城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀綜述
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步與污水處理技術(shù)的發(fā)展，城鎮(zhèn)污水處理總量逐年增加，隨之帶來(lái)污水廠副產(chǎn)物污泥的大量產(chǎn)生。剩余污泥產(chǎn)量大、含水率高且還有可能存在致病菌、重金屬等有毒有害物質(zhì)超標(biāo)的問(wèn)題，如何有效對(duì)污泥進(jìn)行處理處置并資源化，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。文中綜合了國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的相關(guān)研究成果，概述了當(dāng)前污泥脫水、調(diào)質(zhì)、穩(wěn)定化、熱干化等處理方法，總結(jié)了幾種常見(jiàn)污泥處置技術(shù)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；重點(diǎn)闡述了污泥焚燒處置的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)勢(shì)，分析了污泥燃燒設(shè)備中流化床、多膛式焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)缺點(diǎn)，為未來(lái)污泥處理處置及資源化的研究提供參考。
隨著城市化建設(shè)進(jìn)度的加快和經(jīng)濟(jì)生活水平的提升，我國(guó)城鎮(zhèn)污水排放量也逐年增長(zhǎng)。據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]，2020年，我國(guó)城市污水年處理總量達(dá)5.6×106萬(wàn)t。污泥是以污水生物法處理為主的污水處理主要副產(chǎn)物，研究[2]表明，污水廠每處理1萬(wàn)t污水產(chǎn)生5～10t含水率為80%的污泥。美國(guó)產(chǎn)生廢水約為1.29×109m3/d，每年產(chǎn)生650萬(wàn)t污泥固體[3]。截至2019年底，我國(guó)城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量達(dá)到近6000萬(wàn)t(含水率約為80%)。污泥具有產(chǎn)量大、含水率高、易腐敗、惡臭等特點(diǎn)，富集了污水中50%以上污染物，包括各種重金屬、微量的高毒性有機(jī)物、大量致病微生物等，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅，如不妥善處理，將造成水環(huán)境、土壤的破壞，甚至威脅人類(lèi)飲用水和食品安全[4]。污水處理過(guò)程“重水輕泥”，在發(fā)展污水處理能力的同時(shí)，沒(méi)有同步提升污泥處理能力，導(dǎo)致污泥處理能力的提升遠(yuǎn)低于污泥產(chǎn)生量的增加，逐漸成為我國(guó)城鎮(zhèn)污染控制領(lǐng)域的主要環(huán)境問(wèn)題[3]。為此，國(guó)家出臺(tái)一系列政策以規(guī)劃和指導(dǎo)污泥處理處置，2015年我國(guó)發(fā)布的“水十條”要求，完成污泥處理處置實(shí)施的改造，實(shí)現(xiàn)2020年地級(jí)市無(wú)害化處理率達(dá)到90%以上；到2020年7月，我國(guó)發(fā)布《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)改善“重水輕泥”現(xiàn)狀，推進(jìn)污泥無(wú)害化處置和資源化利用——鼓勵(lì)采用“生物質(zhì)利用+焚燒”處置模式等5項(xiàng)內(nèi)容。“十四五”規(guī)劃提出：破解污泥處置難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化推進(jìn)資源化。新增污泥無(wú)害化處理設(shè)施規(guī)模不少于2萬(wàn)t/d，2022年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、生態(tài)環(huán)境部等在《關(guān)于加快推進(jìn)城鎮(zhèn)環(huán)境基礎(chǔ)建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，城市污泥無(wú)害化處置在2025年達(dá)到90%。然而，由于我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠中污泥處理處置技術(shù)發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，且污泥處理處置投資管理方面存在地域差異和針對(duì)性不強(qiáng)的特點(diǎn)，尚未形成規(guī)模化、效果良好的技術(shù)路線、設(shè)備和完善的監(jiān)管體系，F(xiàn)階段污泥的合理處理處置已成為制約污水處理廠良性健康發(fā)展的重要瓶頸，解決污泥處理處置問(wèn)題迫在眉睫。
