污泥焚燒灰渣資源化利用工程實(shí)例分析

摘要：污泥焚燒技術(shù)發(fā)展迅速，能徹底消滅病菌，無(wú)害化效果好，減量化明顯?；以馁Y源化利用研究不僅能解決土地填埋、環(huán)境污染等問題，還能創(chuàng)造多元生態(tài)價(jià)值。污泥焚燒灰渣的再利用途徑研究較多，但未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。本文結(jié)合污泥焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，研究污泥焚燒灰渣處置，然后以上海市某污水處理廠為例，分析污泥焚燒灰渣建材利用的基本原則和綜合效益，為污泥焚燒灰渣資源化利用提供參考。

關(guān)鍵詞：污泥焚燒灰渣；污泥處理；資源化利用；工程實(shí)例

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）08-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.021

Engineering Case Analysis on resource utilization of sludge

incineration ash

SHEN Yiwen

（Shanghai Chengtou Wastewater Treatment Co.， Ltd.， Shanghai 200942， China）

Abstract： The sludge incineration technology is developing rapidly， which can completely eliminate bacteria， with good harmless effects and significant reduction. The research on the resource utilization of ash not only solves problems such as land landfill and environmental pollution， but also creates diverse ecological values. There are many studies on the reuse methods of sludge incineration ash， but they have not been industrialized. Based on the application status of sludge incineration technology， this paper studies the disposal of sludge incineration ash， and then takes a sewage treatment plant in Shanghai City as an example to analyze the basic principles and comprehensive benefits of utilizing sludge incineration ash as building materials， providing reference for the resource utilization of sludge incineration ash.

Keywords： sludge incineration ash; sludge treatment; resource utilization; engineering case

污泥的合理處置及資源化利用已成為關(guān)注的熱點(diǎn)?！丁笆奈濉背擎?zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》明確提出，2025年城市污泥無(wú)害化處置率超過90%，到2035年全面實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化處置。2022年9月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《污泥無(wú)害化處理和資源化利用實(shí)施方案》，明確提出污泥無(wú)害化處理和資源化利用的基本原則、目標(biāo)和具體措施。污泥資源化利用不僅能化解環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，而且在能源再利用、碳減排等方面貢獻(xiàn)較大。污泥焚燒技術(shù)成熟，發(fā)展迅速，能徹底消滅病菌，無(wú)害化效果好，減量化明顯，污泥焚燒產(chǎn)物的再利用途徑研究較多，但未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2019—2021年我國(guó)新建污泥處置項(xiàng)目中，采用污泥焚燒工藝的占比高達(dá)70%左右[1]。市場(chǎng)應(yīng)用日益廣泛，特別是長(zhǎng)江三角洲，例如，上海市已經(jīng)確立以干化焚燒為主的污泥處理處置路線?？傊?，污泥焚燒在減量化、無(wú)害化及穩(wěn)定化方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，而污泥焚燒灰渣資源化利用是制約該技術(shù)發(fā)展的瓶頸。本文結(jié)合污泥焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，研究污泥焚燒灰渣處置，然后以上海市某污水處理廠為例，分析污泥焚燒灰渣的建材利用，從而更好地推進(jìn)污泥焚燒灰渣的資源化利用。

1 污泥焚燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

污泥是污水處理的副產(chǎn)物，隨著產(chǎn)生量日益增加，污泥的合理處置及資源化利用受到廣泛關(guān)注。污泥經(jīng)過脫水、消化或熱干化等處理后，需要進(jìn)行安全處置，我國(guó)大部分采用土地利用、焚燒和衛(wèi)生填埋進(jìn)行處置，污泥填埋率達(dá)65%，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家[2]。污泥焚燒技術(shù)減量化徹底，無(wú)害化效果明顯，減少填埋空間及污染，經(jīng)過多年發(fā)展，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用工程較多。該技術(shù)在日本已經(jīng)相當(dāng)普及，污泥焚燒處理量占污泥處理總量的60%[3]。我國(guó)污泥焚燒起步較晚，但發(fā)展迅速。作為國(guó)內(nèi)首套干化焚燒工程，上海市石洞口污泥干化焚燒工程2004年投運(yùn)。目前，長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲陸續(xù)開展若干焚燒項(xiàng)目，建設(shè)、設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化案例成果較多，制定污泥焚燒行業(yè)技術(shù)規(guī)程，對(duì)該技術(shù)逐步標(biāo)準(zhǔn)化具有重要作用。國(guó)內(nèi)污泥焚燒主要聚焦于焚燒爐工藝優(yōu)化、排放尾氣特性及工藝優(yōu)化、建立能量平衡模型、分析節(jié)能降耗等方向，但圍繞污泥焚燒灰渣處置及資源化的應(yīng)用研究較少，面對(duì)控制污染的需求，污泥焚燒產(chǎn)物的資源化利用值得關(guān)注。

