淺析污泥焚燒技術(shù)

徐靈芳

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

隨著人民生活質(zhì)量的改善，產(chǎn)生的廢水總量也持續(xù)升高。隨著廢水的處理，產(chǎn)生的污泥量也越來越多。根據(jù)有關(guān)評估，截至2020年，污泥產(chǎn)量可能超過6000萬t[1]。污泥不僅富含大量的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物，也包含了重金屬和病原菌等[2]。怎樣把量多且復(fù)雜的污泥進(jìn)行合理的處置，是我們應(yīng)該深入思考的問題。將污泥進(jìn)行焚燒在發(fā)達(dá)國家中占據(jù)較大的比重。如在日本，污泥焚燒技術(shù)占總污泥的 60%以上；在歐盟，焚燒占總量的10%以上[3]。這說明了污泥焚燒是值得推廣的技術(shù)。本文將對影響污泥焚燒的主要因素進(jìn)行闡述，并討論污泥單獨(dú)和混合焚燒的區(qū)別。

1 污泥焚燒技術(shù)概念

污泥焚燒是在焚燒爐內(nèi)利用高溫將污泥中的可燃物質(zhì)進(jìn)行燃燒，最后生成水、二氧化碳等無害物質(zhì)并產(chǎn)生固體殘?jiān)?。污泥焚燒技術(shù)可以使污泥快速地?zé)o菌化和減量化，產(chǎn)生的熱量能滿足自身需要，占地面積小，不需要長期儲(chǔ)存。與其他方式相比，污泥焚燒技術(shù)更符合可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 污泥焚燒的影響因素

2.1 污泥的含水率

含水率的高低會(huì)對污泥焚燒速率產(chǎn)生直接的作用。如果含水率過高，更會(huì)對焚燒爐產(chǎn)生破壞。這要求加入輔助燃料才能使高含水率進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。所以，含水率和揮發(fā)物的比值最好小于3.5[4]。

2.2 污泥停留時(shí)間

污泥停留時(shí)間是指在焚燒爐中污泥完全分解的時(shí)間。污泥停留時(shí)間是確定焚燒爐大小的關(guān)鍵參數(shù)。一般來說，當(dāng)焚燒爐里溫度在800～850℃之間，污泥停留時(shí)間是2 s。此時(shí)大部分的有機(jī)物可以被完全分解。另外，污泥停留時(shí)間也受到污泥顆粒粒徑的影響。污泥顆粒的粒徑越小，則燃燒所花費(fèi)的時(shí)間減少，即污泥停留時(shí)間縮短[5]。

2.3 污泥焚燒溫度

理論上而言，污泥焚燒爐內(nèi)溫度的升高，會(huì)促進(jìn)顆粒的燃燒。但是如果持續(xù)升高焚燒爐內(nèi)的溫度，達(dá)到一定值后，污泥中的金屬揮發(fā)量增多，造成不良的環(huán)境影響。有研究表明，在溫度偏低的時(shí)候，升高溫度會(huì)顯著提高污泥焚燒效果。例如升高40℃，停留時(shí)間能減少50%。在溫度偏高的時(shí)候，升高溫度對污泥焚燒影響較小。例如此時(shí)也升高 40℃，停留時(shí)間只減少1%。

2.4 空氣過量系數(shù)

空氣過量系數(shù)是指實(shí)際輸送空氣量和理論值的比率。一般而言，適當(dāng)?shù)卦龃罂諝膺^量系數(shù)能夠提高污泥焚燒效果，使有機(jī)物更完全地分解。但也不能過高，因?yàn)榭諝膺^量系數(shù)過高會(huì)使焚燒爐內(nèi)的溫度下降，也使得排放的煙氣量增多[6]。

3 污泥焚燒工藝

3.1 污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)

