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(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含有病原微生物、有機(jī)污染物、重金屬等危害因子。但是，污水處理廠產(chǎn)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(lái)了極大困難。本文介紹了一種新型高溫?zé)o害化處理生活污泥的技術(shù)，即自蔓延熱解焚燒技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)能有效解決高含水率生活污泥的減量化、無(wú)害化及資源化處置問(wèn)題，同時(shí)能大大降低處理能耗及成本。

關(guān)鍵詞：生活污泥;自蔓延熱解焚燒;高溫;無(wú)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(guò)程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，含有大量的微生物病原體、有機(jī)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(chǎn)生的生活污泥量不斷提升。截至2017年底，全國(guó)生活污水處理量將近1.7億m2/d，污泥產(chǎn)生量以含水率80%計(jì)，總量近4 500萬(wàn)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(zhì)，如難降解的有機(jī)物、病原微生物、重金屬等[2]。若對(duì)其處置不當(dāng)，極易造成土壤和水體污染，其釋放的惡臭有害物質(zhì)也能污染大氣環(huán)境，最終威脅人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的生活污泥處理技術(shù)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(shù)，并探討了工程應(yīng)用效果。

2 國(guó)內(nèi)外污泥處置技術(shù)現(xiàn)狀

污泥的處置就是采用合適的技術(shù)措施來(lái)為污泥提供出路，不僅要符合相關(guān)法規(guī)，還要兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問(wèn)題[3]。污泥處理的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化。

2.1 國(guó)外污泥處置技術(shù)現(xiàn)狀

歐洲國(guó)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(shù)國(guó)家均采用厭氧、好氧的處理技術(shù)。在德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)，也較常使用機(jī)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(guó)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(dǎo)原則》等文件的實(shí)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(guó)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(guó)內(nèi)污泥處置現(xiàn)狀

我國(guó)污泥處理處置技術(shù)路線基本上與國(guó)外技術(shù)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(shù)[6-10]，其他如污泥制磚、制陶粒等方式也有研究應(yīng)用案例[11-13]。

衛(wèi)生填埋是目前我國(guó)普遍采用的處置方法。這種處置方法簡(jiǎn)單、易行、成本低，但對(duì)進(jìn)場(chǎng)污泥要求較高，且填埋仍存在滲濾液、惡臭氣體等問(wèn)題。

污泥土地直接利用具有投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分等優(yōu)點(diǎn);但目前，我國(guó)關(guān)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(jī)物全部碳化，殺死病原體，最終使污泥轉(zhuǎn)化為爐渣，實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化。國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的焚燒方式包括單獨(dú)焚燒、電廠協(xié)同處置、水泥窯協(xié)同處置，目前僅在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的應(yīng)用較為廣泛。

3 基于自蔓延熱解焚燒技術(shù)處置生活污泥的工藝流程

3.1 核心技術(shù)原理

本文提出采用自蔓延熱解焚燒技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)生活污泥無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化處理的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能減排的目的，其技術(shù)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(yùn)動(dòng)單元在經(jīng)過(guò)點(diǎn)火裝置時(shí)，表層物料被點(diǎn)燃，隨著載料單元向前逐步推進(jìn)，污泥料層的表面經(jīng)點(diǎn)火作用形成的熱解燃燒層，在微負(fù)壓抽風(fēng)作用下依靠物料自身熱值自行由表面逐漸向下推進(jìn)直至污泥料層底部，最后完成污泥的熱解焚燒。同時(shí)，熱解燃燒層產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谪?fù)壓狀態(tài)下通過(guò)下部料層對(duì)下部濕污泥進(jìn)行預(yù)熱、干燥，從而有效利用污泥焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，提高系統(tǒng)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(yù)處理、自蔓延熱解焚燒、煙氣凈化三部分。

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

第二，自蔓延熱解焚燒。預(yù)處理后的污泥送至自蔓延熱解焚燒裝置上，經(jīng)點(diǎn)火后，在風(fēng)機(jī)抽風(fēng)形成負(fù)壓狀態(tài)下，自蔓延熱解焚燒完全。對(duì)于焚燒后的殘?jiān)?，可進(jìn)行資源化利用，將其作為生產(chǎn)水泥或園林肥料的材料。

第三，煙氣凈化部分。焚燒產(chǎn)生的煙氣在焚燒部分進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)除塵、除臭、脫硫、脫硝等處理達(dá)標(biāo)后排放。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

自蔓延熱解焚燒技術(shù)具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：在自蔓延熱解焚燒過(guò)程中，下層濕物料可以被上層物料熱解焚燒的高溫?zé)煔忸A(yù)熱、干燥，改善了物料的著火條件，因此，對(duì)處置污泥的熱值要求不高;熱利用效率高，處置能耗低;可對(duì)高含水率（80%）污泥直接進(jìn)行處理，無(wú)需預(yù)脫水或預(yù)干化。

4 工程案例

4.1 工程概況

以采用該技術(shù)的重慶某污水處理廠處置規(guī)模為100 t/d的生活污泥處置中心項(xiàng)目為例，分析該技術(shù)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(yù)處理時(shí)，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(bǔ)充部分熱值。

4.2 工程實(shí)施效果

生產(chǎn)過(guò)程中，自蔓延熱解焚燒處置平均溫度達(dá)925 ℃，對(duì)殘?jiān)啻稳臃治?，殘?jiān)鼩埓媛势骄禐?0.2%，熱酌減率平均值為2.3%，污泥處置后的殘?jiān)慕龆拘詽M足《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）的標(biāo)準(zhǔn)限值，也滿足《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）的標(biāo)準(zhǔn)限值，生活污泥的減量化、無(wú)害化效果明顯。

表1是污泥處置殘?jiān)Y源化利用指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)結(jié)果表明，污泥經(jīng)過(guò)自蔓延熱解焚燒處置后，焚燒殘?jiān)擞袡C(jī)物含量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求以外，其他指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，換言之，可以將污泥處置殘?jiān)刑砑硬糠钟袡C(jī)物輔料作為園林綠化用泥（肥料），參照的標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486—2009）。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)城市生活污泥的產(chǎn)生量日益增加，而對(duì)生活污泥的減量化、無(wú)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(wú)害化效果明顯，已被廣泛接受。但是，傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯焚燒、流化床焚燒以及水泥窯協(xié)同焚燒存在成本高、處置規(guī)模受限、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、運(yùn)行成本高等問(wèn)題，僅在國(guó)內(nèi)少數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)采用，大部分地區(qū)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(shù)，能直接處置高含水率污泥，減量化、無(wú)害化效果明顯，處置殘?jiān)軐?shí)現(xiàn)資源化利用，處置工藝熱效率高，處置成本低，是未來(lái)污泥處置的熱門(mén)技術(shù)。

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