2 污泥焚燒灰渣處置

2.1 處置現(xiàn)狀

污泥焚燒灰渣是指污泥經(jīng)過高溫燃燒后的無(wú)機(jī)物殘?jiān)鶕?jù)處理工藝，焚燒爐內(nèi)爐渣及煙氣除塵器去除的飛灰需要進(jìn)一步處置。污泥焚燒灰渣粒徑小，質(zhì)輕，主要成分為硅酸鹽、磷酸鹽、金屬顆粒及氧化物[4]。一般布袋飛灰常作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處置，而處置方式為螯合穩(wěn)定化處理后進(jìn)行填埋，而其他灰渣作為一般固體廢物直接填埋，或者外運(yùn)綜合利用，如制磚[5-6]。污泥焚燒灰渣的重金屬含量隨焚燒設(shè)備及處理工藝變化，根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2021年版）》，有的焚燒項(xiàng)目對(duì)飛灰和爐渣鑒定后，若不屬于危險(xiǎn)廢物，則可按一般固體廢物進(jìn)行處置。例如，溫州市污泥集中干化焚燒廠產(chǎn)生的灰渣全部送往制磚廠制磚[7]。日本已實(shí)現(xiàn)污泥焚燒灰渣的大規(guī)模建材利用[3]，而我國(guó)仍以填埋為主要處置方式。在土地資源緊張、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大的背景下，很多城市填埋容量日益減小，零填埋的資源化利用成為污泥焚燒技術(shù)的研究重點(diǎn)。目前，我國(guó)部分項(xiàng)目已對(duì)污泥進(jìn)行焚燒處理，污泥焚燒灰渣處置方式比較如表1所示。

2.2 資源化研究

污泥焚燒技術(shù)是一種污泥資源化處置方式，而灰渣出路是其制約因素?；以休^多無(wú)機(jī)礦物，與黏土組成相似，可以作為建筑材料和路基材料，可提取污泥焚燒灰渣中的磷元素制備磷肥，或?qū)⑵渥鳛橥寥栏牧紕?。日本利用污水處理廠產(chǎn)生的污泥焚燒灰渣制備透水磚，已實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化應(yīng)用，在政府投資及銷售補(bǔ)償下可盈利[8]。近年來(lái)，我國(guó)污泥焚燒灰渣再利用研究較多，但工業(yè)化應(yīng)用案例較少，資源化產(chǎn)品涵蓋復(fù)合粉煤灰、黏土替代、鳥糞石替代等[9-10]。污泥焚燒灰渣資源化產(chǎn)品及經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)如表2所示。上海市污泥處置以集中處理為主要發(fā)展方向，污泥焚燒后可進(jìn)行建材利用。污泥焚燒灰渣資源化利用可減少填埋用地，降低灰渣處置費(fèi)，形成綠色處置模式。

3 污泥焚燒灰渣資源化利用案例分析

上海市某污水處理廠污泥干化焚燒工程處理規(guī)模為200 t/d，共有6條生產(chǎn)線，除處理本廠污水處理線產(chǎn)生的污泥外，還接納外廠污泥進(jìn)行處置，可根據(jù)污泥量調(diào)整生產(chǎn)線。污泥焚燒項(xiàng)目處理工藝如圖1所示。污泥焚燒灰渣包括爐渣、一次飛灰（靜電或旋風(fēng)除塵）和二次飛灰（布袋除塵），總量約為污泥干基的45%左右，污泥焚燒灰渣與復(fù)合粉煤灰加工成新型建材，用作混凝土輔料，全部灰渣進(jìn)行資源化處置。污泥焚燒灰渣含有多種無(wú)機(jī)礦物，與黏土組成相似。本項(xiàng)目系統(tǒng)分析污泥焚燒灰渣的特性，探討制備新型建材的可行性，最終實(shí)現(xiàn)資源化利用。

