污泥協同焚燒技術發展的探討與行業思考

作為生活污水處理的衍生品，近年來污泥產量不斷攀升[1]。據估算，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6 000萬～9 000萬t。如何妥善處理處置這些市政污泥,已成為建設完整城市污水處理廠、提高技術水平和管理水平的重要因素。

污泥處理“十三五”規劃目標中提到，“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。污泥焚燒作為一項比較徹底解決城市污泥的處理技術，具有減容、減重率高、處理速度快、無害化較徹底、余熱可用于發電或供熱等優點，符合污泥“減量化、無害化、資源化”的要求。以上海為例，在中心城區推動污泥獨立干化焚燒項目的同時，在郊區積極實踐生活垃圾爐排爐協同焚燒污泥，協同焚燒技術(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。

1 生活垃圾爐排爐協同焚燒污泥

上海早在2015年已全力推進郊區生活垃圾焚燒廠建設，在經過現場調研、充分比選、中試試驗、工程在線效果驗證等扎實工作基礎上，松江區、奉賢區、金山區確定采用污泥協同焚燒工藝，基本解決三區近期污泥處理問題。同時，為破解上海中心城區污泥難題，減輕老港污泥填埋壓力，釋放老港“百年固廢保障基地”功能，建設中的老港焚燒廠二期工程也同步考慮了污泥協同焚燒(預留接口)。污泥協同焚燒示意圖如圖1所示。

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

1.1 污泥協同焚燒存在的問題

(1)國內污泥協同焚燒尚處于起步階段。

污泥干化焚燒為國外發達國家率先采用，如德國、日本在2010年時的污泥焚燒比例已達53%和68%；2005年10月，瑞士明令禁止污泥土地回用，未來將全部采用污泥焚燒。目前，以上海為例，污泥干化協同焚燒技術是郊區污泥處理的主要方式。其中，金山區、松江區污泥項目已投入運行一年多，奉賢區項目正在調試中。

(2)由于焚燒爐垃圾量超負荷以及污泥摻燒比受限等原因，需要進一步優化相關工藝。

一方面，隨著居民生活水平的提高，城鎮生活垃圾的清運量快速增長(年增長率約3%～6%)，作為垃圾焚燒廠首先要保證垃圾處理負荷，因此在垃圾產量高峰時段，難以保證污泥的全量處理。

另一方面，當污泥摻燒比過高時，容易出現爐膛結焦和鍋爐積灰現象，大大增加了檢修時間和頻次，難以確保連續8 000 h/年的穩定運行要求。金山區現場反饋，爐膛內壁結焦達30 cm，須3個月打焦一次；余熱鍋爐積灰，清灰頻率增加。松江區焚燒廠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7%。協同焚燒規模受到限制，往往難以覆蓋污泥全量處理需求。

1.2 污泥協同焚燒工藝技術優化

(1)鍋爐結焦、積灰測試分析

當污泥干化至含水率為30%～40%時，污泥黏性低、顆粒度細，進入爐膛后由于風壓較大，迅速被沖入二燃室，會產生較多飛灰。同時，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，會引起結焦。通過爐膛焦塊組分、熔點測試，發現深度脫水污泥灰熔點較低(1 000 ℃)，而垃圾焚燒爐內溫度超過1 000 ℃，因此容易發生結焦現象。

(2)開展污泥造粒試驗

對干化污泥進行造粒技術改造，不僅方便運輸，而且能在有較好防積灰效果的同時，使吹到爐膛壁上的污泥灰分減少，結焦問題也有所改善。

(3)上游污泥脫水藥劑控制

污水廠常用的深度脫水調理劑中Ca、Fe含量較高，不利于結焦控制。從協同焚燒角度考慮，需開發新型脫水調理劑，要求藥劑既能增強脫水效果，又能保持較高的灰熔點(超過1 100 ℃)。初步研究認為，Al、Si元素有利于提高灰熔點。

