基于自蔓延熱解焚燒技術處置城市生活污泥的流程

吳汕 李一 羅建軍 伍爽 奎加喜

摘 要：城市生活污泥是城市污水處理過程中產生的副產物，含有病原微生物、有機污染物、重金屬等危害因子。但是，污水處理廠產生的生活污泥含水率較高，通常在80%左右，給污泥的處理帶來了極大困難。本文介紹了一種新型高溫無害化處理生活污泥的技術，即自蔓延熱解焚燒技術。實踐證明，該技術能有效解決高含水率生活污泥的減量化、無害化及資源化處置問題，同時能大大降低處理能耗及成本。

關鍵詞：生活污泥;自蔓延熱解焚燒;高溫;無害化

Abstract： Municipal sewage sludge is a by-product in the process of municipal sewage treatment. The main pollutants existing in domestic sludge are organic pollutants， pathogenic microorganisms， heavy metals and so on. Because of the high water content of sewage sludge produced by sewage treatment plants， usually around 80%， it brings great difficulties to sludge treatment. This paper introduced a new technology of high temperature harmless treatment of domestic sludge， which is self propagating pyrolysis incineration technology. The practice shows that the technology can effectively solves the problem of high water content of sludge and greatly reduces energy consumption.

Keywords： sewage sludge;self-propagation pyrolytic incineration;high-temperature;innocuity disposal

1 研究背景

城市生活污泥是城市污水處理過程中產生的半固態或固態物質，含有大量的微生物病原體、有機物和膠體等[1]。隨著城市人口不斷增加，城市污水處理量也與日俱增，隨著產生的生活污泥量不斷提升。截至2017年底，全國生活污水處理量將近1.7億m2/d，污泥產生量以含水率80%計，總量近4 500萬t/a。

污泥除含水率高（約80%）以外，還含有大量的有毒有害物質，如難降解的有機物、病原微生物、重金屬等[2]。若對其處置不當，極易造成土壤和水體污染，其釋放的惡臭有害物質也能污染大氣環境，最終威脅人類健康和生態環境。

國內外現有的生活污泥處理技術主要有固化填埋、厭氧消化、好氧消化、干化、焚燒等。本文主要介紹了一種處置高含水率生活污泥的工藝方法，即自蔓延熱解焚燒技術，并探討了工程應用效果。

2 國內外污泥處置技術現狀

污泥的處置就是采用合適的技術措施來為污泥提供出路，不僅要符合相關法規，還要兼顧經濟和環境問題[3]。污泥處理的目標是實現污泥減量化、穩定化、無害化、資源化。

2.1 國外污泥處置技術現狀

歐洲國家污泥處理方法有厭氧消化、好氧消化、干化、焚燒等，但大多數國家均采用厭氧、好氧的處理技術。在德國、法國和英國，也較常使用機械脫水的方式，常用的包括離心脫水、帶式壓濾、板框壓濾等[4]。此外，部分歐盟國家仍采用填埋的處置方法。隨著《歐共體城市廢水處理法令》（91/271/EC）及相繼頒布的《歐盟填埋指導原則》等文件的實施，污泥的土地利用（直接利用或堆肥后利用）及焚燒后資源利用逐漸成為歐洲國家的主要處置方式[5]。而日本的處理處置方式主要是焚燒，占比將近70%，其他處理方式還有熔融、堆肥、干化等。

2.2 國內污泥處置現狀

我國污泥處理處置技術路線基本上與國外技術路線相同，主要包括濃縮、脫水、填埋、土地利用、干化焚燒等技術[6-10]，其他如污泥制磚、制陶粒等方式也有研究應用案例[11-13]。

衛生填埋是目前我國普遍采用的處置方法。這種處置方法簡單、易行、成本低，但對進場污泥要求較高，且填埋仍存在滲濾液、惡臭氣體等問題。

污泥土地直接利用具有投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點;但目前，我國關于污泥土地利用的政策體系還不完善，真正的土地安全利用仍然十分有限。

污泥焚燒是最徹底的處理方法，其能夠使有機物全部碳化，殺死病原體，最終使污泥轉化為爐渣，實現污泥減量化、穩定化和無害化。國內常見的焚燒方式包括單獨焚燒、電廠協同處置、水泥窯協同處置，目前僅在國內經濟發達地區的應用較為廣泛。

