關(guān)于燃煤發(fā)電機組摻燒城市污水處理廠污泥工程的環(huán)境可行性及生態(tài)環(huán)境保護的探討
——以馬鞍山市為例

戴凌杰

（馬鞍山市環(huán)境監(jiān)測中心站，安徽 馬鞍山 243000）

隨著我國社會經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快，城市污水的產(chǎn)生量和納管率逐步提高，相應污水處理產(chǎn)生的污泥量也不斷增加，據(jù)估算2020年全國污泥產(chǎn)生量約為6 000萬噸[1]，尋找一種更加合理有效且無害的污泥處置方式迫在眉睫。

2018年國家能源局、環(huán)境保護部聯(lián)合下發(fā) 《關(guān)于開展燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點工作的通知》，文件指出，組織燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電技改試點項目建設，旨在發(fā)揮我國煤電體系技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢，依托現(xiàn)役煤電高效發(fā)電系統(tǒng)和污染物集中治理設施。本文結(jié)合相應技術(shù)規(guī)范、污染物排放標準探討燃煤發(fā)電機組摻燒污泥的環(huán)境可行性和生態(tài)環(huán)境保護要點。

1 污泥摻燒可行性分析

1.1 馬鞍山市污泥產(chǎn)生情況

以馬鞍山市為例，2019年污水處理廠處理量約9 492萬立方米/年[2]，參考馬鞍山城鎮(zhèn)南部污水處理廠擴建工程項目試運營期間統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行簡單類比分析，該污水處理廠每年處理1 825萬立方米污水，產(chǎn)生污泥2.4萬噸（含水率80%），則全市相應的污泥產(chǎn)生量約為12.48萬噸/年（含水量為80%），故馬鞍山市每天約有342噸污泥需要處置。

1.2 燃煤發(fā)電機組摻燒污泥的優(yōu)勢

2016年國務院印發(fā)的《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》提出了“提升污水再生利用和污泥處置水平，大力推進污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率達到90%，京津冀區(qū)域達到95%”[3]的目標要求。目前，污水處理廠生產(chǎn)的污泥處置方式主要是衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒、制造建材等，結(jié)合當前國家環(huán)保政策的要求及各類污泥處置應用效果，污泥采用燃煤發(fā)電機組摻燒方式處置具有投資小、運營成本低、生態(tài)環(huán)境影響小等優(yōu)勢。馬鞍山市有規(guī)模以上電力、熱力的生產(chǎn)和供應企業(yè)14家，全市火電設備容量為516.03萬千瓦[2]，年耗煤827.98萬噸[2]，具備采用燃煤發(fā)電機組摻燒污泥的基礎條件。

2 污泥摻燒可行性分析

2.1 污泥摻燒比例以及對鍋爐運行的影響

本次實驗以某燃煤發(fā)電公司相關(guān)數(shù)據(jù)為例，分析燃煤發(fā)電機組摻燒污泥的環(huán)境可行性。某發(fā)電公司現(xiàn)有四臺330 MW燃煤發(fā)電機組，ECR工況下，單臺發(fā)電機組的爐膛容積熱負荷為106.2 kW/m3，爐膛斷面熱負荷為4 524 kW/m2，爐膛火焰溫度為1 400-1 500 ℃；鍋爐最大蒸發(fā)量為1 025 t/h，鍋爐計算燃料量為113.765 t/h，每天燃煤量約2 730 t，四臺機組合計耗煤10 920 t/d。假設發(fā)電組摻燒污泥（含水率80%）400 t/ d，將含水率80%的污泥間接干化至含水率40%，摻燒污泥約為240 t/ d，則入爐摻燒污泥的比例為2.19%。

參考污泥干化與電站燃煤鍋爐協(xié)同焚燒處置的試驗研究的工藝計算，將含水率80%的污泥間接干化為含水率40%的污泥后（摻燒比為4%），鍋爐理論燃燒溫度、理論煙氣量、煙氣流量、排煙溫度、排煙損失及鍋爐效率等各項參數(shù)的變化很小。由于摻燒污泥后煙氣流量少量增加，只使爐膛理論燃燒溫度略有上升，但增加幅度不大，低于2 ℃，排煙溫度相比摻燒前升高1.3 ℃，使得排煙損失略有上升，鍋爐效率下降了0.06%[4]。所以，因本次摻燒污泥比例為2.19%，對鍋爐的運行穩(wěn)定性影響在可接受范圍內(nèi)。

根據(jù)煤粉鍋爐污泥摻燒技術(shù)的試驗研究分析，以鍋爐受熱面中最容易遭受磨損的低溫省煤器為例，計算摻入比為6%污泥（含水80%）進行摻燒，煙氣流量稍有增加，通過計算總磨損率在1.005左右，磨損率變化甚微，可不加考慮[5]。

2.2 工藝流程及產(chǎn)污環(huán)節(jié)

本次實驗設計污泥摻燒工藝流程為：將含水率80%的污泥由污水處理廠運送至燃煤電廠的濕污泥存儲間，經(jīng)螺桿泵運送至干化機，采用電廠自身減溫減壓的低壓過熱蒸汽進行間接換熱，將含水率降至40%后送入干污泥存儲間，然后在原煤車間按一定比例配比后送鍋爐燃燒。

3 污染物產(chǎn)排及環(huán)境防治措施

3.1 廢氣

3.1.1 廢氣產(chǎn)排情況及處理方案設計

濕污泥存儲、上料、干化、干污泥存儲、分配與摻燒過程均會產(chǎn)生廢氣。將干化系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵經(jīng)布袋除塵處理后與濕污泥存儲、上料、干污泥存儲、廢氣一并送入鍋爐內(nèi)進行焚燒，采用現(xiàn)有煙氣處理系統(tǒng)“高效低氮燃燒+SCR脫硝+靜電除塵+爐外石灰石-石膏法脫硫+濕法靜電除塵”的處理流程進行處理達標后排放。