因此，本文結(jié)合國(guó)家高質(zhì)量綠色發(fā)展重大需求，總結(jié)當(dāng)前污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)闡述基于焚燒的污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析主要焚燒爐型的優(yōu)缺點(diǎn)，為污泥焚燒處置技術(shù)的發(fā)展提供參考。
1污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀
基于污泥成分的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無(wú)害化和資源化是污泥處理處置的最終目標(biāo)。我國(guó)城市污水廠污泥有機(jī)質(zhì)與無(wú)機(jī)質(zhì)比值低于國(guó)外污泥，且污水處理工藝不同造成污泥結(jié)構(gòu)、組分呈現(xiàn)較大差異性，適合我國(guó)國(guó)情的污泥處置處理技術(shù)比較少。根據(jù)污泥的性質(zhì)及目標(biāo)，污泥的處理處置可分為：1)污泥處理過(guò)程，目的是降低含水率，去除污泥中的重金屬、病原微生物等有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥的減容減量、穩(wěn)定化和無(wú)害化，包括污泥濃縮、脫水、穩(wěn)定和干化等技術(shù)；2)污泥處置過(guò)程，是將經(jīng)過(guò)處理后的污泥通過(guò)填埋、土地利用、焚燒等方式實(shí)現(xiàn)污泥再利用和資源化的過(guò)程。
1.1污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀
城市污水廠污泥的主要來(lái)源為污水處理廠初次沉淀池(含水率為97%以上)和經(jīng)過(guò)生物處理單元后二沉池的污泥(含水率為99%以上)，含水率高、體積大，對(duì)后續(xù)處理及運(yùn)輸造成了巨大影響。因此，常規(guī)污泥處理技術(shù)主要包括脫水處理、穩(wěn)定化處理以及其他處理[4]。
1.1.1污泥脫水處理技術(shù)
將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，污泥含水率可降低至50%～80%，污泥脫水是污泥減容減量的重要方法[4]。當(dāng)前污泥脫水主要處理方式包括：自然干化法、濃縮法、機(jī)械脫水法和造粒法等。自然干化法主要是脫除自由水；污泥濃縮用于脫除污泥的間隙水；機(jī)械脫水法通常是先投加無(wú)機(jī)鹽或高分子混凝劑對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，改善脫水性能后再通過(guò)板框壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行脫水；造粒法適用于混凝沉淀的污泥。自然干化法、機(jī)械脫水法的脫水污泥含水率為65%～80%，污泥濃縮、造粒法脫水污泥含水率在95%～98%、70%。機(jī)械脫水是當(dāng)前污水處理廠常用的處理方法。然而，由于污泥成分復(fù)雜，其內(nèi)含大量菌膠團(tuán)、微生物及結(jié)合水，如不經(jīng)過(guò)任何處理，難以直接通過(guò)機(jī)械方式脫水。為了獲取更高的污泥脫水處理效果，通常對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理[5]。污泥調(diào)質(zhì)主要是通過(guò)化學(xué)、物理或生物的方式預(yù)處理污泥，改善污泥的脫水性能，以提高污水脫水效果。物理調(diào)質(zhì)是通過(guò)應(yīng)力或施加能量等方式改變污泥脫水特性[6]，包括熱處理、凍融、超聲、微波、水力調(diào)質(zhì)等[6-8]。化學(xué)調(diào)質(zhì)是當(dāng)前主流調(diào)質(zhì)方式[9]，常用無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)絮凝劑，工業(yè)應(yīng)用上的化學(xué)法污泥調(diào)質(zhì)采用的藥劑有無(wú)機(jī)藥劑和有機(jī)藥劑，其中，無(wú)機(jī)調(diào)質(zhì)藥劑主要有氫氧化鈣、聚合硫酸鐵、三氯化鐵等；有機(jī)藥劑主要是高分子聚丙烯酰胺，投加量為0.1%～0.5%。