隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水的排放量日益增加，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)人民的身體健康，提高水環(huán)境質(zhì)量，污水必須經(jīng)過(guò)凈化處理達(dá)標(biāo)后才能排放。污水在處理的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的有機(jī)污泥，這些有機(jī)廢棄物含水率高，有機(jī)物含量高，容易腐爛發(fā)臭，如果得不到有效處置，會(huì)嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量，造成二次污染。如何妥善處理處置這些廢棄物，已成為建設(shè)完整城市污水處理廠，提高技術(shù)水平和管理水平的重要因素。

上海石洞口城市污水處理廠從立項(xiàng)之初，就充分考慮污泥處理處置工程的建設(shè)，為此我們對(duì)國(guó)內(nèi)外已有的工藝進(jìn)行了充分的研究，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合上海市石洞口污水處理廠的具體特點(diǎn)，推薦干化焚燒處理工藝，使污泥得到最終處置。

1、污泥量

石洞口城市污水處理廠設(shè)計(jì)水量為40萬(wàn)m3/d。采用具有脫氮除磷功能的一體化活性污泥法作為污水處理工藝，處理對(duì)象為城市污水，含有大量的工業(yè)廢水，尤其以化工、制藥、印染廢水為主，產(chǎn)生的污泥量為64T/d干泥，經(jīng)脫水后含水率為70%，污泥體積為213m3/d。

根據(jù)現(xiàn)狀水質(zhì)水量的特點(diǎn)，石洞口城市污水處理廠運(yùn)行初期，由于水量在30萬(wàn)m3/d左右，產(chǎn)生的污泥量將低于設(shè)計(jì)規(guī)模。隨著收集系統(tǒng)的不斷完善，雨污分流現(xiàn)象的逐步改善，水量將逐年增加，水質(zhì)會(huì)不斷提高，最終將達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷。

2、污泥特性

對(duì)于不同的污泥處理處置工藝需要了解污泥不同方面的特性。石洞口城市污水處理廠的污泥含水率如表1所示。

表1污泥各階段含水率表

采用不同的脫水工藝其脫水污泥的含水率是不同的，大致范圍是65％～85％。對(duì)于后續(xù)干化焚燒處理工藝，脫水污泥的含水率直接影響到后續(xù)處理構(gòu)筑物的規(guī)模以及干化焚燒的熱量平衡，理論上越低越好，但是機(jī)械脫水程度越高，設(shè)備投資會(huì)增加，加藥量也會(huì)增加，處理隨之提高，因此合理選擇設(shè)計(jì)含水率也很重要。

污泥的元素分析和工業(yè)分析數(shù)據(jù)對(duì)污泥焚燒系統(tǒng)的計(jì)算關(guān)系密切，根據(jù)有關(guān)資料和本工程針對(duì)性實(shí)驗(yàn)測(cè)試資料，石洞口城市污水處理廠污泥元素分析如表2所示，污泥工業(yè)分析如表3所示，低位發(fā)熱量測(cè)定值見(jiàn)表4，污泥成分測(cè)定見(jiàn)表5。

表2污泥元素分析

注：最高容許值為GB4284-84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》

根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的污泥焚燒特性試驗(yàn)，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(shí)，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(shí)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(jí)的有機(jī)物組成；如氨基酸、腐植酸、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(jiǎn)單，并且已經(jīng)過(guò)二級(jí)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(shí)間長(zhǎng)。

此外，污泥中SO2、NOx的釋放溫度均低于煤。一般地，污泥中的硫以有機(jī)硫的形式存在(80%以上)，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(gè)過(guò)程，因此污泥易于釋放SO2。試驗(yàn)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(jí)脂肪胺等)，有機(jī)氮在在高溫下容易揮發(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(gè)過(guò)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，則燃燒工況完全不同（脫水污泥的低位發(fā)熱量?jī)H為648~232千卡/千克），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。