3.1 基本原則

3.1.1 安全性

污泥焚燒灰渣組成復(fù)雜，限制其資源化利用的難點(diǎn)在于潛在污染特性。因此，對(duì)污泥焚燒灰渣進(jìn)行鑒定，明確固廢屬性，對(duì)資源化產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，判斷環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，是保障灰渣資源化利用的前提。依據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》（HJ 298—2019）和《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007），經(jīng)鑒定，污泥焚燒灰渣為一般固體廢物，可開展資源化利用研究，對(duì)其進(jìn)行安全處置。污泥焚燒灰渣的重金屬浸出濃度如表3所示。

3.1.2 實(shí)用性

污泥焚燒灰渣包括爐渣、一次飛灰和二次飛灰，經(jīng)測(cè)試，其細(xì)度及需水量不符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）的要求，因此添加改性劑進(jìn)行改性處理，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。將污泥焚燒灰渣與粉煤灰混合磨細(xì)，制得復(fù)合粉煤灰，進(jìn)行改性對(duì)照試驗(yàn)，測(cè)試產(chǎn)品理化性能，結(jié)果顯示，混合后的未改性復(fù)合粉煤灰在性能上已經(jīng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，改性后更是優(yōu)于未改性粉煤灰，可作為水泥生料、混凝土摻合料，應(yīng)用于水泥廠、粉磨站及攪拌站。其在水泥生料和混凝土中的應(yīng)用符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 經(jīng)濟(jì)性

無(wú)論是建材利用還是資源回收，污泥焚燒灰渣的資源化利用均能減少灰渣處置費(fèi)用。本項(xiàng)目爐渣和一次飛灰屬于一般固體廢物，原來(lái)采用填埋處置，單價(jià)約為570元/t，二次飛灰按危險(xiǎn)廢物處置，單價(jià)約為2 200元/t。所有灰渣資源化利用后，綜合處置單價(jià)約為470元/t。污泥焚燒灰渣資源化處置前后的成本對(duì)比如圖2所示。2020年1月至2021年2月，本項(xiàng)目綜合處置單價(jià)明顯降低，累計(jì)處置費(fèi)用降低約600萬(wàn)元。資源化利用是污泥焚燒灰渣處置的必由之路，其投入成本低，產(chǎn)品附加值高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 社會(huì)效益與環(huán)境效益

本項(xiàng)目原采用填埋處置污泥，不僅占用土地資源，還存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，加大填埋場(chǎng)封場(chǎng)難度。污泥焚燒灰渣的建材利用能實(shí)現(xiàn)零填埋，制成可滿足市場(chǎng)需求的建材產(chǎn)品。隨著工藝的革新，本項(xiàng)目首先對(duì)污泥進(jìn)行干化焚燒，然后對(duì)灰渣進(jìn)行資源化利用，取得資源化產(chǎn)品。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化的處置，將污泥焚燒灰渣資源化利用，減少填埋用地，節(jié)省土地資源，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，取得顯著的社會(huì)效益與環(huán)境效益，在國(guó)內(nèi)起到示范作用。

4 結(jié)語(yǔ)

污泥焚燒灰渣處置是污泥焚燒技術(shù)的制約因素，而灰渣資源化利用不僅能解決土地填埋、環(huán)境污染等問題，還能創(chuàng)造多元生態(tài)價(jià)值。污泥焚燒灰渣可以制成復(fù)合粉煤灰，作為水泥和混凝土的輔料。污泥焚燒灰渣資源化利用項(xiàng)目需要考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，兼顧社會(huì)效益與環(huán)境效益，探索產(chǎn)業(yè)化路線，最終實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化和資源化的處置。污泥焚燒工程的設(shè)備選型不一，處理工藝不同，焚燒產(chǎn)物的成分會(huì)存在差異，因此污泥焚燒工程要分析焚燒產(chǎn)物資源化利用的可行性與綜合效益。相比常規(guī)處置，灰渣資源化利用費(fèi)用較低，但產(chǎn)品生產(chǎn)成本偏高，市場(chǎng)需求較少，盈利難度較大。同時(shí)，污泥焚燒灰渣建材利用非常依賴建筑行業(yè)，市場(chǎng)需求波動(dòng)很大。未來(lái)，政府應(yīng)出臺(tái)政策，加強(qiáng)引導(dǎo)，促進(jìn)灰渣建材利用的標(biāo)準(zhǔn)化，推廣和使用資源化產(chǎn)品。

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