污泥干化焚燒過程中污染物排放探究

陳漢銀

河源方元市政建筑工程有限公司

1 引言

隨著工業(yè)廢水、生活廢水、污水處理后產(chǎn)生污泥量的增多，污泥逐漸成為環(huán)境保護(hù)的負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)填埋的方式會(huì)占用大量的土地資源，容易造成環(huán)境的污染和損害。為更好地實(shí)現(xiàn)污泥處理無公害化的發(fā)展，我國引入干化焚燒的處置方式。在干化處理后污泥可轉(zhuǎn)化為顆粒形態(tài)，利于對其充分的燃燒，而燃燒后產(chǎn)生的物質(zhì)和化合物可進(jìn)行二次的應(yīng)用，最大限度地減少對環(huán)境的污染以及處置的成本。

2 污泥干化焚燒排放現(xiàn)狀與工藝分析

2.1 污泥處置現(xiàn)狀分析

在我國城市化建設(shè)日趨完善，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展獲得較大機(jī)遇的背景下，污染物治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作處理的效果和工作水平不斷提升，污泥處理量也隨之增長。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國污泥產(chǎn)生量超過5000萬噸，且含水量高達(dá)80%，需要對其進(jìn)行干化降低含水量，再實(shí)施焚燒的處理。這種處置的方式不但能源消耗量較大，焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體和重金屬物會(huì)對城市生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，成為環(huán)境保護(hù)和治理工作中污染物的主要來源之一?，F(xiàn)階段，污泥處理的方式主要包含堆肥、焚燒、降解等，其中焚燒技術(shù)雖然有著污染物排放的缺陷，長期有害氣體的排放會(huì)對人的健康產(chǎn)生威脅。但是其處理成本低、占地面積小、部分資源可以利用等優(yōu)勢，是當(dāng)前我國各類處理技術(shù)中減量化程度最高，且處置較為徹底的方法。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界各國中發(fā)達(dá)國家對污泥減量化的處理大多采用焚燒的方式，而我國污泥焚燒處置量占據(jù)總量的僅僅3%左右，與發(fā)達(dá)國家相比較還存在一定的差距。造成這種局面的原因在于我國焚燒治理技術(shù)研究較晚，相關(guān)的理論依據(jù)不夠完善，還不能以研究成果展示的方式來獲得大眾的認(rèn)可和支持，使得這種方式難以持續(xù)性地進(jìn)行。

2.2 污泥干化焚燒的工藝

2.2.1 脫水干化技術(shù)

我國大部分污泥的含水量均值為80%左右，要想通過焚燒作出污泥的處置，其根本條件為降低含水量，并增加污泥的熱值。要想達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)需要采用脫水干化設(shè)備，以熱鼓式干化技術(shù)為主，采用直接接觸含水量較大的污泥的方式，通過直接和間接加熱，蒸發(fā)和擴(kuò)散掉大部分的水分。通過干化處理后的污泥體積有所減少，大部分可變?yōu)轭w粒狀態(tài)，減少焚燒的難處和成本的同時(shí)，為焚燒提供有利的條件。干化技術(shù)和方式的選擇，主要應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：（1）防止干化過程產(chǎn)生二次污染，以熱傳導(dǎo)間接加熱為例，這種干化方式產(chǎn)生的少量氣體，會(huì)帶走大量的污泥水分，有著較高的工作效能，當(dāng)氣體的出現(xiàn)也會(huì)對污染物的處理增加一定的難度；（2）減少處理成本，提升處置的效率。在選擇干化燃料和設(shè)備時(shí)，要充分考量干化過程中所需要投入的成本，依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況制定成本使用規(guī)劃，保障其控制在合理的范圍內(nèi)。在污泥干化處理過程中，由于部分污泥中的水分以細(xì)胞水和結(jié)合水為主，在蒸發(fā)中會(huì)受到污泥性質(zhì)的影響，因此應(yīng)更加謹(jǐn)慎地選擇干化的技術(shù)和設(shè)備。通過對污泥處理技術(shù)的深刻研究，在傳統(tǒng)干化技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)造的新型技術(shù)，如電滲脫水和太陽能干化技術(shù)，使干化的水平得到一定程度的提升。

2.2.2 焚燒技術(shù)