當(dāng)前也有研究將高級(jí)氧化技術(shù)用于污泥調(diào)理，如過(guò)氧化氫、鐵基硫酸鹽等，目前這些研究尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[8]。生物調(diào)質(zhì)是指采用微生物、細(xì)胞提取物等改善污泥脫水性能[10]，如生物溶菌酶技術(shù)等，但調(diào)質(zhì)穩(wěn)定性及機(jī)制有待進(jìn)一步研究。當(dāng)前污泥機(jī)械脫水技術(shù)主要存在藥耗大、設(shè)備易損、結(jié)合水和間隙水去除困難、需要對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)低藥耗、高處理效率的污水調(diào)質(zhì)技術(shù)以及研發(fā)低能耗污泥脫水干化設(shè)備是未來(lái)發(fā)展方向。
1.1.2污泥穩(wěn)定化處理
污泥穩(wěn)定化處理的實(shí)質(zhì)是通過(guò)可控的物理、生物或化學(xué)手段，改變污泥易發(fā)生無(wú)序生化反應(yīng)的狀態(tài)，以降解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，將不穩(wěn)定的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定物質(zhì)，降低污泥二次污染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，為污泥后續(xù)處理處置尤其土地利用提供條件[11]。污泥穩(wěn)定化的方法主要有污泥消化、堿穩(wěn)定、污泥堆肥等。污泥消化包括好氧消化，是指經(jīng)過(guò)好氧微生物將污泥中的懸浮有機(jī)物部分降解為更穩(wěn)定的有機(jī)化合物以及無(wú)機(jī)物的過(guò)程；厭氧消化通過(guò)污泥厭氧發(fā)酵，從而產(chǎn)生沼氣，達(dá)到減量化、資源化的目的；污泥堿穩(wěn)定化處理是指將氧化鈣、鎂鹽、粉煤灰等同脫水污泥混合，通過(guò)污泥pH和溫度的升高來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌、脫水；污泥堆肥主要是將污泥與有機(jī)質(zhì)混合，通過(guò)控制生物種類(lèi)、pH、溫度等使其進(jìn)行有氧高溫發(fā)酵。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家大型污水處理廠通過(guò)厭氧消化等穩(wěn)定化技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水廠能源及資源回收；小型污水廠則采用好氧消化技術(shù)[12]。與國(guó)外污泥處理處置發(fā)展水平相比，我國(guó)污泥穩(wěn)定化處理與發(fā)達(dá)國(guó)家存在差異，厭氧消化技術(shù)在污泥穩(wěn)定化處理方面占重要地位。近些年，隨著對(duì)污泥處理處置的重視，越來(lái)越多污泥穩(wěn)定化新技術(shù)也層出不窮[13]，包括污泥固化穩(wěn)定化技術(shù)、污泥氧化穩(wěn)定化技術(shù)(包括濕法氧化法、氯氧化法等)、污泥等離子體處理獲取可燃?xì)怏wCO等，對(duì)穩(wěn)定化機(jī)理進(jìn)行研究、優(yōu)化工藝、提高效率的同時(shí)節(jié)能降耗，是未來(lái)污泥穩(wěn)定化技術(shù)發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用的方向。
1.1.3污泥熱干化處理
污泥熱干化是通過(guò)熱調(diào)理過(guò)程破壞污泥膠體，實(shí)現(xiàn)活性污泥生物細(xì)胞破壁，析出生物內(nèi)部水、毛細(xì)水、附著水，殺滅病毒細(xì)菌等活性有害物質(zhì)。經(jīng)熱干化的污泥具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，對(duì)環(huán)境影響小。
1.2市政污泥處置技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)污泥具有地域性特點(diǎn)，污泥處置方式應(yīng)該根據(jù)各地區(qū)污泥的性質(zhì)進(jìn)行選擇。目前，我國(guó)對(duì)于污泥處置主要為填埋、堆肥、焚燒、土地利用等方式。截至2020年底，我國(guó)污泥處理處置現(xiàn)狀如圖1所示。