理論上脫水污泥含水率在70％時(shí)，可以不加輔助燃料，實(shí)現(xiàn)直接燃燒，但是由于污泥中的水分在高溫下蒸發(fā)（850℃以上），會(huì)損失大量熱能，所以必須通過(guò)高效的高溫空氣預(yù)熱器回收這些熱量，并將助燃空氣預(yù)熱到600℃以上，以目前的工程技術(shù)水平較難實(shí)現(xiàn)。因此采用目前相對(duì)較成熟的低溫干化工藝，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，提高系統(tǒng)的熱效率，使整個(gè)系統(tǒng)的熱量處于平衡狀態(tài)。

3、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(wú)害化、減量化、資源化的目標(biāo)。目前國(guó)際上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?shí)際情況相適應(yīng)。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)污水廠的污泥處置以外運(yùn)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(yùn)。有些是運(yùn)至生活垃圾填埋場(chǎng)合并處理，由于含水率太高，導(dǎo)致填埋場(chǎng)作業(yè)困難，并且也會(huì)大量占用填埋場(chǎng)庫(kù)容。有些則是又傾倒到河道和海洋中，這樣會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。有些則作為農(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，因此這樣做會(huì)直接影響到人民的身體健康?？傊畣为?dú)的脫水外運(yùn)工藝還不能稱其為污泥的處理、處置工藝。

2）污泥經(jīng)過(guò)消化穩(wěn)定后脫水處理再外運(yùn)。該工藝相對(duì)有所改進(jìn)，由于污泥經(jīng)過(guò)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(wú)害化，并且也有一定的資源化意義。但是，該工藝仍未解決處置高含水率脫水污泥的問(wèn)題。

3）直接焚燒脫水污泥。該工藝雖然理論計(jì)算可行，并在一些小型的污水廠已有采用，但實(shí)際運(yùn)行效果欠佳，主要原因是設(shè)備不成熟，運(yùn)行管理難度大，需要添加大量的輔助燃料，運(yùn)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。該工藝在上海金山石化總廠污水處理廠已經(jīng)采用，運(yùn)行情況尚可。由于干化工藝需要大量使用熱量，而金山石化總廠原本就有熱能（蒸汽）資源供使用，可以大大降低造價(jià)和運(yùn)行成本，這是它成功的關(guān)鍵。

但是對(duì)于大多數(shù)污水廠而言不具備這樣的條件。

在總結(jié)已有工程和現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)石洞口城市污水處理廠特點(diǎn)采取對(duì)脫水污泥進(jìn)行低溫干化高溫焚燒聯(lián)合處理的工藝方案。同時(shí)污泥焚燒裝置能兼顧焚燒干化污泥和煤。當(dāng)污泥可以作為綠化基質(zhì)土或其他用途時(shí)，干化污泥綜合利用，當(dāng)污泥重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)或污泥出路困難時(shí)，干化污泥焚燒提供干化所需的熱量。

4、方案介紹

污泥處理處置工藝的推薦流程圖1。

圖1干化-焚燒聯(lián)合處理工藝流程圖（略）

干化焚燒聯(lián)合處理工藝主要采用低溫干化和高溫焚燒二套系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行。通過(guò)招標(biāo)，確定采用流化床干化工藝，可將脫水污泥含水率從70％左右降至10％左右（最低可至5％）。
焚燒采用循環(huán)流化床焚燒爐，通過(guò)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)。該聯(lián)合工藝可以達(dá)到能量的自平衡。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到污泥參數(shù)可能產(chǎn)生波動(dòng)，因此我們對(duì)系統(tǒng)的整體熱能平衡條件進(jìn)行了反復(fù)校核，得到二種最低限度的平衡條件：

