一、概述

在城市污水處理過程中，不可避免的將產(chǎn)生含有大量有機(jī)物、豐富的氮、磷以及重金屬物質(zhì)，含水率很高的污泥。隨著污水處理率及處理程度的提高，污泥產(chǎn)量不可避免的會隨之愈來愈大，致使污泥的處置問題日益嚴(yán)重。污泥是城市污水處理廠的必然副產(chǎn)物，污泥的共同特點是水份很高，一般可達(dá)25～98%，體積龐大，不易處理。污泥對環(huán)境的危害主要包括使水源水質(zhì)惡化，污染土壤和農(nóng)作物等。隨著人們生活水平的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，污泥這種污染物質(zhì)的危害性也日益明顯。污泥的適用處理技術(shù)應(yīng)使污泥減容、穩(wěn)定化和無害化。

二、國內(nèi)外污泥處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢

1、歐盟國家污泥處理技術(shù)發(fā)展趨勢

目前國外廣泛采用的污泥處置技術(shù)可以歸納為三大類：① 土地處置，包括污泥農(nóng)用和應(yīng)用于森林或園藝;② 單獨或者與生活垃圾等共同填埋;③ 熱處置。

由于可使用土地面積、處理成本、越來越嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)以及資源回收政策的普及等因素，歐盟國家普遍認(rèn)識到污泥的填埋處置不是一種可持續(xù)的發(fā)展方法，許多成員國對填埋污泥的物理性質(zhì)有了正式或?qū)嶒炐缘南拗疲@種限制是基于促進(jìn)污泥有機(jī)物質(zhì)的利用以及減少填埋場甲烷氣體和滲濾液的考慮而制定的。也有觀點認(rèn)為污泥的熱干燥是克服這種限制的一種解決辦法，但是在對填埋污泥有機(jī)物總量進(jìn)行限制的國家，這僅僅是一種短期的補(bǔ)救辦法，故在不久的將來，德國、法國、丹麥以及其它國家，可能僅有污泥焚燒灰是適宜于填埋的污泥形式。

2、石洞口污泥干化焚燒系統(tǒng)

上海市石洞口污泥干化焚燒廠是國內(nèi)第一家污泥焚燒處理的工程實例，日焚燒干污泥220噸，采用污泥濃縮-機(jī)械脫水-流化床干化-流化床焚燒的工藝路線，設(shè)備主要以進(jìn)口設(shè)備為主，2004年底正式投入運行，開辟了國內(nèi)污泥處理處置的新路線。

上海石洞口污水處理廠采用活性污泥法，污水量大、產(chǎn)泥量也大，如果采用填埋法處置污泥，在石洞口附近合適區(qū)域會面臨占地面積較大而難以尋找處置場的問題，二級污水處理廠污泥有較高的熱值，在一定的含水率以下，具有自身持續(xù)燃燒的可能，因此石洞水污水處理廠污泥采用焚燒法處置。由于污泥干化和污泥焚燒相結(jié)合比單污泥焚燒一次性投資少，處理成本低，故污泥干化往往是焚燒的前處理。污泥干化可使污泥含水率控制在10%～40%，減少了污泥的體積和重量，降低了運輸費和填埋費，而且污泥的臭味大為減少。

上海市石洞口污泥干化焚燒廠污泥處理系統(tǒng)主要由流化床污泥干化裝置、流化床污泥焚燒爐和煙氣凈化裝置等組成。污泥干化所需熱量由干化后的污泥焚燒余熱提供，不用輔助燃料，系統(tǒng)可實現(xiàn)熱量自平衡。從污泥無害化和減量化看，焚燒方案有明顯的優(yōu)點。焚燒后少量的泥灰可用于混凝土、磚瓦制品、路基路面的骨料和工程建設(shè)的回填土。

三、污泥焚燒特性分析

根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的污泥特性試驗，污泥(干態(tài))分析基在物理性質(zhì)、元素分析、工業(yè)分析和低位發(fā)熱量等方面與褐煤有許多相似之處，尤其灰分和低位發(fā)熱量相近，固定碳的含量則低得多，所以可充當(dāng)?shù)蜋n燃料使用。