圖1我國(guó)污泥處置現(xiàn)狀[14]
Fig.1PresentSituationofSludgeDisposalatHome[14]
1.2.1衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋是污泥最傳統(tǒng)的處置方式，有單獨(dú)填埋、混埋及特殊填埋等方式，適于污泥的大批量處理。我國(guó)常將脫水污泥同生活垃圾混埋。由于污泥衛(wèi)生填埋具有衛(wèi)生指標(biāo)要求不高、操作簡(jiǎn)便且成本低等特點(diǎn)，目前我國(guó)約16%的污泥進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置。然而，污泥填埋產(chǎn)生的滲濾液對(duì)周邊土地和水體帶來(lái)極大污染，且造成磷資源的浪費(fèi)，加劇溫室效應(yīng)。隨著污泥產(chǎn)量的逐年增長(zhǎng)，衛(wèi)生填埋場(chǎng)地占據(jù)土地資源，各國(guó)逐步禁止。我國(guó)《地下水管理?xiàng)l例》(2021年)第40條中明確指出禁止利用污泥填廢棄礦坑等。盡管衛(wèi)生填埋存在很多問(wèn)題，由于當(dāng)前污泥處置能力不足且污泥資源化消納途徑尚未完全打通，污泥填埋并不能被其他處置方式完全取代。目前衛(wèi)生填埋的主要發(fā)展方向?yàn)闈B濾液的處理、填埋氣的利用、防滲材料的研發(fā)等[15]。
1.2.2土地利用
污泥中含有大量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分和微量元素，可通過(guò)一定處理后進(jìn)行土地利用，是污泥資源化利用的方式之一，主要包括農(nóng)業(yè)利用、園林綠化利用以及土地改良等。污泥組成成分中含有對(duì)植物、土壤有害的病原菌、重金屬等，直接土地利用會(huì)造成土壤及地下水的污染。美國(guó)專(zhuān)門(mén)制定了污泥土地利用相關(guān)的法規(guī)[16]；日本則成立了污泥還田委員會(huì)[17]；目前我國(guó)約48.5%的污泥用于土地利用。污泥堆肥后或無(wú)害化處理后再利用是土地利用的主要方式，具有過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)物可作農(nóng)肥和土壤改良劑等特點(diǎn)，但肥效較低，污泥中污染物還會(huì)污染土地、影響植物生長(zhǎng)[18]。此外，堆肥對(duì)于污泥的減量效果有限、周期較長(zhǎng)且易產(chǎn)生臭氣。目前我國(guó)污泥土地利用產(chǎn)業(yè)面臨的主要問(wèn)題為缺乏工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范指南、缺乏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理體系、缺乏相應(yīng)政策等[19]。
1.2.3建材利用
剩余污泥中含有豐富的有機(jī)物以及硅、鋁、鐵等無(wú)機(jī)成分，在污泥中添加一定量的粉煤灰、高嶺土等無(wú)機(jī)輔料后進(jìn)行建材生產(chǎn)是一種經(jīng)濟(jì)有效的資源化方法，可以燒結(jié)磚、制輕質(zhì)陶粒、制水泥等建材[20]，不僅可以解決污泥處理費(fèi)用高、處理處置困難及對(duì)環(huán)境造成二次污染隱患的問(wèn)題，更符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，有效利用資源達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。但當(dāng)前由于符合建材生產(chǎn)要求的污泥產(chǎn)量少，在制作建材的過(guò)程中添加大量無(wú)機(jī)輔料作為骨架，成本高、使用范圍小且污泥成分復(fù)雜，用于生產(chǎn)污泥建材工藝不同對(duì)其性能影響較大，而我國(guó)尚缺乏污泥建材規(guī)范生產(chǎn)和檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。更重要的是，目前尚未形成完備的污泥再生建材產(chǎn)品出路，市場(chǎng)流通不足，導(dǎo)致污泥建材利用受限。為促進(jìn)污泥資源化發(fā)展，在污泥建材利用方面的研究將集中于優(yōu)化輔料配比以降低建材生產(chǎn)成本，研制以污泥為主料的新型建材，完善污泥再生建材生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并制定產(chǎn)業(yè)政策開(kāi)拓建材利用市場(chǎng)。
1.2.4污泥焚燒