3 基于自蔓延熱解焚燒技術處置生活污泥的工藝流程

3.1 核心技術原理

本文提出采用自蔓延熱解焚燒技術，在實現生活污泥無害化、減量化、穩定化處理的同時，達到節能減排的目的，其技術原理如下。

在自蔓延熱解焚燒裝置中，載有待處置物料生料的運動單元在經過點火裝置時，表層物料被點燃，隨著載料單元向前逐步推進，污泥料層的表面經點火作用形成的熱解燃燒層，在微負壓抽風作用下依靠物料自身熱值自行由表面逐漸向下推進直至污泥料層底部，最后完成污泥的熱解焚燒。同時，熱解燃燒層產生的高溫煙氣在負壓狀態下通過下部料層對下部濕污泥進行預熱、干燥，從而有效利用污泥焚燒過程中產生的熱量，提高系統熱效率，也為處理高含水率污泥提供了可能性。

3.2 工藝流程

工藝流程主要包括生活污泥預處理、自蔓延熱解焚燒、煙氣凈化三部分。

第一，生活污泥預處理。污水處理廠出廠生活污泥可先經過深度脫水或者直接按一定的比例與添加劑在混料設備中混合均勻，添加劑可以根據各地情況選擇農業廢棄物（如稻殼、秸稈）或園林廢棄物。

第二，自蔓延熱解焚燒。預處理后的污泥送至自蔓延熱解焚燒裝置上，經點火后，在風機抽風形成負壓狀態下，自蔓延熱解焚燒完全。對于焚燒后的殘渣，可進行資源化利用，將其作為生產水泥或園林肥料的材料。

第三，煙氣凈化部分。焚燒產生的煙氣在焚燒部分進入煙氣凈化系統中，經過除塵、除臭、脫硫、脫硝等處理達標后排放。

3.3 技術特點

自蔓延熱解焚燒技術具有以下技術優勢和特點：在自蔓延熱解焚燒過程中，下層濕物料可以被上層物料熱解焚燒的高溫煙氣預熱、干燥，改善了物料的著火條件，因此，對處置污泥的熱值要求不高;熱利用效率高，處置能耗低;可對高含水率（80%）污泥直接進行處理，無需預脫水或預干化。

4 工程案例

4.1 工程概況

以采用該技術的重慶某污水處理廠處置規模為100 t/d的生活污泥處置中心項目為例，分析該技術的處置效果。

該污水處理廠的污泥，干基高位熱值為9 666 kJ/kg，濕基高位熱值為2 028 kJ/kg。預處理時，添加污泥總重量為8%～10%的稻殼，以改善混合物料的透氣性和補充部分熱值。

4.2 工程實施效果

生產過程中，自蔓延熱解焚燒處置平均溫度達925 ℃，對殘渣多次取樣分析，殘渣殘存率平均值為20.2%，熱酌減率平均值為2.3%，污泥處置后的殘渣的浸出毒性滿足《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）的標準限值，也滿足《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）的標準限值，生活污泥的減量化、無害化效果明顯。

表1是污泥處置殘渣資源化利用指標檢測結果。檢測結果表明，污泥經過自蔓延熱解焚燒處置后，焚燒殘渣除了有機物含量達不到標準要求以外，其他指標均滿足標準要求，換言之，可以將污泥處置殘渣中添加部分有機物輔料作為園林綠化用泥（肥料），參照的標準為《城鎮污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質》（GB/T 23486—2009）。

5 結語

近年來，我國城市生活污泥的產生量日益增加，而對生活污泥的減量化、無害化及資源化處置需求則不斷提升。

焚燒作為污泥處置方式之一，其減量化和無害化效果明顯，已被廣泛接受。但是，傳統的回轉窯焚燒、流化床焚燒以及水泥窯協同焚燒存在成本高、處置規模受限、設備腐蝕嚴重、運行成本高等問題，僅在國內少數經濟發達地區采用，大部分地區仍采用填埋等粗放式的處理方式。

本文介紹的自蔓延熱解焚燒技術，能直接處置高含水率污泥，減量化、無害化效果明顯，處置殘渣能實現資源化利用，處置工藝熱效率高，處置成本低，是未來污泥處置的熱門技術。

參考文獻：

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