1）脫水污泥含水率為75％時(shí)，污泥熱值必須大于3000kcal/kg干固體，否則添加燃煤輔助燃燒；

2）脫水污泥含水率為70％時(shí)，污泥熱值必須大于2450kcal/kg干固體，否則添加燃煤輔助燃燒；

本工程設(shè)計(jì)污泥參數(shù)為：脫水污泥含水率70％，污泥燃燒熱值2700~3700kcal/kg干固體，從計(jì)算結(jié)果分析，該系統(tǒng)抗負(fù)荷波動(dòng)的能力是相當(dāng)強(qiáng)的。

4.1干化工藝

干化工藝是本系統(tǒng)的核心工藝，由于干化污泥具有易燃、易分解的特點(diǎn)，為保證安全和衛(wèi)生，干化系統(tǒng)內(nèi)必須保證低溫、低氧狀態(tài)。同時(shí)由于污泥在40％～60％含水率時(shí)具有易粘結(jié)的特性，因此選用設(shè)備必須防止污泥粘結(jié)在換熱面，從而降低熱效率，甚至影響運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)多次方案比較和設(shè)備招標(biāo)，最終選用了進(jìn)口流化床低溫干化系統(tǒng)。該系統(tǒng)干化溫度為85℃，系統(tǒng)內(nèi)控制含氧量<4％。
該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用流化床干化機(jī)。干化過(guò)程在流化床內(nèi)進(jìn)行，流化床底部布置蒸汽盤管?？諝鈴拇驳捉?jīng)過(guò)盤管加熱后進(jìn)入床身，熱空氣一方面使床身中的污泥處于流動(dòng)化，防止污泥粘結(jié)，另一方面也與污泥進(jìn)行充分換熱，蒸發(fā)其中的水分，蒸發(fā)出來(lái)的水分和空氣一起被引入洗滌冷卻塔內(nèi)，經(jīng)噴淋后，水分被去除，余下的干空氣則循環(huán)使用。經(jīng)干化后的污泥含水率降為5%～10%。干化系統(tǒng)每蒸發(fā)1噸水分，消耗熱能為2800kj。

4.2焚燒工藝

經(jīng)干化系統(tǒng)處理后的污泥儲(chǔ)存在干污泥料倉(cāng)中，通過(guò)輸料機(jī)送入焚燒爐，在投加污泥的同時(shí)，可以投加生石灰（用于脫硫）。投加的干污泥經(jīng)爐內(nèi)預(yù)置的床砂加熱后迅速升溫，并開(kāi)始著火燃燒，經(jīng)燃燒后的污泥被循環(huán)流化床床身內(nèi)的高速氣流帶出，通過(guò)熱旋風(fēng)分離器，將其中比重較大的未燃盡顆粒收集下來(lái)，然后重新送入焚燒爐焚燒，燃盡后的輕小顆粒和高溫?zé)煔庖黄疬M(jìn)入后續(xù)煙道。煙道內(nèi)布置余熱鍋爐、空氣預(yù)熱器用于回收熱量。

煙氣排出前通過(guò)半干法脫硫和布袋除塵器除塵，參照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2001的排放標(biāo)準(zhǔn)排放
由于干化污泥燃燒特性接近褐煤，經(jīng)過(guò)循環(huán)流化床焚燒爐現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其焚燒特性良好，因此許多國(guó)內(nèi)廠家均有能力配套，技術(shù)也相當(dāng)成熟，采用國(guó)產(chǎn)的流化床焚燒爐。

5、經(jīng)濟(jì)性及投資

本工程估算價(jià)格為8000萬(wàn)元（含干化和焚燒設(shè)備、土建、自控及輔助設(shè)施），運(yùn)行費(fèi)用約160元/噸濕污泥（含電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、維修費(fèi)等）。

6、結(jié)語(yǔ)

采用干化焚燒聯(lián)合工藝處理污泥，做到了對(duì)城市污水處理廠固體廢棄物的無(wú)害化、減量化，并有一定的資源化意義。其運(yùn)行費(fèi)用雖有所增加，但是低于垃圾焚燒的運(yùn)行費(fèi)用。聯(lián)合處理工藝尤其適宜于土地資源緊張、環(huán)境要求較高、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市選用。

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