王曉文 張玉彬 喬玉松 高培慶 張濤

摘要：我國城市化的快速發(fā)展導致城市人口的迅速膨脹，城市生活污水產(chǎn)生量也迅速增加，在污水處理過程中自然而然的產(chǎn)生了大量的污泥。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年一座中等城市產(chǎn)生的污泥量大約在25～30萬t。本文通過對生活污泥干化的研究與生活垃圾協(xié)同焚燒的研究，有助于形成積極的公眾輿論和認同，為垃圾協(xié)同污泥焚燒技術在全國的推廣實施提供便利。

關鍵詞：生活污泥;污泥干化;生活垃圾;協(xié)同焚燒

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-00-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.022

Abstract：The rapid development of urbanization in China has led to the rapid expansion of the urban population and the increase in the amount of urban living water. Naturally， a large amount of sludge has been generated during the sewage treatment process. According to incomplete statistics， the annual amount of sludge produced in a medium-sized city is about 250，000 to 300，000 tons.In this paper， through the research on the drying of domestic sludge and the collaborative incineration of domestic waste， it will help to form a positive public opinion and recognition， and provide convenience for the promotion and implementation of the collaborative incineration technology in the whole country.

Keywords：Domestic sludge;Sludge drying;Domestic waste;Collaborative incineration

1 生活污泥的特性、危害和處置

1.1 生活污泥的特性

生活污泥是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質(zhì)體。污泥的主要特征是含水率高（含水率96%以上，經(jīng)過機械脫水在80%左右），有機物含量高，容易腐化發(fā)臭，并且顆粒較細、比重較小，呈膠狀液態(tài)，是介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵運輸，但它很難通過沉降進行固液分離，并且不易自然風干。

1.2 生活污泥的危害

污泥如不妥善處理，對周圍生態(tài)環(huán)境和人體健康影響較大，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）對大氣環(huán)境的影響，主要是污泥脫水和污泥堆放對污水處理廠周圍大氣環(huán)境的影響以及污泥外運途中對沿途大氣環(huán)境的影響。（2）對地表水環(huán)境和地下水環(huán)境的影響，脫水污泥透水性差，遇水成漿狀，容易流失。污泥隨雨水流入地表水，容易污染地表水環(huán)境。污泥堆積過程中容易產(chǎn)生滲濾液，污泥滲濾液攜污泥中可溶性成份滲入地下，從而導致地下水的污染。（3）對環(huán)境衛(wèi)生的影響，脫水污泥主要是微生物殘骸和分解物，含有各種病原體及致病物質(zhì)的中間體，這些物質(zhì)經(jīng)蚊蠅及水源進行傳播，進而危害人體健康。（4）污泥的數(shù)量龐大，儲運這些污泥需要較大的空間和很多的工具，這些空間和工具都可能被污染，具有一定的環(huán)境風險隱患。

1.3 污泥深度處置的問題

目前我國污泥處置主要方法中，耕地利用約占44.8%，填埋約占31%，其它處置10.5%，沒有處置13.7%。以上處置都存在一個致命的問題：由于污泥中高分子細菌和重金屬含量很高，屬于國家嚴格管控的危險廢棄物。如何在安全環(huán)保前提下來有效處置污泥，最大限度的減少污泥中的重金屬對周圍環(huán)境的二次污染刻不容緩的擺在人們面前。但現(xiàn)實中那些常規(guī)的處置方法污泥都很難滿足日益嚴苛的環(huán)保標準，人們必須要尋找一種科學、有效、環(huán)保、節(jié)能的處置污泥的途徑，但現(xiàn)實中的處置方法已經(jīng)嚴重滯后。

2 生活污泥的干化處理

我國現(xiàn)階段大部分污水處理廠產(chǎn)生的污泥含水率在80%左右，根據(jù)污泥檢驗報告顯示，污泥含水率82%時，其低位發(fā)熱量僅為1.578MJ/kg，熱值很低，根本無法實現(xiàn)自身燃燒處置，入爐污泥的熱值除成分外，主要與污泥的含水率相關。在污泥含水率較高時，其焚燒產(chǎn)生的熱量不能滿足其水分蒸發(fā)所吸收的熱量，故污泥不能自持燃燒。如果降低污泥的含水率，污泥熱值升高，則其單位重量焚燒產(chǎn)生的熱量就會增加，當其熱值達到污泥自持燃燒低位熱值時，即可自持燃燒。即使與其他可燃物協(xié)同燃燒，也由于含水率過高，低位熱值太少，只能用極少量80%的污泥摻拌燃燒，處置能力自然受到條件約束。因此首先進一步降低污泥含水率就成為了人們的努力方向，之后再尋找到一種可以大量處置污泥的可行手段。

