物濾池：通過濾料層將致臭污染物吸收，借助濾料上的微生物有效地降解污染物[12]。主要由預洗池、噴淋、濾料池、循環(huán)系統(tǒng)以及配套的管道系統(tǒng)、風機組成。該工藝投資和占地面積較大，需考慮合理的停留時間，降低建設成本。

(4)活性炭吸附：通過風機將臭氣引入活性炭箱，臭氣分子在通過孔隙豐富的活性炭時被吸附。該工藝吸附除臭效果較好，但運行成本較高，不宜作為常期投用工藝，建議作為備用短期應急工藝選擇。

(5)UV光解：高能紫外線光能能將惡臭化學物質拆解為獨立的原子，再通過分解空氣中的氧氣產生性質活躍的正負氧離子，繼而產生臭氧，同時將拆解為獨立原子的化學物質通過臭氧的氧化反應重新組合成低分子的化合物，如水、二氧化碳等。這是一個協(xié)同、連鎖復雜的反應過程，在很短的時間內(2～3 s)就可完成[13]。該工藝簡單、高效、應用較多。

(6)等離子：低溫等離子工藝是在電極間高壓電場的作用下，產生大量高能電子，高能電子作用于氣體分子生成多種自由基碎片，將污染物如一氧化碳、氮氧化物、硫化物等轉化生成二氧化碳、水、二氧化硫、氮氣等各種形態(tài)的終產物[14]。當與堿洗技術耦合使用時，二甲二硫、二硫化碳和甲硫醚去除率達到了90%以上，對于甲硫醚、苯乙烯和氨氣也有明顯的去除效果[15]。該方法處理設備體積相對較小，自重輕，適用于布置緊湊、場地狹小等場合，但設備一次性投入成本較大，運行維護成本較高。

上述每種工藝對臭氣中各組份的處理能力各不相同，實際工程應用中臭氣中的成分很復雜，通常需將上述工藝組合使用，例如：酸堿洗滌和UV光解組合，生物濾池和活性炭吸附組合，酸堿洗滌和活性炭組合等，進而保障臭氣處理能穩(wěn)定達標。

3 工程案例中的問題和解決方案

3.1 工程技改前系統(tǒng)配置

某垃圾焚燒廠設3臺圓盤污泥干化機，污泥干化處理日規(guī)模共計300 t，處置對象為城市污水處理廠污泥，進場污泥含水率80%。

原設計中，干化機尾氣經過除塵冷凝后，通過尾氣風機輸送至垃圾池內，與垃圾池內空氣混合后，經由垃圾焚燒爐一次風機抽取，送至焚燒爐內焚燒。廠房內臭氣則由獨立設置的風機集中收集，抽取后經由鍍鋅鐵皮風管送至垃圾池內。

項目建成調試期間，暴露出來干化機的尾氣風機軸承有高濃度臭氣泄漏，風機小室內臭味明顯。同時廠房內的原有通風量偏低，干化車間內負壓不明顯，臭氣收集效果差，廠房內臭味明顯。

3.2 技改措施

針對上述過程中暴露的問題，集中進行了技改。

(1)減少臭氣外溢量

干化機尾氣因為臭氣濃度較高，保留原有設計路徑，仍排至垃圾池內集中處理，此路氣體管道改為不銹鋼材質，全程采用焊接工藝，保障臭氣不外溢。

(2)加大換風量，新設臭氣處理系統(tǒng)

干化車間內重新核算換氣次數(shù)，加大換風量，保障廠房的負壓運行。同時對干化機軸承、檢修口、尾氣風機間等臭氣泄漏重點區(qū)域分別布置吸風口，進行有效收集。改造后部分風量較大，如果仍然排至垃圾池，會對垃圾池的負壓效果造成不利影響，故干化車間內收集的臭氣單獨設置一套臭氣處理系統(tǒng)。

新設置的除臭系統(tǒng)工藝流程為酸堿洗滌+UV光解+低溫等離子的工藝組合。其中酸堿洗滌為主要工藝，UV光解和低溫等離子為輔助工藝。廠房內吸風管道整體采用PP材質，風機室外布置，考慮冬季室內外溫差較大，易出現(xiàn)凝結情況，風機出口排風管道及排氣筒整體采用不銹鋼材質。

