污泥干化焚燒利用技術(shù)探討

劉明強

（上海市機電設(shè)計研究院有限公司，上海 200040）

污泥從來源上可分為市政污泥、工業(yè)污泥、疏浚污泥三類，其中市政污泥主要來自自來水廠和污水處理廠水處理所產(chǎn)生的污泥，工業(yè)污泥主要來自各工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)過程及工業(yè)污水處理產(chǎn)生的污泥，疏浚污泥主要為城市黑臭水體治理、河道整治等清挖淤泥。由于我國污水未分流，城鎮(zhèn)污水處理廠也承接了預處理后的工業(yè)廢水，故我國污泥以市政污泥為主。

污泥有如下特點：一是高含水率，脫水前可達99%以上；二是有機物含量高，有難聞的惡臭味；三是重金屬含量較高；四是含有大量的生物病菌。污泥不經(jīng)過無害化處理而任意棄置，或簡單填埋，會造成極大的環(huán)境污染，對人類健康和環(huán)境安全威脅甚大。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，我國污水排放量日益增多，污水處理廠污泥產(chǎn)量快速增加。據(jù)測算，2016 年我國污泥產(chǎn)量約4000 萬噸，預計2020 年，全國污泥產(chǎn)生量將達到6000 萬噸。長期以來，我國污水處理存在著“重水輕泥”現(xiàn)象，市政污水的有效處理率從2001 年就穩(wěn)步保持在85%以上，而污泥安全處理處置率卻不足30%。2016 年12 月國家發(fā)改委、住建部印發(fā)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，明確要重視污泥無害化處理處置，要求到2020 年，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應達到90%。

1 污泥處理技術(shù)

1.1 我國污泥處理方式

目前主流的污泥處理技術(shù)路線有厭氧消化、好氧發(fā)酵、干化焚燒、熱解碳化。污泥厭氧消化、好氧發(fā)酵后可用于土地利用，污泥干化焚燒后可用于建材利用或填埋。其中，干化焚燒是最為徹底的污泥處置方式，可最大限度減少污泥的體積，殺死一切病原體，解決污泥的惡臭問題。另一方面，經(jīng)過脫水的污泥熱值相當于褐煤的水平，可以回收能量用于發(fā)電和供熱，實現(xiàn)能源最大化利用，降低處理成本[3]。

1.2 污泥焚燒技術(shù)特點

污泥焚燒主要有單獨焚燒、混合焚燒。單獨焚燒投資較大，適合污泥處理規(guī)模較大的項目；混合焚燒處理規(guī)模取決于摻燒鍋爐的容量和污泥摻燒比例。

單獨焚燒有兩種工藝：一是將污泥脫水后直接焚燒，這種工藝污泥含水量高，不利于著火燃燒，通常需添加輔助燃料，且焚燒效率低。其優(yōu)點在于工藝簡單，不需要太多預處理過程，易于控制，投資與運行成本低。另外一種，先對污泥進行干化處理，進一步降低污泥的含水率，提高其熱值，再投入焚燒爐焚燒。其優(yōu)點是燃燒過程不需要添加任何輔助燃料。但由于多了一道干化工序，且干化部分占投資比例較大，相比直接燃燒，投資大大提高。

混合焚燒就是將污泥與其他燃料，包括燃煤、生活垃圾、工業(yè)廢渣一起燃燒處理，或?qū)⑵浒匆欢ū壤尤牍I(yè)爐中焚燒，如加入水泥窯中焚燒。這樣的處理方式優(yōu)勢在于同時處理多種工業(yè)、生活的廢棄物，不必為焚燒污泥而專門建造鍋爐，節(jié)省設(shè)備投資和燃料成本。利用水泥窯協(xié)同燃燒處理，可在不影響水泥品質(zhì)的前提下，將污泥固定在水泥中，徹底處置污泥，節(jié)省設(shè)備投資的同時，又省去了處置污泥的流程。需注意的是，因含水率和熱值的差別，摻燒污泥后會改變原有燃燒條件，且增加了煙氣污染排放，要注意摻燒污泥的比例，確保對原有燃燒的影響控制在合理范圍內(nèi)，污染物排放符合排放標準。

1.3 污泥焚燒處理的問題

污泥焚燒最大的問題在于煙氣污染物的排放。污泥中除了含有大量的氮、硫元素，燃燒時，會產(chǎn)生氮氧化物、二氧化硫等污染性氣體，對環(huán)境安全和人體健康危害巨大。污泥燃燒產(chǎn)生大量的飛灰，粉塵污染嚴重。污泥中含有重金屬，包括鎘、汞、鉛等。在溫焚燒下，大部分金屬都蒸發(fā)了，當煙氣流冷卻時，它們凝固在飛灰的顆粒表面。研究表明：78%～98%的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb 和Zn 固定在飛灰中，98%的Hg 隨著煙氣排放到大氣中。這些重金屬毒性巨大，在自然界中極難降解，若不處理，會對環(huán)境造成不可逆的污染。因此采用焚燒處理污泥，必須配置一套煙氣處理裝置，確保煙氣排放符合排放標準，這也增加了投資成本，使系統(tǒng)更加復雜。