污泥干化是指通過滲濾、壓濾或蒸發(fā)、烘干等方法，去除污泥中水分的過程。烘干工藝根據(jù)傳熱介質(zhì)分為熱風、熱油和蒸汽干化。煙臺潤達垃圾處理運營有限公司污泥干化項目采用間接熱干化方式的4臺單軸臥式圓盤干化機。該項目2014年春試車運行至今。項目實際濕污泥日處理能力400t/d，運行較穩(wěn)定。污泥干化采用全封閉模式，從污泥接收到干化后的污泥入爐燃燒全程封閉;污泥干化過程中產(chǎn)生的污水經(jīng)過處理變成合格的中水得到綜合利用。

含水80%的濕污泥經(jīng)過干化處理，得到含水率40%左右的相對濕污泥含水減少66%的干污泥。其低位熱值也提高到了5.05～7.05MJ/kg之間，為大量摻燒處理提供了基礎條件。

3 干化污泥與垃圾的協(xié)同燃燒影響因素

干化后的污泥與垃圾進行混合后一同入爐摻燒。在干燥段污泥和垃圾一同在熱風作用下表水分得到干燥，之后進入燃燒段參與燃燒，與垃圾一同燃盡后排入渣井。因此污泥的熱值、含水率高低、摻燒污泥的比例對燃燒效果具有影響，主要體現(xiàn)在爐膛溫度、鍋爐負荷、煙氣指標等數(shù)據(jù)的波動。

3.1 生活污泥熱值的自持焚燒

含水率40%、體溫50℃的入爐污泥，其水的焓值為209.3kJ/kg，當入爐焚燒后，水分以蒸汽的形式被加熱后從污泥內(nèi)析出，而且在爐膛內(nèi)被加溫到與爐膛周圍環(huán)境溫度相同。暫按900℃計算，此時水蒸汽的焓值為 4398.05kJ/kg，此過程中水分需吸收的熱量為4398.05-209.3=4188.75kJ/kg。由此，當入爐污泥在沒有熱源連續(xù)補充熱量的情況下，理論上必須在熱值大于4188.75kJ/kg時，入爐污泥可以自持燃燒。以下是煙臺潤達垃圾運營有限公司入爐干化污泥熱值檢測數(shù)據(jù)。

根據(jù)上表數(shù)據(jù)來看，實際入爐污泥低位熱值在6.05～6.31MJ/kg之間，完全滿足污泥自持燃燒的要求。

3.2 污泥含水率對垃圾焚燒的影響

入爐燃料的熱值是焚燒廠運行控制的重要內(nèi)容。根據(jù)GB/T 18750-2008《生活垃圾焚燒爐及余熱鍋爐》，入爐垃圾體溫20℃其水的焓值為84.48kJ/kg，進爐時燃料低位發(fā)熱量不宜小于4398.05-84.48=4313.57kJ/kg，燃料才能自持燃燒。實際為了保障焚燒發(fā)電廠的良好運行，并達到爐膛溫度不低于850℃的要求，燃料熱值要大于5000kJ/kg。每單位含水率減少1%，燃料熱值就會增加150kJ/kg左右，因此對于協(xié)同入爐的污泥來說，含水率也要嚴格把控。根據(jù)理論計算并結(jié)合實際運行經(jīng)驗，入爐污泥含水率應該小于45%。如果含水率﹥45%的污泥直接與垃圾摻混后入爐焚燒，造成入爐燃料整體含水率的明顯增加，燃料（濕污泥和垃圾的混合物）需要吸收大量的熱量升溫、蒸干、點燃。這就需要很長的干燥時間，也就延長在爐排干燥段停留時間，減慢爐排的推料速度，大大降低了垃圾處理能力。并且水分在蒸發(fā)過程中將帶走部分熱量，燃燒室的溫度降低，反應速度隨溫度的降低而變慢。垃圾在往復爐排中焚燒的停留時間大約在60-90min。但入爐污泥水分如果一味要求降低，當?shù)陀?5%的水分時，干化汽耗明顯增加。在北方冬季，垃圾發(fā)酵質(zhì)量不好，熱值明顯偏低，污泥的含水率對燃燒的影響就更加敏感。

垃圾和污泥協(xié)同焚燒的目的首先是垃圾的減量（或減容）和燃燒后產(chǎn)物的安全化、穩(wěn)定化處理方面，其次是獲取正常的熱量用于余熱鍋爐后，因此，要獲得以上的理想結(jié)果，焚燒必然保持良好的燃燒狀態(tài)為基礎，要使燃料快速、完全的燃燒。如果含水的污泥直接摻入垃圾焚燒，因其密度高，就會起到砂子滅火的效果，一次風不宜穿透，從而影響了垃圾的焚燒效果，且宜導致不完全燃燒產(chǎn)物的生成，造成爐渣熱灼減率增大。

