劉風(fēng)，陳文兵，袁連新，王燃燃

(1.山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101;2.淄博張鋼鋼鐵有限公司，山東 淄博 255007)

0 引言

在污水處理過(guò)程中，產(chǎn)生大量污泥，其數(shù)量約占處理水量的0.3% ～0.5%左右(以含水率97%計(jì))。污泥中含有大量的有毒有害物質(zhì)，如病原體和重金屬化合物等，如果處理不當(dāng)可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大危害。

傳統(tǒng)的污泥處置方法主要包括土地利用、填埋和焚燒以及綜合利用等[1－3]。近年來(lái)，由于土地資源緊張以及各種環(huán)境污染問(wèn)題的限制，在國(guó)內(nèi)外[4－5]，特別是大城市中，污泥農(nóng)用所占比例出現(xiàn)了小幅度下降，填埋所占比例則大幅度削減，而焚燒所占比例出現(xiàn)大幅度提升，并逐漸成為發(fā)達(dá)國(guó)家污泥處理的主要手段之一[6]。

以焚燒的方式處理城市污泥可以徹底解決污泥的污染問(wèn)題。污泥焚燒產(chǎn)生的剩余較小，可以破壞全部有機(jī)質(zhì)，殺滅一切病原體，并且可以大大減少污泥的重量和體積(焚燒后重量可減少85%以上)。此外，污泥焚燒處置污泥速度快，不需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存，可就地焚燒，不需要遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，焚燒后灰渣也可以制成有用的產(chǎn)品。通過(guò)高溫焚燒可以充分處理不適于資源利用的所有城市污泥，是一種相對(duì)安全的污泥處理方式。但是，污泥焚燒也會(huì)產(chǎn)生SO2、NOx、HCl、重金屬等有害物質(zhì)[7－9]，如果不進(jìn)行合理的處理也將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[10]。煙氣凈化技術(shù)按照凈化劑的不同，可分為濕法、半干法、干法三種。濕法煙氣凈化工藝是目前應(yīng)用最廣泛的凈化技術(shù)，具有設(shè)備小，投資省，易操作，易控制以及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高及易造成二次污染等問(wèn)題，它也是脫硫效率最高的煙氣凈化技術(shù)，其中使用最多的是石灰石/石灰—石膏濕法工藝[11]。

廣東省深圳市上洋污水處理廠處理污水能力為20萬(wàn)m3/d，產(chǎn)生含水率約80%的脫水污泥約為200t/d。對(duì)污泥進(jìn)行焚燒處理，并采用二級(jí)生化出水凈化吸收污泥焚燒煙氣，將廢水、廢氣聯(lián)合治理，以廢治廢，處理后煙氣可直接排放，實(shí)現(xiàn)了污水處理廠污泥的無(wú)害化處理。

1 污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程

污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥焚燒及煙氣凈化工藝流程

本工藝所用污泥為某污水處理廠脫水污泥，含水率約80%的脫水污泥在103～105℃下經(jīng)干燥系統(tǒng)干燥后含水率20%左右。

本工藝所用水源為某污水處理廠生化處理出水，pH=7.0。

干燥系統(tǒng)所得的干污泥進(jìn)入溫度大于850℃的電阻式污泥焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒，焚燒煙氣溫度大于300℃，經(jīng)煙氣冷凝系統(tǒng)將煙氣溫度降至常溫后，常溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)氣泵進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)凈化處理后直接排放。其中煙氣凈化系統(tǒng)吸收設(shè)備采用篩板式吸收塔，吸收水源采用污水處理廠生化出水，煙氣從塔底進(jìn)入吸收塔，生化出水由水泵提升從塔的頂部進(jìn)入，氣液兩相在塔內(nèi)逆流接觸，完成污泥焚燒煙氣的凈化吸收過(guò)程。

2 運(yùn)行效果及分析

2.1 污泥焚燒運(yùn)行效果及分析

污水處理廠脫水污泥經(jīng)干燥處理后的含水率20%的干化污泥，其泥質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 干化污泥樣品檢測(cè)結(jié)果

由表1可知，該污水處理廠干化污泥的Cr、Cu、Zn等污染物指標(biāo)已超過(guò)GB 4284—84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放限值的要求，因此不適于污泥農(nóng)用;但該廠污泥泥質(zhì)基本符合GB/T 24602—2009《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置—單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》要求，適用于進(jìn)行干化焚燒處理[13]。

本工藝中干化污泥經(jīng)焚燒后重量減少了88.5%。對(duì)污泥焚燒灰渣進(jìn)行了檢測(cè)[14]，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。污泥焚燒煙氣及凈化系統(tǒng)處理后尾氣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 污泥焚燒灰渣檢測(cè)結(jié)果

由表2可知，污泥經(jīng)干化焚燒后，有害金屬大多數(shù)都富集在灰渣中，污泥焚燒灰渣經(jīng)無(wú)害化處理后可用做建筑材料[15]，污泥焚燒是一種相對(duì)安全的污泥處理方式。