污泥焚燒處置通常是在一定溫度、有氧條件下對(duì)污泥進(jìn)行焚燒，使污泥中的有機(jī)物發(fā)生燃燒反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、氮?dú)狻o(wú)機(jī)灰分等物質(zhì)，是目前最徹底、最快速的污泥處置方式，能徹底實(shí)現(xiàn)污泥減量化，可最大限度減少污泥容積，將市政污泥體積減小70%～80%；徹底實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化與無(wú)害化，完全消除病毒和病原菌并將其轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的無(wú)機(jī)灰分[21]。污泥經(jīng)過(guò)焚燒后，可將自身的熱值轉(zhuǎn)化為熱能用于市政污泥的干化，或轉(zhuǎn)化為電能用于發(fā)電[22]。污泥灰中富含磷，可從污泥焚燒灰分中提取高品位磷以緩解當(dāng)前磷資源危機(jī)[23]。研究者[24]發(fā)現(xiàn)黑麥草施加市政污泥焚燒灰后，與對(duì)照組相比，施加市政污泥焚燒灰的黑麥草磷吸收明顯增加。焚燒具有占地面積小、處理效率高且無(wú)害化徹底的優(yōu)點(diǎn)，歐洲國(guó)家及日本早年就開(kāi)始實(shí)施污泥焚燒處置，如圖2所示。隨著填埋場(chǎng)地逐年變少，我國(guó)對(duì)污泥土地利用出臺(tái)了嚴(yán)格政策，污泥焚燒的處置方式被逐漸重視，目前我國(guó)現(xiàn)有32.7%的污泥進(jìn)行焚燒處置。污泥焚燒方式分為單獨(dú)焚燒和共焚燒。其中，單獨(dú)焚燒是指將污泥在輔助燃料下放入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。由于我國(guó)市政污泥熱值較低，污泥與其他有機(jī)廢物如秸稈等進(jìn)行共焚燒后，增加了灰分中的土壤有效磷，且對(duì)各類(lèi)作物的試驗(yàn)中效果均較好，尤其油料作物。將經(jīng)過(guò)干化處理的污泥進(jìn)行焚燒，能量赤字、處理成本以及投資成本與傳統(tǒng)工藝相比更低[25]，是一種作為極具前景的污泥處置方式。
圖2不同國(guó)家和地區(qū)污泥焚燒率[13]
Fig.2SludgeIncinerationRateinDifferentCountriesandRegions[13]
2污泥焚燒處置
2.1污泥焚燒處置現(xiàn)狀
與煤相比，污泥具有含水量高(脫水后為80%～85%)、揮發(fā)性固體高以及熱值低的特點(diǎn)，直接進(jìn)入焚燒爐會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題，如溫度下降、點(diǎn)火延遲和爐膛溫度波動(dòng)[26]。因此，通常情況下，將脫水后的污泥進(jìn)行干化處理后(質(zhì)量分?jǐn)?shù)干化至10%～30%)進(jìn)行焚燒，即單焚燒。研究人員[27]將鼓泡流化床干燥器和循環(huán)流化床焚燒爐結(jié)合起來(lái)，焚燒產(chǎn)生的能量用于污泥干化，可處理含水量約為80%的污泥。杭州某焚燒示范項(xiàng)目利用干燥和焚燒結(jié)合方式處理100t/d未消化污泥(含水量為80%)，燃燒效率高，可減少污染物排放。也有學(xué)者[28]提出了一種新型的余熱回收系統(tǒng)，其產(chǎn)出高溫高壓的蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)做功產(chǎn)出電能，可以有效利用余熱。由于濕污泥含水量較高，在流化床焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，可將其轉(zhuǎn)化為電能或熱能。部分研究[29]利用濕污泥直接進(jìn)行焚燒，而隨著溫度升高，其焚燒過(guò)程依次為干燥、脫揮發(fā)油、揮發(fā)物燃燒和焦炭燃燒，尾氣中NOx的排放占比更少。
為提高污泥熱值，將污泥與燃料進(jìn)行協(xié)同焚燒，可降低共焚燒著火溫度和提高燃燒效率以維持污泥穩(wěn)定燃燒，同時(shí)還具有降低有害氣體的排放等作用[30]。共焚燒過(guò)程中影響焚燒性能的因素主要是污泥/生物質(zhì)以及燃料的熱值、水分含量和灰分組成。這些因素影響了熱輸出、燃燒所需空氣量、產(chǎn)生的煙氣量、粉塵濃度和顆粒分布。研究者們主要利用污泥與煤、城市固體廢物[31]或水泥原料等混合燃燒，不僅解決污泥含水量高無(wú)法維持自燃的問(wèn)題，而且有效減少了燃燒的污染排放。
