生活垃圾焚烧厂协同处置污泥的技术研究＊

马津麟，张蒙雨

（中城院（北京）环境科技股份有限公司，北京 100120）

1 研究背景

在“十三五”期间，中国共建成生活垃圾焚烧厂254 座，累计在运行的生活垃圾焚烧厂已超过500 座，焚烧设施处理能力达58 万t/d，全国初步形成了新增处理能力以焚烧为主的生活垃圾处理发展格局。可见，近五年来，中国生活垃圾焚烧发电行业发展迅速，处理处置能力得到了大幅度提升。此外，中国生活垃圾无害化处理率在“十三五”期间也显著提升，“十三五”期间，中国新建垃圾无害化处理设施500 多座，城镇生活垃圾设施处理能力累计超过127 万t/d，生活垃圾无害化处理率达到99.2%。全国城市和县城生活垃圾基本实现无害化处理，仅尚有0.8%的缺口，即仅有1 万t 左右的处理能力的缺口。

然而“十四五”规划提出，到2025 年底全国城镇生活垃圾焚烧处理能力会达到80 万t/d 左右，即在“十四五”期间，中国将新增12 万t/d 的生活垃圾焚烧处理能力，远大于目前中国城镇生活垃圾无害化处理能力的缺口。虽然，有些卫生填埋场会随着生活垃圾焚烧设施的启用而转变为飞灰以及应急填埋场，从而填补一定量的生活垃圾处理能力的缺口。但是，考虑到全国正在逐步推进生活垃圾分类收运、分类处理，大量规划和建设以堆肥、厌氧处理为主工艺的厨余垃圾处理处置设施以及多地的生活垃圾收运体系，尤其是农村垃圾的收运体系的建设尚未健全，因此可以预计未来几年，中国部分生活垃圾焚烧处理设施将面临着处理能力过剩，部分垃圾焚烧发电设施将处于长期低负荷运行的状态，不利于生活垃圾焚烧发电厂的稳定运行与生活垃圾焚烧发电行业的可持续发展。

实际上，中国现有部分生活垃圾焚烧处理厂已经面临入场垃圾不足的问题了。但与此同时，目前大量一般工业有机固体废弃物、市政污泥、餐厨垃圾以及医疗废物等尚未得到妥善的处理处置。这些废弃物中，许多均可采用焚烧的方式进行处置，尤其是像污泥这样含有大量有机物的高热值固体废弃物。因而，这几年来，生活垃圾焚烧厂协同处置其他有机固体废弃物的理念越来越受到认可，众多新建生活垃圾焚烧项目从可行性研究阶段就充分考虑将焚烧厂服务区域内的其他有机固体废弃物协同处置，充分发挥生活垃圾焚烧厂的潜力。

在中国，生活垃圾焚烧处理厂协同处置其他有机固体废弃物有政策支撑，符合相关标准规范的规定。例如：GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》中提出“在不影响生活垃圾焚烧炉污染物排放达标和焚烧炉正常运行的前提下，生活污水处理设施产生的污泥和一般工业固体废物可以进入生活垃圾焚烧炉进行焚烧处理”。

2 生活垃圾焚烧厂协同处置市政污泥的技术研究

近年来，污泥处理处置问题愈发受到关注，尤其是污水处理厂所产生的市政污泥。随着众多卫生填埋场的封场以及国家对提高污泥无害化处理与资源化利用的倡导，传统的污泥脱水后送至卫生填埋厂填埋的处置方式越来越受到限制。污泥厌氧发酵技术存在产品出路困难等问题，因而，与生活垃圾焚烧项目协同处置则成为近年来被推广的污泥处置方式之一。2009 年，国家住房与城乡建设部、国家环境保护部和国际科学技术部三部委联合发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》中鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建，且污泥焚烧的烟气处理需满足GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》等有关规定。2020 年7 月，国家发改委和住建委发布的《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》中强调要加快推进污泥无害化处置和资源化利用，鼓励采用“生物质利用+焚烧”的处置模式。

生活垃圾焚烧项目协同处置市政污泥的关键技术首先在于选择适宜的污泥干化率与污泥掺烧比例。由于污水厂内常对污泥采用离心机、板框压滤机或者带式压滤机等措施对污泥进行脱水，脱水后污泥的含水率在60%～80%之间，含水率较高，热值过低，不适宜直接进入焚烧炉焚烧。因此，往往在入炉前，需要对污泥进行干化处理，且常以生活垃圾焚烧厂产生的饱和蒸汽作为干化热源。污泥入炉时的含水率越低，入炉热值越高，其产生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的饱和蒸汽量也越多，干化成本也越高，例如，以0.5 MPа 的饱和蒸汽作为污泥干化热源时，将每吨含水率为80%的湿污泥干化至40%的含水率，需要0.85～1.0 t/h 的饱和蒸汽[1]。因考虑到成本效益最优化的原则以及对焚烧炉和汽轮发电系统运行稳定性的影响，目前实际项目中往往选择将污泥干化至含水率35%～50%的状态入炉[1-5]。此时，污泥不处于黏滞区，利于机械上料，且其低位热值为1 800～2 400 kJ/kg，与焚烧厂MCR 工况设计热值相当或者略高于MCR 工况设计热值。