由表3可知，污泥焚燒煙氣檢測(cè)結(jié)果顯示，重金屬等指標(biāo)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，但是二氧化硫指標(biāo)大大超過(guò)GB 18485—2001《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)大氣污染物排放限值的要求，必須有煙氣凈化系統(tǒng)對(duì)污泥焚燒煙氣進(jìn)行凈化。而在經(jīng)過(guò)二級(jí)生化出水凈化吸收后，尾氣中SO2、NOx及重金屬等污染物濃度均有降低，其中二氧化硫去除率為89.7%，氮氧化物的去除率為85.7%，各項(xiàng)指標(biāo)均低于GB 18485—2001中大氣污染物排放限值的要求。

2.2 煙氣凈化運(yùn)行效果及分析

本工藝煙氣凈化系統(tǒng)中采用篩板吸收塔作為吸收裝置，采用二級(jí)生化出水作為水源凈化吸收污泥焚燒煙氣，其主要利用的是二級(jí)生化出水的堿度以及煙氣中氣體的酸性。主要反應(yīng)(以二氧化硫吸收為例)如下。

(1)二氧化硫在水中的溶解與電離:

(2)生化出水中，二氧化硫化學(xué)吸收的主要反應(yīng):

其中，亞硫酸氫根在水溶液中不穩(wěn)定，能與氧氣作用生成硫酸根:

本工藝在氣液比為10∶1、進(jìn)水pH為7條件下，采用二級(jí)生化出水對(duì)污泥焚燒煙氣進(jìn)行凈化吸收，每日生化出水用量約為500m3。煙氣凈化后尾氣檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，煙氣凈化系統(tǒng)中進(jìn)水及吸收液檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 進(jìn)水及吸收液水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果 mg/L

結(jié)果表明，二級(jí)生化出水能夠有效吸收污泥焚燒煙氣中的污染物質(zhì)，在使凈化后尾氣符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，吸收液中主要技術(shù)指標(biāo)均低于GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中污染物排放限值的要求。因此，采用二級(jí)生化出水凈化吸收污泥焚燒煙氣，既能將污泥焚燒煙氣及生化出水聯(lián)合治理，又不產(chǎn)生二次污染，達(dá)到了以廢治廢、綜合治理的目的，并為大規(guī)模的污水回用開(kāi)辟了新思路。

3 結(jié)論

(1)本工藝中污泥干化焚燒后重量減少88.5%，使污泥的運(yùn)輸與最終處置大為簡(jiǎn)化;污泥焚燒是一種相對(duì)安全的污泥處理方式。

(2)污泥焚燒煙氣的主要超標(biāo)污染物為二氧化硫。利用二級(jí)生化出水能夠?qū)煔膺M(jìn)行有效吸收，其中二氧化硫去除率為89.7%。

(3)本工程所采用的污泥焚燒及煙氣凈化工藝，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠、以廢治廢、脫硫效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。二級(jí)生化出水與污泥焚燒煙氣聯(lián)合治理，以廢治廢，具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

[1]中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)水污染治理委員會(huì).中國(guó)城市污水污泥處理處置問(wèn)題探討[C]//2005年中國(guó)國(guó)際水處理技術(shù)高級(jí)專(zhuān)家論壇，北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005:142－146.

[2]張辰.污泥處理處置技術(shù)研究進(jìn)展[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3]池勇志，遲季平，馬顏，等.城鎮(zhèn)污水污泥性質(zhì)與處理處置概況[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，33(12F):169 －172.

[4]李金紅，何群彪.歐洲污泥處理處置概況[J].中國(guó)給水排水，2005，21(1):101 －103.

[5]余杰，田寧寧，王凱軍，等.中國(guó)城市污水處理廠污泥處理、處置問(wèn)題探討分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，1(1):82－86.

[6]郝曉地，張璐平，蘭荔，等.剩余污泥處理/處置方法的全球概覽[J].中國(guó)給水排水，2007，23(20):1－5.

[7]王飛，朱小玲，李博，等.污泥干化焚燒過(guò)程中污染物排放的研究[J].給水排水，2011，37(5):22－26.

[8]萬(wàn)偉泳.城市污水處理廠脫水污泥的焚燒處置[J].中國(guó)給水排水，2006，22(18):68 －71.

[9]王凱軍，俞金海，俞其林.新型污泥干化/焚燒技術(shù)的試驗(yàn)研究[J].中國(guó)給水排水，2008，24(11):43 －46.

[10]JIM DICKERMAN P E，MELISSA S.It is time to rethink SO2control technology selection[J].Power Engineering，2007，111(11):132－135.

[11]張秀云，鄭繼成.國(guó)內(nèi)外煙氣脫硫技術(shù)綜述[J].電站系統(tǒng)工程，2010，26(4):1－2.

[12]中國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部.GB4284—84，農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1985.

[13]中國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部.GB/T24602—2009，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[14]陳濤，孫水裕，劉敬勇，等.不同焚燒溫度下開(kāi)發(fā)區(qū)污泥焚燒渣分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4(7):1629－1635.

[15]LIN Cheng-fang，WU Chung-hsin，HO Hsiu-mai.Recovery of municipal waste incineration bottom ash and water treatment sludge to water permeable pavement materials[J].Waste Management，2006，26(9):970－978.

[16]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.GB18485—2001，生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.