近年來(lái)，我國(guó)約有35家水泥廠采用共焚燒處理市政污泥，其中大部分位于東部和南部[32]。在水泥窯中添加污泥有助于降低污泥處理的運(yùn)行成本，且可資源化利用。在我國(guó)廣西，采用水泥窯協(xié)同處置污泥的量占污泥處置總量的35.34%[33]；在武漢，污泥進(jìn)入石灰窯混燒是未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)污泥的主要消納方式，可處理含水率為80%的污泥14105t/d[34]；廣東省的污泥處置主要是水泥窯協(xié)同焚燒與建材利用為主。英法兩國(guó)20%的污泥進(jìn)行焚燒；丹麥30%的污泥焚燒處置；奧地利為焚燒和農(nóng)用各占1/2；而荷蘭幾乎全部焚燒處置[35]。經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的優(yōu)勢(shì)使得美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)廣泛采用水泥窯中市政污泥的協(xié)同處理[36]。日本由于國(guó)土面積狹小，63%的污泥進(jìn)行焚燒處置。全世界每年生產(chǎn)約170萬(wàn)t污泥焚燒灰[37]，其中德國(guó)55%的污泥進(jìn)行焚燒處置，每年產(chǎn)生30萬(wàn)t污泥焚燒灰[38]，新加坡在2016年生產(chǎn)5萬(wàn)t污泥焚燒灰。污泥焚燒灰中富含的磷、鎂和鈣等大量植物營(yíng)養(yǎng)素增強(qiáng)了其作為肥料生產(chǎn)替代磷源的潛力，也使其成為重要的含磷二次資源。已有研究和實(shí)踐[39]證明，二噁英、NOx和重金屬等污染物可通過(guò)控制焚燒溫度>800℃來(lái)抑制，也可用尾氣凈化裝置去除。
但該方法存在以下問(wèn)題：1)污泥含水率與摻燒率對(duì)焚燒設(shè)備熱效率影響大；2)為滿足一定焚燒條件，焚燒設(shè)備煙氣排量大、鍋爐效率低、煙氣系統(tǒng)磨損嚴(yán)重；3)焚燒成本高，且污泥中所含部分重金屬在高溫作用下遷移至空氣中，焚燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生二噁英等污染物，對(duì)環(huán)境造成威脅，焚燒過(guò)程污染控制是重要研究方向；4)焚燒過(guò)程能量釋放過(guò)多，如何提高焚燒過(guò)程能量回收。這些問(wèn)題對(duì)焚燒工藝及設(shè)備有較高要求。
2.2污泥焚燒處置設(shè)備
目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的污泥焚燒設(shè)備主要有：機(jī)械爐排式焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐、流化床式焚燒爐。與傳統(tǒng)的多爐膛焚燒爐(一般925℃)相比，流化床燃燒爐(一般750℃)成本更低、效率更高、環(huán)境性能更好，因此，被認(rèn)為是全球市政污泥焚燒的最佳可用技術(shù)[39]。
2.2.1流化床焚燒處置技術(shù)
流化床焚燒爐具有單位面積處理能力大、加入流化床的固體細(xì)粒可瞬間分散均勻、床內(nèi)溫度易于控制、建造費(fèi)用低、技術(shù)成熟、能量回收潛力好等特點(diǎn)，被廣泛用于SS的焚燒。相較于其他爐型中物料的層燃形式，流化床焚燒爐爐內(nèi)物料燃燒時(shí)可呈現(xiàn)出沸騰狀態(tài)，在爐內(nèi)形成良好的分散效果，可在短時(shí)間內(nèi)完成污泥顆粒的焚燒，達(dá)到良好的傳熱傳質(zhì)效果。但目前仍存在配套的煙氣設(shè)備腐蝕、布袋除塵器腐蝕、干化機(jī)磨損等問(wèn)題。在流化床焚燒爐焚燒之前，污泥需經(jīng)過(guò)干化預(yù)處理，再進(jìn)行尾氣處理。目前，上海竹園、白龍港、成都市、浦東污泥干化焚燒、常州市武進(jìn)區(qū)生活污水處理廠等均采用污泥流化床焚燒爐處置污泥，其煙氣余熱可為污泥干化提供熱源，實(shí)現(xiàn)了能源回收利用。流化床焚燒爐的類(lèi)型主要包括氣泡床、循環(huán)床、多重床、噴流床、壓力床。前兩者已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用，后者還處于研究開(kāi)發(fā)階段。其中，氣泡床多用于處理城市廢物及污泥；循環(huán)床多用于處理有害工業(yè)廢物。
