生活污泥干化与生活垃圾协同焚烧研究分析

2020-04-09王晓文张玉彬乔玉松高培庆张涛

环境与发展 2020年2期

王晓文张玉彬乔玉松高培庆张涛

摘要：我国城市化的快速发展导致城市人口的迅速膨胀，城市生活污水产生量也迅速增加，在污水处理过程中自然而然的产生了大量的污泥。据不完全统计，每年一座中等城市产生的污泥量大约在25～30万t。本文通过对生活污泥干化的研究与生活垃圾协同焚烧的研究，有助于形成积极的公众舆论和认同，为垃圾协同污泥焚烧技术在全国的推广实施提供便利。

关键词：生活污泥;污泥干化;生活垃圾;协同焚烧

中图分类号：X799.3 文献标识码：A 文章编号：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

生活污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特征是含水率高（含水率96%以上，经过机械脱水在80%左右），有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细、比重较小，呈胶状液态，是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但它很难通过沉降进行固液分离，并且不易自然风干。

1.2 生活污泥的危害

污泥如不妥善处理，对周围生态环境和人体健康影响较大，其主要表现在以下几个方面：（1）对大气环境的影响，主要是污泥脱水和污泥堆放对污水处理厂周围大气环境的影响以及污泥外运途中对沿途大气环境的影响。（2）对地表水环境和地下水环境的影响，脱水污泥透水性差，遇水成浆状，容易流失。污泥随雨水流入地表水，容易污染地表水环境。污泥堆积过程中容易产生渗滤液，污泥渗滤液携污泥中可溶性成份渗入地下，从而导致地下水的污染。（3）对环境卫生的影响，脱水污泥主要是微生物残骸和分解物，含有各种病原体及致病物质的中间体，这些物质经蚊蝇及水源进行传播，进而危害人体健康。（4）污泥的数量庞大，储运这些污泥需要较大的空间和很多的工具，这些空间和工具都可能被污染，具有一定的环境风险隐患。

1.3 污泥深度处置的问题

目前我国污泥处置主要方法中，耕地利用约占44.8%，填埋约占31%，其它处置10.5%，没有处置13.7%。以上处置都存在一个致命的问题：由于污泥中高分子细菌和重金属含量很高，属于国家严格管控的危险废弃物。如何在安全环保前提下来有效处置污泥，最大限度的减少污泥中的重金属对周围环境的二次污染刻不容缓的摆在人们面前。但现实中那些常规的处置方法污泥都很难满足日益严苛的环保标准，人们必须要寻找一种科学、有效、环保、节能的处置污泥的途径，但现实中的处置方法已经严重滞后。

2 生活污泥的干化处理

我国现阶段大部分污水处理厂产生的污泥含水率在80%左右，根据污泥检验报告显示，污泥含水率82%时，其低位发热量仅为1.578MJ/kg，热值很低，根本无法实现自身燃烧处置，入炉污泥的热值除成分外，主要与污泥的含水率相关。在污泥含水率较高时，其焚烧产生的热量不能满足其水分蒸发所吸收的热量，故污泥不能自持燃烧。如果降低污泥的含水率，污泥热值升高，则其单位重量焚烧产生的热量就会增加，当其热值达到污泥自持燃烧低位热值时，即可自持燃烧。即使与其他可燃物协同燃烧，也由于含水率过高，低位热值太少，只能用极少量80%的污泥掺拌燃烧，处置能力自然受到条件约束。因此首先进一步降低污泥含水率就成为了人们的努力方向，之后再寻找到一种可以大量处置污泥的可行手段。

污泥干化是指通过渗滤、压滤或蒸发、烘干等方法，去除污泥中水分的过程。烘干工艺根据传热介质分为热风、热油和蒸汽干化。烟台润达垃圾处理运营有限公司污泥干化项目采用间接热干化方式的4台单轴卧式圆盘干化机。该项目2014年春试车运行至今。项目实际湿污泥日处理能力400t/d，运行较稳定。污泥干化采用全封闭模式，从污泥接收到干化后的污泥入炉燃烧全程封闭;污泥干化过程中产生的污水经过处理变成合格的中水得到综合利用。