焚燒技術(shù)主要分為直接焚燒和干化后焚燒兩種，其中干化后焚燒更節(jié)約成本，是常用的技術(shù)之一。這種處置方式借助石灰來保持焚燒爐的溫度，在特定的溫度范圍內(nèi)可使污泥水分蒸發(fā)，形成污泥灰來減少體積占比，同時(shí)焚燒產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)可進(jìn)行二次利用。最后，焚燒氣體凈化技術(shù)。污泥焚燒過程中產(chǎn)生的氣體，對環(huán)境有著不同程度的污染，對于氣體的凈化處理，主要采用水氣分離技術(shù)，將煙氣放置在水中，減少氣體在大氣中的揮發(fā)。通過處置后的焚燒氣體，會(huì)二次進(jìn)入到凈化設(shè)備中，保障沒有危害性且滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)，才被允許進(jìn)入大氣中，保障對環(huán)境的保護(hù)。

3 污泥干化焚燒排放污染物的優(yōu)勢

3.1 碳化有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)資源再利用

污泥作為一種固體的廢料，其來源不同所構(gòu)成的化學(xué)元素也存在較大的差異。自來水污泥、生活用水污泥、工業(yè)廢水產(chǎn)生污泥，都包含不同的危害物質(zhì)，一旦選擇不潔凈的處置方式會(huì)對環(huán)境造成傷害和污染。在處置過程中，直接焚燒和干化焚燒方式有著不同的處置效果。不經(jīng)過脫水干化處理的污泥，會(huì)增加直接焚燒的難度和要求，一旦焚燒不徹底就會(huì)造成大量氣體的出現(xiàn)，且需要消耗大量的阻燃燃料，有著成本大和處置不徹底的危險(xiǎn)。而干化焚燒方式可利用熱能降低污泥含水量，干化后的污泥不需要添加大量的阻燃物質(zhì)，且焚燒的更徹底，碳化處置更多的有機(jī)物，減少氣體的出現(xiàn)和細(xì)菌的滋生。另外，污泥干化焚燒過程中產(chǎn)生的部分有機(jī)元素，可制作成相關(guān)的產(chǎn)品，促進(jìn)資源的二次應(yīng)用，是污染較低且安全的處理方式。

3.2 處置速度快，減少運(yùn)輸和存儲(chǔ)的成本

污泥干化處置后含水量的大幅度減少，會(huì)降低其空間體積面積，物質(zhì)密度的增加，使其顆粒感更強(qiáng)。在進(jìn)入焚燒處理流程后，污泥轉(zhuǎn)化為焚燒灰，不但高溫可滅殺其中的有毒有害物質(zhì)，還能夠使物質(zhì)穩(wěn)定性更強(qiáng)。經(jīng)歷干化焚燒后的污泥，可直接進(jìn)行掩埋，不需要做出二次的處理。同時(shí)不同長期的存儲(chǔ)和運(yùn)輸，大大簡化處置的流程，提升污泥處理的效率。這種方式與傳統(tǒng)處理方式相比較，在不同階段處理成本應(yīng)用上，可節(jié)省大量的時(shí)間和資金。在處置穩(wěn)定化上，干化焚燒技術(shù)所采用的設(shè)備和化學(xué)元素更環(huán)保，成為眾多污泥處理工作的主要手段。

4 污泥干化焚燒過程中污染物排放特性

4.1 焚燒廢氣的排放

焚燒產(chǎn)生的大量廢氣以氮化物、硫化物、氯化氫、飛灰等為主，其中氮氧化物為主要?dú)怏w，其產(chǎn)生的方式主要是氮化物通過焚燒分解，產(chǎn)生具有可燃性的氣體。而這種氣體的含量會(huì)受到水分的影響，經(jīng)過干化處理的污泥所產(chǎn)生的氣體含量一般高于煤炭，而具有一定含水量的污泥，其焚燒氣體量會(huì)有所減少。而硫化物和氯化氫氣體的產(chǎn)生，主要是污泥自身存在的硫元素，經(jīng)過燃燒后會(huì)形成硫化物。一旦焚燒溫度和摻混比較高時(shí)，硫化物的濃度會(huì)隨之提升。飛灰主要產(chǎn)生在焚燒過程中，焚燒爐內(nèi)的灰結(jié)焦會(huì)燃燒產(chǎn)生大量的粉塵顆粒，伴隨著重金屬物在爐內(nèi)揮發(fā)，其金屬物的含量也會(huì)大幅度增加。這種經(jīng)過焚燒產(chǎn)生的廢氣，其濃度的變化會(huì)隨著時(shí)間的變化而增加和減少。相關(guān)研究顯示，經(jīng)過干化的污泥在焚燒開始階段，污泥量充足條件下，氣體的產(chǎn)生量會(huì)不斷增加，其中各類氣體活躍度較強(qiáng)。而在干化污泥燃燒一段時(shí)間后，隨著含量的大幅度減少，飛灰和金屬物的增多，所產(chǎn)生的廢氣量也會(huì)有所降低，整體氣體含量變化呈現(xiàn)上升到下降的拋物線趨勢。