1.4 污泥干化技術(shù)分類

污泥干化的意義在于降低污泥含水率，提高污泥熱值，使其達到可燃的標準。污泥干化方式有熱干化、電干化、微波干化、太陽能干化等方式。其中，熱干化方式技術(shù)成熟可靠，實際工程中被廣泛采用。熱干化技術(shù)是利用熱介質(zhì)（高溫煙氣、蒸汽、導熱油等）加熱污泥，使污泥中水分全部或部分蒸發(fā)。

根據(jù)換熱方式，熱干化可分為直接干化和間接干化兩大類。直接干化就是干燥介質(zhì)與污泥直接接觸，進行對流換熱。間接干化就是導熱介質(zhì)(導熱油、蒸汽或空氣)通入換熱器中，通熱傳導加熱污泥。導熱介質(zhì)在封閉回路中循環(huán)利用，與污泥沒有接觸。

直接干化的優(yōu)點有：（1）傳熱效率較高，水分蒸發(fā)速率較快；（2）干化污泥含固率高，可達85%～95%。

直接干化的缺點有：（1）熱介質(zhì)與污泥直接接觸而受到污染，排出的廢蒸汽及廢水量大；（2）所需的熱傳導介質(zhì)體積龐大，能量消耗大；（3）工藝復雜，臭味控制較難；（4）粉塵含量高，易產(chǎn)生爆炸。

間接干化的優(yōu)點有：（1）介質(zhì)不局限于氣體，可用導熱油等；（2）尾氣量較小，環(huán)保性能好；（3）粉塵濃度較低，含氧量較低，安全性能好；（4）電能及熱能消耗較小。

間接干化的缺點有：（1）傳熱效率較低；（2）水分蒸發(fā)速率較低。

直接干化技術(shù)有：直接轉(zhuǎn)鼓式、帶式、流化床式等。

間接干化技術(shù)有：間接加熱轉(zhuǎn)盤式、圓盤式、螺旋式、薄層式、槳葉式等。

污泥干化方式門類眾多，各種工藝都有利有弊，市場上都有實際應用業(yè)績，尚未形成主流優(yōu)勢技術(shù)，污泥干化市場處于各技術(shù)“百花齊放”的狀態(tài)。

2 污泥焚燒設(shè)備

目前我國的污泥焚燒主要是利用焚燒爐，主要爐型有立式多段爐、流化床焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯。

立式多段爐又稱多膛爐，它是一個垂直圓柱形焚化爐，自上而下布置一系列水平絕熱爐膛，可含有4 ～14 個爐膛，從爐頂?shù)綘t底有一個可旋轉(zhuǎn)的中心軸。從污泥焚燒過程來看，多膛爐可分為三個區(qū)域。頂部幾層為干燥區(qū)，起干燥污泥的作用，溫度約為425 ～760℃，經(jīng)過此段，污泥含水率可降至40%以下。中部為污泥焚燒區(qū)，溫度為760 ～925℃。其中上部為揮發(fā)分氣體及部分固態(tài)物燃燒區(qū)，下部為固定碳燃燒區(qū)域。多膛爐最底部幾層稱緩慢冷卻區(qū)，主要起冷卻殘渣并預熱空氣的作用，溫度為260 ～350℃。

流化床焚燒技術(shù)是污泥焚燒利用最常用的技術(shù)，流化床焚燒爐主體設(shè)備是一個圓形塔體，下部設(shè)有分配氣體的分配板，塔內(nèi)裝有一定量的耐熱粒狀載體，塔內(nèi)壁襯耐火材料，污泥在流化床焚燒爐中的焚燒在兩個區(qū)完成。一是床料流化區(qū)，在此區(qū)域中，污泥水分的蒸發(fā)、有機物分解；二是床料層上部的自由空曠區(qū)，相當于一個后燃室，在此區(qū)域中，污泥中的碳和可燃氣體繼續(xù)燃燒，直至燃盡。

回轉(zhuǎn)窯采用臥式圓筒狀，外殼一般用鋼板卷制而成；內(nèi)襯耐火材料。窯體的一端，設(shè)有螺旋狀的進料口，可以添加污泥和其他物料，另一端設(shè)有廢渣的排放口。窯內(nèi)溫度可通過控制燃料量進行調(diào)節(jié)，選用燃料不同，窯內(nèi)溫度也不同。這種回轉(zhuǎn)窯操作空間充足，適用范圍廣，尤其適應于焚燒含水率較高的污泥。

流化床焚燒爐焚燒溫度高，污泥在爐內(nèi)有非常大的燃燒接觸面積、強烈的湍流強度和較長的停留時間，污泥燃燒效率高，燃燒充分，燃盡度好。流化床爐處理量大，還可以自動調(diào)整污泥的投放速度，根據(jù)污泥來料量控制負荷。流化床也能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，自動化程度高。因此，污泥焚燒爐以流化床為主流。

3 結(jié)語

污泥具有很大的危害，我國污泥產(chǎn)量逐年遞增，對環(huán)境造成極大的影響。我國長期以來“重水輕泥”，污泥安全處理處置率不足30%，污泥資源化、無害化利用任重道遠。干化焚燒是一種徹底的污泥處理處置方式，是污泥處理的重要方向。污泥焚燒最大的問題是煙氣污染大，需考慮增加煙氣處理設(shè)備。污泥干化工藝門類眾多，各種工藝都有工程應用業(yè)績。經(jīng)過多年的發(fā)展，流化床燃燒成為污泥焚燒的主要方式。