含水80%的湿污泥经过干化处理，得到含水率40%左右的相对湿污泥含水减少66%的干污泥。其低位热值也提高到了5.05～7.05MJ/kg之间，为大量掺烧处理提供了基础条件。

3 干化污泥与垃圾的协同燃烧影响因素

干化后的污泥与垃圾进行混合后一同入炉掺烧。在干燥段污泥和垃圾一同在热风作用下表水分得到干燥，之后进入燃烧段参与燃烧，与垃圾一同燃尽后排入渣井。因此污泥的热值、含水率高低、掺烧污泥的比例对燃烧效果具有影响，主要体现在炉膛温度、锅炉负荷、烟气指标等数据的波动。

3.1 生活污泥热值的自持焚烧

含水率40%、体温50℃的入炉污泥，其水的焓值为209.3kJ/kg，当入炉焚烧后，水分以蒸汽的形式被加热后从污泥内析出，而且在炉膛内被加温到与炉膛周围环境温度相同。暂按900℃计算，此时水蒸汽的焓值为 4398.05kJ/kg，此过程中水分需吸收的热量为4398.05-209.3=4188.75kJ/kg。由此，当入炉污泥在没有热源连续补充热量的情况下，理论上必须在热值大于4188.75kJ/kg时，入炉污泥可以自持燃烧。以下是烟台润达垃圾运营有限公司入炉干化污泥热值检测数据。

根据上表数据来看，实际入炉污泥低位热值在6.05～6.31MJ/kg之间，完全满足污泥自持燃烧的要求。

3.2 污泥含水率对垃圾焚烧的影响

入炉燃料的热值是焚烧厂运行控制的重要内容。根据GB/T 18750-2008《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》，入炉垃圾体温20℃其水的焓值为84.48kJ/kg，进炉时燃料低位发热量不宜小于4398.05-84.48=4313.57kJ/kg，燃料才能自持燃烧。实际为了保障焚烧发电厂的良好运行，并达到炉膛温度不低于850℃的要求，燃料热值要大于5000kJ/kg。每单位含水率减少1%，燃料热值就会增加150kJ/kg左右，因此对于协同入炉的污泥来说，含水率也要严格把控。根据理论计算并结合实际运行经验，入炉污泥含水率应该小于45%。如果含水率﹥45%的污泥直接与垃圾掺混后入炉焚烧，造成入炉燃料整体含水率的明显增加，燃料（湿污泥和垃圾的混合物）需要吸收大量的热量升温、蒸干、点燃。這就需要很长的干燥时间，也就延长在炉排干燥段停留时间，减慢炉排的推料速度，大大降低了垃圾处理能力。并且水分在蒸发过程中将带走部分热量，燃烧室的温度降低，反应速度随温度的降低而变慢。垃圾在往复炉排中焚烧的停留时间大约在60-90min。但入炉污泥水分如果一味要求降低，当低于35%的水分时，干化汽耗明显增加。在北方冬季，垃圾发酵质量不好，热值明显偏低，污泥的含水率对燃烧的影响就更加敏感。

垃圾和污泥协同焚烧的目的首先是垃圾的减量（或减容）和燃烧后产物的安全化、稳定化处理方面，其次是获取正常的热量用于余热锅炉后，因此，要获得以上的理想结果，焚烧必然保持良好的燃烧状态为基础，要使燃料快速、完全的燃烧。如果含水的污泥直接掺入垃圾焚烧，因其密度高，就会起到砂子灭火的效果，一次风不宜穿透，从而影响了垃圾的焚烧效果，且宜导致不完全燃烧产物的生成，造成炉渣热灼减率增大。