(3)設置回風系統(tǒng)

北方地區(qū)考慮冬季防寒防凍的需求，為保障廠房內的冬季溫度，設計了回風系統(tǒng)，將處理達標的排放風部分回用至廠房內?；赜蔑L系統(tǒng)進行二次除濕，風量可調。

3.3 技改效果

技改完成后，廠房內負壓明顯。干化機尾氣輸送管道無明顯臭氣外泄，干化機軸承附近及尾氣風機小室內負壓收集效果較好，臭氣外溢情況顯著改善。干化車間內臭氣經酸堿洗滌+UV光解+等離子分解后，臭氣排放濃度遠低于該項目地方標準《北京市大氣污染物綜合排放標準》(DB 11/501—2017)和國家標準《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)的要求，詳見表1。

表1 臭氣凈化效果檢測對比表

3.4 同類項目對比和建議

在對類似的污泥耦合垃圾焚燒項目對比中顯示(詳見表2)，污泥干化過程中不可避免都會產生臭氣泄漏的情況。輸送管道的源頭做好負壓輸送，管道焊接等防漏措施，部分泄漏重點區(qū)域的集中捕集是除臭前端設計的關鍵。后端的處置在垃圾焚燒廠內基本一致，臭氣濃度較高的干化機尾氣送至垃圾池內，廠房內的低濃度大風量的臭氣單獨設置除臭系統(tǒng)。部分項目在干化廠房內還單獨配置有植物液噴淋系統(tǒng)，作為干化機停機檢修期間的輔助除臭工藝。

表2 污泥干化協(xié)同焚燒項目除臭案例對比表

結合案例的技改和同類項目的對比調研，對于污泥耦合垃圾焚燒的項目干化車間的除臭設計和施工的幾點建議如下：

(1)尾氣臭氣收集輸送管路應盡量運行在負壓狀態(tài)，可在垃圾池側增設引風機。

(2)尾氣輸送管路宜選用不銹鋼材質，并采用焊接安裝工藝，防止輸送過程中出現(xiàn)泄漏。

(3)尾氣風機宜設置獨立的風機房，并做好換風管路布置。尾氣風機軸封的密封等級應盡量提高，可考慮碳環(huán)密封。

(4)干化機軸承、尾氣風機軸承為高濃臭氣泄露的主要源頭。吸風管道布置吸風口和管道高度應合理，要特別重視各支路風管的負壓設計保證。

(5)廠房的換氣次數(shù)適當放大，保障廠房內的負壓，可有效防止臭氣外溢。對應北方地區(qū)，考慮冬季防寒防凍，可將處理達標的排放風部分回用至室內。

(6)廠房臭氣的除臭工藝以洗滌為主，植物液洗滌工藝普遍反應成本較高，除臭效果略優(yōu)于酸堿洗滌。但因臭氣成分種類復雜，建議在選擇除臭工藝時，至少與活性炭吸附、UV光解或低溫等離子等工藝中的一種或兩種復合使用，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和達標排放。

4 結論

各垃圾焚燒廠對污泥干化產生的臭氣處理各有特點，也存在共性。

對應污泥干化機內產生的不凝結尾氣，其臭氣濃度較高，送往垃圾池入爐燃燒是主要處理方式。此處理方式中臭氣輸送過程的防泄漏是重點，輸送管道宜全程采用焊接連接，并考慮負壓輸送。

對應干化車間內的臭氣，其濃度相對較低，但分布較為分散，需設置吸風管路進行統(tǒng)一收集，并配置獨立的除臭系統(tǒng)。其中干化機的端部軸承、尾氣風機軸承、干污泥輸送設備及臭氣管道接口等位置為臭氣的重點泄漏位置，應重點布置吸風口。污泥輸送機內和臭氣輸送管道內均應保持負壓，并提高廠房換氣次數(shù)，從而改善污泥干化廠房的運行環(huán)境。