4.2 重金屬的排放

在經(jīng)過干化污泥焚燒的過程中，所產(chǎn)生的飛灰伴有大量的重金屬物質(zhì)，其中最受到關(guān)注的為金屬汞。這種物質(zhì)在沒有燃燒的條件下呈現(xiàn)液態(tài)狀態(tài)，并有著明顯的易揮發(fā)特性，在空氣中的排放容易造成污染。而污泥中這種金屬汞的含量約為每千克1mg～4mg，在經(jīng)過燃燒處理后，在溫度達(dá)到350℃以上時(shí)，金屬汞會(huì)成為氣體排出。對于這種金屬物排放的控制，首先要了解汞元素的存在形式，一般性的離子形態(tài)汞可溶于水，因此可利用濕法洗滌的方式進(jìn)行排放。而污泥中汞含量的較高的條件下，這種簡單的濕法祛除則不能有效的控制金屬物質(zhì)的排放，還需要在此基礎(chǔ)上選擇其他的方法。具體而言，可利用化學(xué)添加劑和活性炭，主要利用吸附的作用，來減少焚燒過程中金屬物汞的含量。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示這兩種添加劑祛除汞含量的效率達(dá)到近85%。在有效控制金屬物排放量的情況下，對于焚燒物質(zhì)的二次處理效率，主要還由這幾個(gè)要素決定：（1）金屬物的揮發(fā)和傳遞速度；（2）汞的溶解度。只有汞物質(zhì)有著較高的傳遞速度和水溶性，才能夠通過吸附和濕祛除等方法，控制汞物質(zhì)的揮發(fā)和排放，保障污泥干化焚燒的清潔和環(huán)保。

4.3 二噁英的排放

二噁英作為無色無味的有毒氣體，其在大氣中的排放不但會(huì)對人們身體造成傷害，還會(huì)經(jīng)過生物體內(nèi)的累積形成難以被分解的狀態(tài)。物體的燃燒作為二噁英產(chǎn)生的基礎(chǔ)條件，使干化污泥的焚燒有著大量二噁英氣體的排放。為更好地實(shí)施污泥干化焚燒處理技術(shù)，保障二噁英的排放滿足國家的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，我國對其的產(chǎn)生和控制作出大量的實(shí)驗(yàn)和研究。其產(chǎn)生的結(jié)果顯示二噁英氣體的產(chǎn)生需要氯元素，而焚燒過程中硫元素的存在，可有效地控制二噁英的生成。因此在進(jìn)行污泥干化焚燒時(shí)，可借助混合處置的方式，通過污泥和煤炭的混合焚燒后，硫元素對二噁英的控制造成排放濃度下降。而氯元素和其硫元素依據(jù)相關(guān)配比進(jìn)行混合，參與到干化污泥焚燒中，不同配比量會(huì)對二噁英產(chǎn)生不同的抑制效果。但濃度和配比達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，二噁英的含量則會(huì)滿足國家環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)，可對焚燒的氣體進(jìn)行排放處理。只要減少污泥單獨(dú)的焚燒，就能有效控制二噁英的含量，在不需要任何二次處理的情況下，二噁英的濃度和含量也會(huì)達(dá)到排放的要求，為污泥干化焚燒工作帶來一定的參考和幫助。

5 結(jié)束語

總而言之，在我國城鎮(zhèn)化建設(shè)速度不斷加快，工業(yè)活動(dòng)頻繁發(fā)生的背景下，我國所需要處置的污泥量較大。在缺少有效的處置技術(shù)和方法下，我國污泥處置率不斷降低，存在較大的缺口。經(jīng)過長期的研究和試驗(yàn)，干化焚燒污泥的方式有著一定的可操作性，在減少污泥體積和保護(hù)環(huán)境上，這種方式有著較強(qiáng)優(yōu)勢。但在部分環(huán)境和條件下的焚燒也存在相應(yīng)的缺陷。如可燃物的出現(xiàn)會(huì)造成燃燒過度，焚燒飛灰和粉塵的易燃易爆等，會(huì)增加污泥的處理難度。還需要相關(guān)研究者針對污泥干化焚燒不同階段產(chǎn)生的物質(zhì)和氣體作出細(xì)致的研究，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境前提下探索協(xié)同焚燒的方式，以提升我國污泥處理率，增加環(huán)境污染治理和保護(hù)的水平。