4 干化污泥与垃圾的协同掺烧分析

4.1 污泥协同掺烧技术分析要点

⑴污泥的入炉方式;⑵污泥掺烧比;⑶对锅炉效率、烟气、飞灰等的影响。

4.2 污泥掺烧比值对锅炉效率、烟气、飞灰等的影响

根据上表1数据看，污泥与垃圾的掺烧比的确定，与掺烧污泥时的烟气排放指标、锅炉积灰状况以及焚烧炉的燃烧有关，根据润达运营公司近9个月污泥掺烧量分析，月均最高掺烧比为11.27%，掺烧比均值为8.0%。

4.2.1 污泥掺烧对垃圾焚烧炉燃烧工况的影响

污泥入炉比例的多少对燃烧效果和烟气指标都有明显影响。当污泥入炉比例超过8%时，会产生压火效应。当垃圾发酵特别好热值明显高时，单烧垃圾往往会出现炉膛温度超过1100℃现象，用配风很难控制。如果适当给入污泥在5%以下，通过压火效应抑制垃圾的着火速度，更便于控制炉膛温度;如果垃圾发酵一般则过多污泥造成垃圾干燥和燃烧不好，炉膛出现偏料和无法燃尽的问题。

对此采用污泥输送设备对焚烧炉给料时，需要在落料口设两侧或三点进料方式，调节好漏泥量，污泥布料要均匀，避免污泥掺烧时偏烧。

污泥的掺烧宜导致焚烧炉积灰加重。因污泥中含灰量较大，污泥焚烧后的残余物大部分被烟气带往后部受热面后，附着在尾部受热面管子上，影响了换热效率，且长时间的积累，造成尾部受热面积灰严重，对锅炉负荷产生不良影响;同时，灰在高过、中过受热面烟气通道所堆积的灰会形成非常硬的灰块，运行期间很难清除，如处理不及时，会造成过热器烟温过高或锅炉短期内停炉检修清灰。

4.2.2 对焚烧烟气的影响

污泥与垃圾协同焚烧时对烟气指标影响的程度主要取决于掺烧比以及污泥中含硫量、含氮量，而污泥中的含硫、氮元素的量又与污水处理厂污水的来源及其处理污过程中添加的药剂有关。

垃圾掺烧污泥，当掺烧比值变大时，所用石灰和尿素量有所增加：在掺烧比7%左右时，耗材较低，低于均值15.04;在10%左右时，耗材较高，但是烟气指标可控制。一下就以7、8、9月份分析。

通过上述4表分析，当掺烧比在10%左右时，烟气排放指标完全能满足GB18485-2014排放标准的要求，但SO2指标超欧盟标准次数较多。由此，当掺烧比10%左右时，烟气排放指标不能满足欧盟排放标准的要求，但能满足国家排放标准的要求。

5 结束语

在社会效益方面，通过垃圾协同污泥焚烧发电技术研发，能够有效实现有机固废的减量化和资源化利用，节约土地资源，减少能源消耗;有助于形成积极的公众舆论和认同，为垃圾协同污泥焚烧技术在全国的推广实施提供便利。

在经济效益方面，固废协同焚烧技术的研发能够降低固废处理设施重复建设的高昂成本，间接提高经济效益。

在生态效益方面，垃圾协同污泥焚烧处置的高效热处置，能够降低有机固废长期堆放或简易填埋所造成的土壤和水体污染;解决臭气难控给周边环境带来的不良影响。

固体废弃物--生活污泥与垃圾协同焚烧是时代发展的趋势，是以污制污绿色循环发展，通过自主技术研发与工程示范，完善有机固废高效清洁稳定焚烧成套工艺与设备体系，攻克复杂固废协同焚烧难题，对有机固废焚烧行业的高速健康发展具有积极的推动作用。同时对推动住房和城乡建设领域科技有进步作用。

参考文献

[1]郑雪艳，王定国，刘海.基于炉排炉的生活垃圾与污泥混烧技术[J].节能技术，2015，33（02）：140-143.

[2]白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.