同時，污泥的焚燒特性與煤又有一定的差異，它有較低的分解溫度、起燃溫度和燃盡溫度，燃燒完全所需的時間也較少。產(chǎn)生這種差別的主要原因是由于它們具有不同的組成和結(jié)構(gòu)，污泥主要由低級的有機(jī)物組成，如氨基酸、腐殖酸、細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物、多環(huán)芳烴、雜環(huán)類化合物、有機(jī)硫化物、揮發(fā)性異臭物、有機(jī)氟化物等，其結(jié)構(gòu)比較簡單，并且已經(jīng)過二級生物氧化，受到不同程度的分解破壞，易于高溫分解;而煤主要由多環(huán)芳烴網(wǎng)狀物組成，結(jié)構(gòu)致密，含碳量高，受高溫不易分解，分解所需時間長。

此外，污泥中SO2、NOx的釋放溫度均低于煤。一般污泥中的硫以有機(jī)硫的形式存在，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫含量很少，而煤中的有機(jī)硫含量較低，硫鐵礦硫及硫酸鹽硫占多數(shù)，有機(jī)硫在高溫下易于分解、揮發(fā)，而硫鐵礦硫結(jié)合較牢固，分解需要一個過程，因此污泥易于釋放SO2。試驗表明，在含硫量相同的條件下，污泥釋放的SO2比煤高出4倍。類似地，污泥中的氮主要以有機(jī)氮的形式存在(蛋白質(zhì)氮、低級脂肪胺等)，有機(jī)氮在高溫下容易揮發(fā);煤中的氮主要以雜環(huán)型氮的形式存在，雜環(huán)形氮的分解需要一個過程，這種結(jié)構(gòu)形式的差異決定了氮分解溫度的不同。

從以上分析可以看出，干態(tài)污泥比煤容易燃燒。但是脫水污泥因含有70 %～80 %水分，燃燒工況完全不同(脫水污泥的低位發(fā)熱量僅為2,713～971 kJ / kg)，為了使脫水污泥能在鍋爐中直接燃燒，一般都需添加適量輔助燃料(煤或油)穩(wěn)燃，但這樣需要消耗大量煤或油及其它能源。

四、污水廠污泥干燥焚燒循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計方案

1、方案選擇

污泥處置方案多種多樣，但最終目的都是要達(dá)到無害化、減量化、資源化的目標(biāo)。

目前已有的主要污泥處理處置工藝包括：填埋、消化、堆肥、干化、焚燒、濕式氧化、凍結(jié)熔融法、高溫?zé)Y(jié)法等等。選用何種工藝必須與當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況相適應(yīng)。

國內(nèi)大多數(shù)污水處理廠的污泥處置以外運填埋為主，主要有：

(1)脫水后(含水率70 %～80 %左右)的污泥直接外運。

有些是運至生活垃圾填埋場合并處理，由于含水率太高，導(dǎo)致填埋場作業(yè)困難，并且也會大量占用填埋場庫容;有些是隨處傾倒，導(dǎo)致二次污染;也有些作為農(nóng)肥直接施入農(nóng)田。由于直接脫水的污泥未經(jīng)高溫處理，其中含有大量病原菌，會影響人民的身體健康。總之，單獨的脫水外運工藝還不能稱其為合格的污泥處理、處置工藝。

(2)消化穩(wěn)定后脫水處理再外運。

該工藝相對有所改進(jìn)，由于污泥經(jīng)過消化處理，殺滅了絕大多數(shù)病原菌，并且還能產(chǎn)生沼氣供生產(chǎn)、生活使用，基本做到了無害化，并且也有一定的資源化意義。但是，該工藝仍待解決處置高含水率脫水污泥的問題。

(3)直接焚燒脫水污泥。

該工藝雖然理論計算可行，并在一些小型的污水廠已有采用，但實際運行效果欠佳，主要原因是設(shè)備不成熟，運行管理難度大，需要添加大量的輔助燃料,運行成本高。

(4)干化后的污泥作為農(nóng)肥使用。

采用熱工方法烘干脫水污泥，在有些污水處理廠已經(jīng)采用，運行情況尚可。由于干化工藝需要大量使用熱量，有比較高的運行成本。

2、污水廠污泥干化焚燒是目前可行和合理的方案

無論是從經(jīng)濟(jì)因素，還是從肥效利用因素出發(fā)，污泥的土地利用特別是污泥的農(nóng)用都是一種符合我國國情的處置方法。但由于污水廠污泥中部分重金屬含量接近或者超過了我國農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，這就部分限制了污水廠污泥的農(nóng)業(yè)應(yīng)用。因此，在考慮采用污泥農(nóng)用部分污泥的同時，必須尋找其它適合的污泥處置方法。