3.1.2 廢氣處理可行性分析

污泥的主要成分見“馬鞍山市城鎮(zhèn)污水處理廠污泥堆肥處理工程的取樣分析結(jié)果”，元素分析結(jié)果為碳14.04%、氫1.8%、硫0.19%、氧12.11%、氮2.16%、氯0.0295%；工業(yè)分析結(jié)果為灰分35.18%、全水分59.24%、可燃基揮發(fā)份為50.78%；收到基低位熱值9.981 mg/kg；重金屬成分為總鎘0.9 mg/ kg、總汞0.34 mg/kg、總鉛40 mg/kg、總鉻60 mg/kg、總砷<100 mg/ kg、總鎳<100 mg/kg、總鋅480 mg/kg、總銅100 mg/ kg。

（1）根據(jù)入爐煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)以及入爐污泥泥質(zhì)分析數(shù)據(jù)折算含水率后，加權(quán)計算最終混合入爐燃料成分及熱值。經(jīng)過計算，入爐混合燃料成分及熱值計算結(jié)果為收到基水分7.70%、收到基灰分20.92%，收到基全硫0.45%，收到基碳60.66%，收到基氫3.88%，收到基氧6.02%，收到基氮1.07%，收到基低位發(fā)熱量23.32 mg/kg。

（2）根據(jù)混合燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣量以及顆粒物、SO2、NOx均采用《污染源源強核算技術(shù)指南-火電》（HJ888-2018）中推薦的公式計算，摻燒尾氣排放數(shù)據(jù)為煙氣量984694 Nm3/ h、顆粒物1.94 mg/Nm3、SO218.66 mg/Nm3、NOx45.50 mg/Nm3，各項污染物排放限值符合《關(guān)于印發(fā)煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）的通知》（發(fā)改能源[2014]2093號）的要求。

（3）重金屬排放情況對比鍋爐額定蒸發(fā)量為1 025 t/ h，干化污泥摻燒比例為1.96%，，1#機組尾氣的監(jiān)測數(shù)據(jù)（各因子濃度均為折算成標干煙氣量下的濃度）汞3.6×10-5mg/m3、砷2.43×10-3mg/m3、鉛9.57×10-3mg/m3、鉻0.0812 mg/m3、鈷6.32×10-3mg/m3、銅9.39×10-3mg/m3、錳0.0388 mg/m3、鎳0.0270 mg/m3，鎘、鉈、銻及其他化合物未檢出，監(jiān)測結(jié)果滿足《生活垃圾焚燒污染控制》（GB18485-2014）中的限值要求。由以上監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，本次實驗設計的燃煤鍋爐摻燒污泥后尾氣中各項污染因子排放限值可以滿足相應標準的要求。

3.2 廢水

3.2.1 廢水主要水質(zhì)分析

本次實驗設計的污泥摻燒工藝摻燒的廢水主要是污泥干化過程產(chǎn)生干化乏汽冷凝水以及乏汽冷凝塔間接冷卻水。乏汽冷凝塔間接冷凝水在摻燒過程中僅溫度升高，不受污泥摻燒的污染因子影響。根據(jù)前期實驗測試檢測的干化乏汽冷凝廢水主要成分及檢測值為pH值為8.83、CODcr為1 270 mg/L、BOD5為292 mg/L、氨氮為160 mg/L、總氮為211 mg/L、總磷為3.57 mg/L、SS為403 mg/L、石油類為51.7 mg/L。

3.2.2 廢水處理方案設計及處理效果

廢水處理方案設計為：干化機產(chǎn)生的冷凝液重力流入調(diào)節(jié)池，與干化廠區(qū)產(chǎn)生的其他污水混合勻質(zhì)勻量后，經(jīng)提升泵提升進入氣浮池，在氣浮池去除廢水中懸浮物及膠體污染物，降低后去生化系統(tǒng)處理負荷，氣浮出水重力流入生化池，此生化池由兩級A/O反應池組成。在一級A/O反應池去除污水中大部分COD、氨氮和總氮污染物，在二級A/O反應池強化去除廢水中總氮污染物。生化池出水經(jīng)二沉池泥水分離、濾布濾池去除懸浮物后進入清水池，達標后接入污水管網(wǎng)外排，不達標廢水回流至調(diào)節(jié)池進行再處理。各設計單元處理效率為：調(diào)節(jié)池去除率為CODcr為2%，BOD5為5%；A2/O的去除率為CODcr為88%、BOD5為90%、氨氮為88%、總氮為88%、總磷為80%；沉淀池去除率為CODcr為5%，BOD5為5%。設計的處理工藝不僅對廢水中有機物具有較高的去除效率，同時具有脫氮除磷效果。由此可知，污水處理站的出水濃度CODcr為141.9 mg/L、BOD5為26.4 mg/L、氨氮為19.2 mg/L、總氮為25.3 mg/L、總磷為0.71 mg/L，滿足《污水綜合排放標準》（GB8978-1996））中其他排污單位的三級標準限值要求。

4 結(jié)論

根據(jù)實驗分析，馬鞍山市現(xiàn)有的燃煤發(fā)電機組有能力處置全市污水處理廠產(chǎn)生的污泥，對燃煤機組的穩(wěn)定性和磨損率也在可接受范圍內(nèi)，廢水、廢氣可以實現(xiàn)達標排放。采取燃煤發(fā)電機組干化摻燒方式處置污水處理廠污泥，可有效提高馬鞍山市污泥的穩(wěn)定化、無害化和資源化處理率，積極推進“無廢城市”的創(chuàng)建。