在鼓泡式流化床焚燒爐中，物料從投料口進(jìn)入燃燒區(qū)，通過(guò)調(diào)節(jié)底部的布風(fēng)流速，使得物料呈現(xiàn)沸騰狀態(tài)。燃燒時(shí)間與物料粒度的1～2次方成正比，因此，焚燒爐在投料口會(huì)添加撥散器，減少物料的團(tuán)聚。布風(fēng)板上方載有惰性介質(zhì)(如石英砂)借著燃燒器點(diǎn)火以及風(fēng)箱的送風(fēng)使得物料均勻受熱。鼓泡式流化床焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)是燃燒速度快、物料停留時(shí)間短、焚燒熱量可供物料的水分蒸發(fā)且事故率低，能夠適應(yīng)各種易燃煤種和低熱值、高水分的燃料，但對(duì)煙氣除塵配套要求高。學(xué)者們[40]在流化床焚燒處置技術(shù)污泥燃燒熱解特性、凝聚結(jié)團(tuán)特性、焚燒過(guò)程煙氣污染控制等方面做了大量研究工作，并對(duì)污泥灰渣處理提出建議，促進(jìn)了流化床污泥焚燒技術(shù)的發(fā)展。
2.2.2多膛式焚燒處置技術(shù)
多膛式焚燒爐又稱(chēng)為立式多段焚燒爐。污泥隨著爐膛的齒耙進(jìn)入爐膛內(nèi)后，通過(guò)每層的孔洞進(jìn)入下層，呈螺旋狀軌跡。頂部為污泥的干燥區(qū)，可使污泥含水率降至40%以下，中部為污泥焚燒區(qū)，下部為冷卻段，起冷卻并預(yù)熱空氣的作用。揮發(fā)分氣體順孔洞向上從廢氣口排出，燃燒后殘?jiān)盎曳猪樑呕铱谂懦觯☆w粒物質(zhì)會(huì)隨氣流運(yùn)動(dòng)堵塞排氣口，進(jìn)而影響燃燒效果。多膛式焚燒爐歷史較長(zhǎng)，積累了豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，但由于操作復(fù)雜、處理緩慢、燃燒能力及氣體排放標(biāo)準(zhǔn)提高等原因逐步失去競(jìng)爭(zhēng)力。
2.2.3回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)
污泥水泥窯協(xié)同處置已經(jīng)成為我國(guó)污泥熱化學(xué)處理處置的手段之一，多用于危險(xiǎn)廢物焚燒處，目前已建成污泥協(xié)同處置設(shè)施的水泥熟料生產(chǎn)線30～40條[41]。針對(duì)順流式的回轉(zhuǎn)窯，污泥從進(jìn)料端進(jìn)入窯內(nèi)焚燒。物料進(jìn)入筒體后沿軸向以及筒體切線方向出料端移動(dòng)。污泥在投加前根據(jù)不同的預(yù)處理手段選擇不同的水泥窯投加點(diǎn)。污泥水泥窯協(xié)同處置具有有機(jī)物分解徹底、二次污染少、焚燒灰即成為產(chǎn)品一部分、環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，是污泥無(wú)害化處置的方法之一。但與流化床焚燒爐相比，污泥水泥窯仍存在對(duì)污泥類(lèi)型適應(yīng)能力較弱(決定焚燒溫度高低)、需設(shè)置煙氣燃盡室(溫度>1100℃)、處理有害物質(zhì)等不足。而焚燒過(guò)程焦油、重金屬及煙氣等污染的控制及低溫低能耗焚燒裝置的研發(fā)與改進(jìn)、焚燒灰渣的處理將是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。
3結(jié)論與展望
隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展及對(duì)安全環(huán)保的要求，污泥的處理處置是當(dāng)前城鎮(zhèn)污水處理廠亟待解決的關(guān)鍵。作為一種有價(jià)值的資源，污泥進(jìn)行減量化、無(wú)害化處理后再利用，可滿足污水處理廠可持續(xù)發(fā)展的需求。結(jié)合我國(guó)污泥特性，以污泥處理技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展污泥資源化處理處置技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的方向。污泥焚燒由于其占地小、處理效率高且回收熱能和灰分無(wú)機(jī)資源等優(yōu)勢(shì)，可能是未來(lái)最具潛力的污泥處理處置方式。各地區(qū)應(yīng)因地制宜，根據(jù)各地經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等特點(diǎn)選擇合適的污泥處置方式。目前，我國(guó)污泥焚燒處理的技術(shù)尚未成熟，仍然存在二次污染、處理費(fèi)用較高、焚燒灰渣的資源利用等方面問(wèn)題，高效低耗焚燒爐的研制、熱能利用、提高污泥熱值的生物質(zhì)耦合污泥共焚燒技術(shù)將是將成為污泥資源化技術(shù)主要研究方向。未來(lái)，隨著我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域科技工作的推進(jìn)，污泥焚燒技術(shù)將憑借自身的優(yōu)勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用。
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