污水廠污泥干化焚燒是近年來國內(nèi)外研究的重要課題，熱干化按加熱方式可分為直接和間接加熱，直接加熱方式熱效率較高，其干化過程一般通過回轉(zhuǎn)圓筒式干燥機(jī)、帶式流化床等來實現(xiàn)。

熱干化是利用熱能將污泥烘干，干化后的污泥呈顆粒或粉末狀，體積僅為原來的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭，其高溫滅菌較為徹底。

污泥焚燒可利用污泥中豐富的生物能將其作為干化污泥的燃燒熱源，甚為便簡。焚燒過程中所有的病菌、病源體均被徹底殺滅、有毒有害的有機(jī)殘余物被氧化分解。

采用焚燒法處理污泥與其它處理方法相比,有以下突出的優(yōu)點：

(1)污泥的處理速度快,不需要長期儲存;

(2)污泥可就地焚燒，不需要長距離運輸。

流化床燃燒技術(shù)具有燃燒效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，污染物排放低，爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度高，適合燃用低熱值燃料等優(yōu)點。

因此，根據(jù)石洞口污水處理廠采取對脫水污泥進(jìn)行低溫干化高溫焚燒聯(lián)合處理的成功經(jīng)驗，采用目前相對較成熟的流化床干化工藝，使污泥中水分在較低的溫度下蒸發(fā)，以較少的熱量降低含水率。焚燒采用循環(huán)流化床焚燒爐，通過焚燒干化污泥，以導(dǎo)熱油(或蒸汽)形式回收煙氣中熱量，并將回收的熱量用于干化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的熱效率，使整個系統(tǒng)的熱量處于平衡狀態(tài)，這是目前可行和合理的方案。

3、污泥干燥焚燒循環(huán)系統(tǒng)及其設(shè)計方案

為了徹底改變污泥處理進(jìn)口設(shè)備投資大、運行成本高的現(xiàn)實問題，在總結(jié)已有工程和現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)石洞口污水處理廠采取對脫水污泥進(jìn)行低溫干化高溫焚燒聯(lián)合處理的成功經(jīng)驗并經(jīng)過國產(chǎn)化改進(jìn)，總結(jié)自身長期從事鍋爐和干燥設(shè)備的優(yōu)勢，并借鑒國外污泥處理的經(jīng)驗，采取“以廢治廢”和“量身定做”的務(wù)實原則，開發(fā)了適合中國國情的污泥資源化利用裝置，獲得國家專利(ZL2004 2 0054749.6)，并且經(jīng)過多個污泥處理項目實際應(yīng)用和通過了國家環(huán)保測試，被確定為國家級重點推廣的污泥處理技術(shù)之一。

處理對象：印染污泥、造紙污泥、化纖污泥、城市污水處理廠污泥、生物發(fā)酵菌渣、制革污泥、石化污泥等。

單臺設(shè)備污泥處理量：50～150噸/天;

處理前污泥平均水分：80～85%

常用的污泥干燥熱源：煙道排放廢氣(電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐、導(dǎo)熱油鍋爐、窯爐、化工設(shè)施)或焚燒煙氣(干污泥循環(huán)燃燒、發(fā)酵沼氣、工業(yè)廢渣、生物質(zhì)垃圾)。

常用的干污泥利用方式：作為能源焚燒利用、送到磚廠生產(chǎn)輕型磚、送到水泥廠生產(chǎn)水泥、作為慢速釋放肥料、作為土壤改良劑。

污泥處理的目的：完全無害化，不需要長途運輸，內(nèi)在熱量充分利用產(chǎn)生效益，大幅度減容(95%以上)，真正做到了無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化、低成本化的處理，沒有環(huán)保后顧之憂。