相關(guān)污泥處置規(guī)定指出[7]，當(dāng)污泥進(jìn)行單獨(dú)焚燒時(shí)，需要把干化和焚燒技術(shù)結(jié)合使用，目的是使污泥能更快速地被燃燒分解。成都市第一城市污泥處理廠就是污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)。該廠總處理能力為400 t/d的濕污泥(含水率為80%)，采用薄層干化機(jī)和鼓泡焚燒爐聯(lián)合的處理技術(shù)[8]，并且設(shè)置了兩條干化焚燒線。

污泥單獨(dú)焚燒廠是一種針對污泥焚燒設(shè)計(jì)的廠，優(yōu)點(diǎn)在于專一性和高效性，能夠極大地減少污泥的體積，去除幾乎所有的水分。產(chǎn)物污泥灰性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)影響外界。所以污泥單獨(dú)焚燒廠做到了污泥最大可能的穩(wěn)定化和減量化，具備了其他污泥處置方法難以企及的效果。雖然目前未得到廣泛應(yīng)用，但污泥單獨(dú)焚燒廠的發(fā)展具備極大的優(yōu)勢。

3.2 污泥聯(lián)合焚燒技術(shù)

3.2.1 電站鍋爐摻燒工藝

由于火力發(fā)電廠中有大量的蒸汽和煙氣可作為污泥干化的熱源，利用火力發(fā)電廠進(jìn)行污泥干化焚燒有巨大的潛力?；鹆Πl(fā)電廠首先利用熱量將污泥進(jìn)行干化，使其含水率降低，然后將干化的污泥與煤混合并研磨至一定的程度，將二者混合物輸送到入鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。

北侖電廠污泥干化焚燒廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為200t/d[9]。污泥水分被干化機(jī)蒸發(fā)，得到一定程度的干污泥。再將干污泥和原煤混合燃燒。干化機(jī)中的加熱蒸汽來自電廠，濕污泥蒸發(fā)產(chǎn)生的廢氣通過物理生物除臭系統(tǒng)，達(dá)到國家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)后直接排放。不足之處在于整個(gè)工藝較為復(fù)雜，維護(hù)設(shè)備費(fèi)用較高。

3.2.2 垃圾焚燒爐摻燒工藝

與電站鍋爐摻燒工藝相似，垃圾發(fā)電廠會(huì)對垃圾和污泥進(jìn)行混合破碎，然后一起輸送至垃圾焚燒爐，使垃圾和污泥同時(shí)燃燒分解。在此過程中，焚燒爐煙氣出口位置的溫度可達(dá)到800℃，從而減少混合燃燒過程中有害物質(zhì)的形成。但是污泥與垃圾摻燒也存在一些問題，例如：通常需要向焚燒爐中投加輔助物質(zhì)以便燃燒，這必然會(huì)使運(yùn)行成本升高。

3.2.3 水泥窯摻燒工藝

水泥窯摻燒工藝與前文兩種摻燒工藝類似。主要步驟是將污泥與水泥進(jìn)行混合焚燒，不同的是，水泥窯摻燒工藝最終能夠獲得水泥熟料產(chǎn)品[9]。這相當(dāng)于將污泥間接用于建材行業(yè)。該工藝的優(yōu)勢是回轉(zhuǎn)窯的污泥處理量大，并且工況較為穩(wěn)定，不會(huì)對水泥的質(zhì)量產(chǎn)生損壞。但目前水泥窯摻燒工藝技術(shù)還不成熟，主要問題是當(dāng)含水率高的污泥(80%)未經(jīng)處理就輸入水泥窯內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致窯內(nèi)溫度不斷波動(dòng)。若未能進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，?huì)影響大氣環(huán)境。

4 展望

雖然污泥焚燒技術(shù)在我國還未得到推廣，但由于其顯著的優(yōu)勢在國外應(yīng)用較為廣泛。污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)與混合焚燒技術(shù)相比，都存在著成本較高的問題，但顯然污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)更具有專業(yè)性和高效性，后續(xù)處理更方便。隨著技術(shù)的進(jìn)步，期望污泥單獨(dú)焚燒技術(shù)能夠成為減少污泥的主流技術(shù)。