4 干化污泥與垃圾的協(xié)同摻燒分析

4.1 污泥協(xié)同摻燒技術分析要點

⑴污泥的入爐方式;⑵污泥摻燒比;⑶對鍋爐效率、煙氣、飛灰等的影響。

4.2 污泥摻燒比值對鍋爐效率、煙氣、飛灰等的影響

根據(jù)上表1數(shù)據(jù)看，污泥與垃圾的摻燒比的確定，與摻燒污泥時的煙氣排放指標、鍋爐積灰狀況以及焚燒爐的燃燒有關，根據(jù)潤達運營公司近9個月污泥摻燒量分析，月均最高摻燒比為11.27%，摻燒比均值為8.0%。

4.2.1 污泥摻燒對垃圾焚燒爐燃燒工況的影響

污泥入爐比例的多少對燃燒效果和煙氣指標都有明顯影響。當污泥入爐比例超過8%時，會產(chǎn)生壓火效應。當垃圾發(fā)酵特別好熱值明顯高時，單燒垃圾往往會出現(xiàn)爐膛溫度超過1100℃現(xiàn)象，用配風很難控制。如果適當給入污泥在5%以下，通過壓火效應抑制垃圾的著火速度，更便于控制爐膛溫度;如果垃圾發(fā)酵一般則過多污泥造成垃圾干燥和燃燒不好，爐膛出現(xiàn)偏料和無法燃盡的問題。

對此采用污泥輸送設備對焚燒爐給料時，需要在落料口設兩側(cè)或三點進料方式，調(diào)節(jié)好漏泥量，污泥布料要均勻，避免污泥摻燒時偏燒。

污泥的摻燒宜導致焚燒爐積灰加重。因污泥中含灰量較大，污泥焚燒后的殘余物大部分被煙氣帶往后部受熱面后，附著在尾部受熱面管子上，影響了換熱效率，且長時間的積累，造成尾部受熱面積灰嚴重，對鍋爐負荷產(chǎn)生不良影響;同時，灰在高過、中過受熱面煙氣通道所堆積的灰會形成非常硬的灰塊，運行期間很難清除，如處理不及時，會造成過熱器煙溫過高或鍋爐短期內(nèi)停爐檢修清灰。

4.2.2 對焚燒煙氣的影響

污泥與垃圾協(xié)同焚燒時對煙氣指標影響的程度主要取決于摻燒比以及污泥中含硫量、含氮量，而污泥中的含硫、氮元素的量又與污水處理廠污水的來源及其處理污過程中添加的藥劑有關。

垃圾摻燒污泥，當摻燒比值變大時，所用石灰和尿素量有所增加：在摻燒比7%左右時，耗材較低，低于均值15.04;在10%左右時，耗材較高，但是煙氣指標可控制。一下就以7、8、9月份分析。

通過上述4表分析，當摻燒比在10%左右時，煙氣排放指標完全能滿足GB18485-2014排放標準的要求，但SO2指標超歐盟標準次數(shù)較多。由此，當摻燒比10%左右時，煙氣排放指標不能滿足歐盟排放標準的要求，但能滿足國家排放標準的要求。

5 結(jié)束語

在社會效益方面，通過垃圾協(xié)同污泥焚燒發(fā)電技術研發(fā)，能夠有效實現(xiàn)有機固廢的減量化和資源化利用，節(jié)約土地資源，減少能源消耗;有助于形成積極的公眾輿論和認同，為垃圾協(xié)同污泥焚燒技術在全國的推廣實施提供便利。

在經(jīng)濟效益方面，固廢協(xié)同焚燒技術的研發(fā)能夠降低固廢處理設施重復建設的高昂成本，間接提高經(jīng)濟效益。

在生態(tài)效益方面，垃圾協(xié)同污泥焚燒處置的高效熱處置，能夠降低有機固廢長期堆放或簡易填埋所造成的土壤和水體污染;解決臭氣難控給周邊環(huán)境帶來的不良影響。

固體廢棄物--生活污泥與垃圾協(xié)同焚燒是時代發(fā)展的趨勢，是以污制污綠色循環(huán)發(fā)展，通過自主技術研發(fā)與工程示范，完善有機固廢高效清潔穩(wěn)定焚燒成套工藝與設備體系，攻克復雜固廢協(xié)同焚燒難題，對有機固廢焚燒行業(yè)的高速健康發(fā)展具有積極的推動作用。同時對推動住房和城鄉(xiāng)建設領域科技有進步作用。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡介：王曉文（1970-），男，漢族，大專學歷，中級，研究方向為固體廢棄物處理。