設(shè)計原則

a.各種污染物排放嚴(yán)格達(dá)到國家相關(guān)環(huán)保排放要求;

b.采用最先進(jìn)的污泥流化床干燥專利技術(shù)，保證設(shè)備長期連續(xù)穩(wěn)定運行;

c.采用干污泥循環(huán)焚燒利用工藝，“以廢治廢”，降低污泥處理成本;

d.保證達(dá)到設(shè)計污泥處理量，并考慮一定的余量;

e.盡量減少污泥處理系統(tǒng)的占地面積，根據(jù)企業(yè)場地情況靈活布置。

設(shè)計參數(shù)

a.污泥設(shè)計處理量：100噸/天(示范案例取值);

b.污泥進(jìn)料平均水份：80～85%(用戶提供);

c.污泥干燥后水份控制范圍：20～30%(運行測試數(shù)據(jù));

d.干污泥低位燃燒熱值：2000～2500kcal/kg(測試平均值);

e.輔助煤設(shè)計燃燒熱值：4500～5500kcal/kg(市場普通燃料煤)。

系統(tǒng)介紹(污泥干燥焚燒處理流程圖)

a.污泥上料系統(tǒng)(2套)：由污泥皮帶輸送機(jī)、污泥料槽、污泥專用給料機(jī)等組成。污泥輸送機(jī)和給料機(jī)采用遠(yuǎn)程無級調(diào)速控制;

b.污泥干燥系統(tǒng)(2套)：由污泥干燥室、機(jī)械破碎裝置、強(qiáng)化傳熱裝置等組成。污泥首先進(jìn)入帶有強(qiáng)化傳熱裝置和強(qiáng)化混合裝置的污泥干燥室，熱煙氣與濕污泥兩相接觸傳熱干化，干燥后的污泥自動進(jìn)入收集系統(tǒng);

c.污泥收集和輸送系統(tǒng)(2套)：干燥后的污泥干粉經(jīng)過高效細(xì)粉收集系統(tǒng)收集，由自動排出閥連續(xù)排出進(jìn)入中間倉，由干污泥輸送裝置送到焚燒爐進(jìn)料口，利用一次風(fēng)送入焚燒爐焚燒利用;

d.污泥焚燒爐和二次燃燒調(diào)溫室(1套)：采用最先進(jìn)的“淺床式流化床技術(shù)”(SFBC)，使污泥干粉和灼熱的底料在流化床內(nèi)顆粒呈沸騰狀態(tài)，完全混合，在短時間內(nèi)可使污泥迅速焚化，形成自持穩(wěn)定燃燒，燃燒效率很高。二次燃燒風(fēng)和混合風(fēng)高速旋流射入二次燃燒調(diào)溫室，產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動，形成了強(qiáng)烈的二次燃燒，進(jìn)一步提高燃燒效率。

e.輔助煤上料系統(tǒng)(1套)：主要用于系統(tǒng)啟動初期和底料循環(huán)補(bǔ)充，由垂直式提升裝置、料斗、螺旋給料機(jī)等組成。用小車將輔助煤和循環(huán)底料倒入提升斗，由垂直式提升裝置將物料送入料斗，給料機(jī)給料量由控制臺遠(yuǎn)程控制。

f.平衡通風(fēng)系統(tǒng)(1套)：由焚燒爐鼓風(fēng)機(jī)、一二次供風(fēng)系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)、煙囪等組成。干燥裝置、細(xì)粉捕集器、引風(fēng)機(jī)、煙囪之間均配有全密封金屬煙道，高溫?zé)煹劳獠颗溆斜夭牧希蜏責(zé)煹纼?nèi)外防腐處理。

g.電氣儀表系統(tǒng)(1套)：污泥料槽上方設(shè)有電視監(jiān)視器，運行人員可以根據(jù)料槽內(nèi)污泥料位高低啟動輸送機(jī)。污泥焚燒室(3處)、二次燃燒調(diào)溫室、干燥室(3處)內(nèi)均設(shè)有溫度測點，對污泥焚燒和干燥情況進(jìn)行實時監(jiān)控。焚燒室、干燥室內(nèi)設(shè)有壓力監(jiān)控裝置，保證系統(tǒng)負(fù)壓運行。引風(fēng)機(jī)降壓啟動，所有電動設(shè)備均采用控制臺集中控制。

h.煙氣凈化洗滌系統(tǒng)(1套)：含塵煙氣經(jīng)過污泥干燥器和細(xì)粉捕集器后，粉塵含量已經(jīng)很低，為了適應(yīng)日益提高的環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，在引風(fēng)機(jī)前設(shè)置了煙氣洗滌裝置，抽取澄清廢水對煙氣進(jìn)行濕法洗滌脫硫除塵，將微小顆粒粉塵進(jìn)一步除去，進(jìn)一步提高除塵效率，同時調(diào)節(jié)廢水中的堿性可以與煙氣中的SO2反應(yīng)，達(dá)到脫酸脫臭除塵三重效果，保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。