(4)形成系列控制技術

通過以上測試和試驗，對污泥干化協同焚燒項目運行優化，充分掌握污泥結焦特性，開展污泥結焦控制研發，形成一系列結焦控制技術(污泥脫水藥劑控制技術、污泥抗結焦藥劑、摻燒污泥含水量優化、污泥造粒摻燒技術、焚燒爐優化控制技術)，以保障垃圾焚燒爐的安全穩定運行。

1.3 其他需開展的技術研發

(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；

(2)高效低漏渣爐排爐(針對高含砂量污泥摻燒易導致焚燒爐磨損、爐排漏渣等問題)工藝技術和裝備；

(3)生活垃圾協同焚燒污泥的煙氣污染物控制技術；

(4)污泥冷凝水和焚燒廠滲濾液協同處理工藝；

(5)高濃度惡臭氣體組合控制技術。

2 污泥協同焚燒的幾點啟發

2.1 污泥獨立干化焚燒與垃圾焚燒廠共建

建議采用污泥獨立干化焚燒與垃圾焚燒廠共建模式。采用污泥專用焚燒爐為主、垃圾焚燒爐為輔的模式，解決協同焚燒超負荷運行問題，同時，通過共用煙囪、水處理系統、蒸汽發電系統、臭氣處理系統、灰渣處理系統等方法，將污泥獨立干化焚燒產生的廢水、廢氣和廢渣等廢棄物與垃圾焚燒產物一并處理、蒸汽統籌發電和余熱利用，大大節省了工程投資，環保性能也更佳。這樣做工藝更成熟、更可靠，真正做到優勢互補。

2.2 因地制宜合理選擇工藝路線

污泥處置方案多種多樣，但最終目的是要達到“無害化、減量化、資源化”，選用何種工藝必須與當地的實際情況相適應。例如國內大多數污水處理廠的污泥處置是以深度脫水后外運填埋為主，但是在一些土地資源緊缺的發達地區，通常會選用污泥干化焚燒工藝，焚燒后的灰渣，根據其重金屬含量，可直接或使用重金屬螯合劑處理后進入填埋場，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達地區，深度脫水+填埋這條工藝路線實為最切合實際、經濟可行的，其項目建設周期短、投資成本較低。常見的幾個污泥處理處置工藝路線及其發展趨勢如表1所示。

表1 污泥處理處置工藝路線及發展趨勢[2]Tab.1 Sludge Disposal Process Route and Development Trend[2]

2.3 污泥土地利用未來可期

從目前階段來看，污泥干化焚燒值得推崇，而污泥土地利用則是未來值得努力的一個方向。作為一種污泥資源化利用的途徑，我國在2009年就已更新并頒布了《城鎮污水處理廠污泥處置 農用泥質》標準[3]，對重金屬、有機污染物、病原菌、腐熟度、施用作物、最大施用量等指標進行了補充規定，該標準適用于城鎮污水處理廠污泥處置時污泥農用(土地利用)的泥質要求。

總體來看，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，尤其是相關監管體系須完善建立，落實有效監管，以提高衛生安全保證和公信力。與之相比較，污泥干化焚燒技術目前相對較成熟，監管體系相對完善。現階段污泥處置路線建議：東部沿海等發達地區以干化焚燒為主，其他土地資源相對充足、經濟欠發達地區可選擇深度脫水并填埋的方式。

3 結語

污泥處理的“十三五”規劃中明確指出，“十三五”期間應當由“重水輕泥”向“泥水并重”轉變，由“污水處理”向“再生利用”轉變，由此可見，污泥無害化處理將迎來高速發展。污泥焚燒作為一項非常有應用前景的污泥處理技術，尤其是生活垃圾爐排爐協同焚燒污泥工藝已得到了工程化應用，積累了經驗，隨著深入研究和實踐，污泥與垃圾協同處理技術將成為污泥處理處置的一個重要、有效的選項。