关于燃煤发电机组掺烧城市污水处理厂污泥工程的环境可行性及生态环境保护的探讨——以马鞍山市为例

戴凌杰

（马鞍山市环境监测中心站，安徽 马鞍山 243000）

随着我国社会经济发展和城市化进程的加快，城市污水的产生量和纳管率逐步提高，相应污水处理产生的污泥量也不断增加，据估算2020年全国污泥产生量约为6 000万吨[1]，寻找一种更加合理有效且无害的污泥处置方式迫在眉睫。

2018年国家能源局、环境保护部联合下发 《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》，文件指出，组织燃煤耦合生物质发电技改试点项目建设，旨在发挥我国煤电体系技术领先优势，依托现役煤电高效发电系统和污染物集中治理设施。本文结合相应技术规范、污染物排放标准探讨燃煤发电机组掺烧污泥的环境可行性和生态环境保护要点。

1 污泥掺烧可行性分析

1.1 马鞍山市污泥产生情况

以马鞍山市为例，2019年污水处理厂处理量约9 492万立方米/年[2]，参考马鞍山城镇南部污水处理厂扩建工程项目试运营期间统计数据进行简单类比分析，该污水处理厂每年处理1 825万立方米污水，产生污泥2.4万吨（含水率80%），则全市相应的污泥产生量约为12.48万吨/年（含水量为80%），故马鞍山市每天约有342吨污泥需要处置。

1.2 燃煤发电机组掺烧污泥的优势

2016年国务院印发的《“十三五”生态环境保护规划》提出了“提升污水再生利用和污泥处置水平，大力推进污泥稳定化、无害化和资源化处理处置，地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90%，京津冀区域达到95%”[3]的目标要求。目前，污水处理厂生产的污泥处置方式主要是卫生填埋、堆肥、焚烧、制造建材等，结合当前国家环保政策的要求及各类污泥处置应用效果，污泥采用燃煤发电机组掺烧方式处置具有投资小、运营成本低、生态环境影响小等优势。马鞍山市有规模以上电力、热力的生产和供应企业14家，全市火电设备容量为516.03万千瓦[2]，年耗煤827.98万吨[2]，具备采用燃煤发电机组掺烧污泥的基础条件。

2 污泥掺烧可行性分析

2.1 污泥掺烧比例以及对锅炉运行的影响

本次实验以某燃煤发电公司相关数据为例，分析燃煤发电机组掺烧污泥的环境可行性。某发电公司现有四台330 MW燃煤发电机组，ECR工况下，单台发电机组的炉膛容积热负荷为106.2 kW/m3，炉膛断面热负荷为4 524 kW/m2，炉膛火焰温度为1 400-1 500 ℃；锅炉最大蒸发量为1 025 t/h，锅炉计算燃料量为113.765 t/h，每天燃煤量约2 730 t，四台机组合计耗煤10 920 t/d。假设发电组掺烧污泥（含水率80%）400 t/ d，将含水率80%的污泥间接干化至含水率40%，掺烧污泥约为240 t/ d，则入炉掺烧污泥的比例为2.19%。

参考污泥干化与电站燃煤锅炉协同焚烧处置的试验研究的工艺计算，将含水率80%的污泥间接干化为含水率40%的污泥后（掺烧比为4%），锅炉理论燃烧温度、理论烟气量、烟气流量、排烟温度、排烟损失及锅炉效率等各项参数的变化很小。由于掺烧污泥后烟气流量少量增加，只使炉膛理论燃烧温度略有上升，但增加幅度不大，低于2 ℃，排烟温度相比掺烧前升高1.3 ℃，使得排烟损失略有上升，锅炉效率下降了0.06%[4]。所以，因本次掺烧污泥比例为2.19%，对锅炉的运行稳定性影响在可接受范围内。

根据煤粉锅炉污泥掺烧技术的试验研究分析，以锅炉受热面中最容易遭受磨损的低温省煤器为例，计算掺入比为6%污泥（含水80%）进行掺烧，烟气流量稍有增加，通过计算总磨损率在1.005左右，磨损率变化甚微，可不加考虑[5]。

2.2 工艺流程及产污环节

本次实验设计污泥掺烧工艺流程为：将含水率80%的污泥由污水处理厂运送至燃煤电厂的湿污泥存储间，经螺杆泵运送至干化机，采用电厂自身减温减压的低压过热蒸汽进行间接换热，将含水率降至40%后送入干污泥存储间，然后在原煤车间按一定比例配比后送锅炉燃烧。

3 污染物产排及环境防治措施

3.1 废气

3.1.1 废气产排情况及处理方案设计

湿污泥存储、上料、干化、干污泥存储、分配与掺烧过程均会产生废气。将干化系统产生的粉尘经布袋除尘处理后与湿污泥存储、上料、干污泥存储、废气一并送入锅炉内进行焚烧，采用现有烟气处理系统“高效低氮燃烧+SCR脱硝+静电除尘+炉外石灰石-石膏法脱硫+湿法静电除尘”的处理流程进行处理达标后排放。