目前中国大多数专家学者认为当污泥在35%～50%的含水率状态下入炉时，污泥掺烧比例为小于等于10%，对生活垃圾焚烧处理厂的影响较小[1-7]。相关专家学者的详细研究成果如表1 所示。

表1 污泥掺烧比例的影响研究

此外，现在实际工程设计的污泥掺烧比例也大多在5%～10%的范围，入炉污泥含水率的范围也多为35%～50%，例如，顺德区顺控环投热电项目设计协同处置污泥700 t/d（以含水率80%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为7.8%[1]；青岛市小涧西二期生活垃圾焚烧与污泥协同处置工程设计协同处置污泥500 t/d（以含水率75%计），其入炉污泥含水率的设计值为40%，掺烧比例的设计值为9.2%[1]。在发达国家，污泥与生活垃圾协同焚烧处置也是其处理市政污泥的重要方法之一，例如，日本70%以上的市政污泥所采用的处置方式是以10%左右的比例与生活垃圾掺烧[7]。

协同处置污泥的另一个技术难点在于污泥上料方式的选择。由于污泥在热值、含水率等理化性质上与生活垃圾有所不同，因此，为降低对焚烧炉系统、烟气系统以及余热发电系统运行稳定性影响，应选择更有利于污泥与生活垃圾均匀入炉的上料方式，尽量降低入炉垃圾的热值的波动性。目前，主要的污泥上料方式有2 种：一是通过小车、管道等途径将污泥均匀抛洒在生活垃圾池中，与生活垃圾混合后进入焚烧炉；二是污泥单独上料，具体实现形式包括通过斗提机、皮带输送机等机械输送方式直接将污泥输送至焚烧炉给料斗，或者在垃圾池内设置单独的干污泥储仓，再配置一个小型污泥抓斗，将污泥抓至焚烧炉给料斗等。2 种上料方式各有利弊。第一种方式，污泥可以直接进入垃圾池，因此与生活垃圾混合的均匀性高，更利于入炉物料热值的稳定；但若采用小车输送，机械化程度低，上料过程中的臭味不易控制，工人工作环境恶劣；管道输送则只适用于含水率高的污泥，但直接掺烧含水率高的污泥的经济性差。第二种污泥单独上料的方式，其与生活垃圾的混合度低，入炉物料的均匀化程度低，容易对焚烧炉产生冲击；但这种方式的机械化程度高，较容易实现对上料过程中的臭味控制。具体上料方式可以根据项目空间情况等实际限制因素进行选择。

掺烧市政污泥在经济上有优势，主体焚烧设备、烟气处理设备以及余热利用设备均与焚烧厂共建，节约设备投资与土地费用。运行方面，利于产生规模效益，降低运行成本。同时，由于大多数市政污泥在污水厂内脱水时，往往需添加调理剂，改善污泥的脱水性能，进一步降低脱水后污泥的含水率。调理剂常采用10%左右的熟石灰。因此，当调理后干化污泥被投入焚烧炉后，污泥中的熟石灰会与酸性污染物反应，从而降低了余热锅炉出口烟气中酸性污染物的浓度，有利于节约烟气处理的运行成本。高云涛[3]的研究表明，当调理后污泥掺烧量为10%时（污泥含水率干化至50%以下），余热锅炉出烟气中的HCl 以及SO2的体积分数分别下降了6.9%和5.4%。

3 结束语

本文阐述了生活垃圾焚烧处理厂协同处置市政污泥的意义与必要性，总结了它与政策的相符性，归纳了技术上的可行性与重难点，分析了在经济上的优势，并提供了相关的实际工程案例。生活垃圾焚烧厂协同处置此类废弃物不仅可以解决生活垃圾焚烧行业面临的局部地区入厂生活垃圾不足、处理能力过剩的问题；还可以有效解决区域内污泥的处理处置减量化与资源化问题，有利于无废城市的建设；与此同时，还可有效提高生活垃圾焚烧厂的经济效益，有利于生活垃圾焚烧发电行业的长期、可持续发展。因此，生活垃圾发电厂协同处置污泥等其他有机固体废弃物是生活垃圾焚烧发电行业的重要发展趋势之一。