3.1.2 废气处理可行性分析

污泥的主要成分见“马鞍山市城镇污水处理厂污泥堆肥处理工程的取样分析结果”，元素分析结果为碳14.04%、氢1.8%、硫0.19%、氧12.11%、氮2.16%、氯0.0295%；工业分析结果为灰分35.18%、全水分59.24%、可燃基挥发份为50.78%；收到基低位热值9.981 mg/kg；重金属成分为总镉0.9 mg/ kg、总汞0.34 mg/kg、总铅40 mg/kg、总铬60 mg/kg、总砷<100 mg/ kg、总镍<100 mg/kg、总锌480 mg/kg、总铜100 mg/ kg。

（1）根据入炉煤质分析数据以及入炉污泥泥质分析数据折算含水率后，加权计算最终混合入炉燃料成分及热值。经过计算，入炉混合燃料成分及热值计算结果为收到基水分7.70%、收到基灰分20.92%，收到基全硫0.45%，收到基碳60.66%，收到基氢3.88%，收到基氧6.02%，收到基氮1.07%，收到基低位发热量23.32 mg/kg。

（2）根据混合燃料燃烧产生的烟气量以及颗粒物、SO2、NOx均采用《污染源源强核算技术指南-火电》（HJ888-2018）中推荐的公式计算，掺烧尾气排放数据为烟气量984694 Nm3/ h、颗粒物1.94 mg/Nm3、SO218.66 mg/Nm3、NOx45.50 mg/Nm3，各项污染物排放限值符合《关于印发煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）的通知》（发改能源[2014]2093号）的要求。

（3）重金属排放情况对比锅炉额定蒸发量为1 025 t/ h，干化污泥掺烧比例为1.96%，，1#机组尾气的监测数据（各因子浓度均为折算成标干烟气量下的浓度）汞3.6×10-5mg/m3、砷2.43×10-3mg/m3、铅9.57×10-3mg/m3、铬0.0812 mg/m3、钴6.32×10-3mg/m3、铜9.39×10-3mg/m3、锰0.0388 mg/m3、镍0.0270 mg/m3，镉、铊、锑及其他化合物未检出，监测结果满足《生活垃圾焚烧污染控制》（GB18485-2014）中的限值要求。由以上监测数据可知，本次实验设计的燃煤锅炉掺烧污泥后尾气中各项污染因子排放限值可以满足相应标准的要求。

3.2 废水

3.2.1 废水主要水质分析

本次实验设计的污泥掺烧工艺掺烧的废水主要是污泥干化过程产生干化乏汽冷凝水以及乏汽冷凝塔间接冷却水。乏汽冷凝塔间接冷凝水在掺烧过程中仅温度升高，不受污泥掺烧的污染因子影响。根据前期实验测试检测的干化乏汽冷凝废水主要成分及检测值为pH值为8.83、CODcr为1 270 mg/L、BOD5为292 mg/L、氨氮为160 mg/L、总氮为211 mg/L、总磷为3.57 mg/L、SS为403 mg/L、石油类为51.7 mg/L。

3.2.2 废水处理方案设计及处理效果

废水处理方案设计为：干化机产生的冷凝液重力流入调节池，与干化厂区产生的其他污水混合匀质匀量后，经提升泵提升进入气浮池，在气浮池去除废水中悬浮物及胶体污染物，降低后去生化系统处理负荷，气浮出水重力流入生化池，此生化池由两级A/O反应池组成。在一级A/O反应池去除污水中大部分COD、氨氮和总氮污染物，在二级A/O反应池强化去除废水中总氮污染物。生化池出水经二沉池泥水分离、滤布滤池去除悬浮物后进入清水池，达标后接入污水管网外排，不达标废水回流至调节池进行再处理。各设计单元处理效率为：调节池去除率为CODcr为2%，BOD5为5%；A2/O的去除率为CODcr为88%、BOD5为90%、氨氮为88%、总氮为88%、总磷为80%；沉淀池去除率为CODcr为5%，BOD5为5%。设计的处理工艺不仅对废水中有机物具有较高的去除效率，同时具有脱氮除磷效果。由此可知，污水处理站的出水浓度CODcr为141.9 mg/L、BOD5为26.4 mg/L、氨氮为19.2 mg/L、总氮为25.3 mg/L、总磷为0.71 mg/L，满足《污水综合排放标准》（GB8978-1996））中其他排污单位的三级标准限值要求。

4 结论

根据实验分析，马鞍山市现有的燃煤发电机组有能力处置全市污水处理厂产生的污泥，对燃煤机组的稳定性和磨损率也在可接受范围内，废水、废气可以实现达标排放。采取燃煤发电机组干化掺烧方式处置污水处理厂污泥，可有效提高马鞍山市污泥的稳定化、无害化和资源化处理率，积极推进“无废城市”的创建。