【大家之言】杨新海:污泥协同焚烧技术发展的探讨与行业思考

           

《净水技术》

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作者简介

杨新海(1971—),男,教授级高级工程师,上海环境卫生工程设计院有限公司总工程师,主要从事城市生活垃圾处理领域的科学研究、项目咨询、专业规划、工程设计、技术管理等工作,负责完成的《上海市石洞口城市污水处理厂污泥处理工程》等多个项目荣获市优秀设计一等奖、部优秀设计二等奖,参与主持了多项部、市级重要科研项目。

作为生活污水处理的衍生品,近年来污泥产量不断攀升。据估算,大约1万t生活污水可产生5~8 t市政污泥,预计到2020年,我国市政污泥产量将达到6 000~9 000万t。如何妥善处理处置这些市政污泥,已成为建设完整城市污水处理厂,提高技术水平和管理水平的重要因素。

污泥处理“十三五”规划目标中提到,“十三五”期间应坚持无害化原则,结合各地经济社会发展水平,因地制宜选用成熟可靠的污泥处理处置技术,鼓励采用能源化、资源化技术手段,尽可能回收利用污泥中的能源和资源。污泥焚烧作为一项比较彻底解决城市污泥的处理技术,具有减容、减重率高,处理速度快,无害化较彻底,余热可用于发电或供热等优点,符合污泥“减量化、无害化、资源化”的要求。以上海为例,在中心城区推动污泥独立干化焚烧项目的同时,在郊区积极实践生活垃圾炉排炉协同焚烧污泥,协同焚烧技术已被列入上海解决污泥难题的日程表,并得到成功有序地推进。

1

生活垃圾炉排炉协同焚烧污泥

上海早在2015年已全力推进郊区生活垃圾焚烧厂建设,在经过现场调研、充分比选、中试实验、工程在线效果验证等扎实工作基础上,松江区、奉贤区、金山区确定采用污泥协同焚烧工艺,基本解决三区近期污泥处理问题。同时,为破解上海中心城区污泥难题、减轻老港污泥填埋压力、释放老港“百年固废保障基地”功能,建设中的老港焚烧厂二期工程也同步考虑了污泥协同焚烧(预留接口)。污泥协同焚烧示意图如图1所示。

图1 污泥协同焚烧流程示意图

1.1

污泥协同焚烧存在的问题

(1)国内污泥协同焚烧尚处于起步阶段

污泥干化焚烧为国外发达国家率先采用,如德国、日本早在2010年时污泥焚烧比例已达53%和68%;2005年10月,瑞士明令禁止污泥土地回用,未来将全部采用污泥焚烧。目前,以上海污泥为例,污泥干化协同焚烧技术作为郊区污泥处理的主要方式。其中金山区、松江区污泥项目已投入运行一年多,奉贤区项目正在调试中。

(2)由于焚烧炉垃圾量超负荷以及污泥掺烧比受限等原因,需要进一步优化相关工艺

一方面,随着居民生活水平的提高,城镇生活垃圾的清运量快速增长(年增长率约3%~6%),作为垃圾焚烧厂首先要保证垃圾处理负荷,因此在垃圾产量高峰时段,难以保证污泥的全量处理。

另一方面,当污泥掺烧比过高时,容易出现炉膛结焦和锅炉积灰现象,大大增加了检修时间和频次,难以确保连续8 000 h/年的稳定运行要求。金山区现场反馈,炉膛内壁结焦达30 cm,须三个月打焦一次;余热锅炉积灰,清灰频率增加。松江区焚烧厂也存在余热锅炉积灰加重的情况。

再者,《生活垃圾清洁焚烧指南》中提出污泥掺烧比不宜超过7%。协同焚烧规模受到限制,往往难以覆盖污泥全量处理需求。

1.2

污泥协同焚烧工艺技术优化

(1)锅炉结焦、积灰测试分析              

当污泥干化至含水率为30%~40%以下时,污泥粘性低、颗粒度细,进入炉膛后由于风压较大,迅速被冲入二燃室,会产生较多飞灰。同时污泥中碱金属含量高,在高温下易熔化,再在炉膛壁上冷却凝固,引起结焦。通过炉膛焦块组分、熔点测试,发现深度脱水污泥灰熔点较低(1 000 ℃),而垃圾焚烧炉内温度超过1000℃,因此容易发生结焦现象。

(2)开展污泥造粒实验

对干化污泥进行造粒技术改造,不仅方便运输,还能有较好防积灰效果的同时,使吹到炉膛壁上的污泥灰分减少,结焦问题也有所改善。

(3)上游污泥脱水药剂控制

污水厂常用的深度脱水调理剂中Ca、Fe含量较高,不利于结焦控制。从协同焚烧角度考虑,需开发新型脱水调理剂,要求药剂既能增加脱水效果,又能保持较高的灰熔点(超过1 100 ℃)。初步研究认为,Al、Si元素有利于提高灰熔点。

(4)形成系列控制技术

通过以上测试和实验、对污泥干化协同焚烧项目运行优化,充分掌握污泥结焦特性,开展污泥结焦控制研发,形成一系列结焦控制技术(污泥脱水药剂控制技术、污泥抗结焦药剂、掺烧污泥含水量优化、污泥造粒掺烧技术、焚烧炉优化控制技术),以保障垃圾焚烧炉的安全稳定运行。

1.3

其他需开展的技术研发

(1)面向生活垃圾炉排炉的污泥脱水(不含氯药剂)和余热干化技术。

(2)高效低漏渣炉排炉(针对高含砂量污泥掺烧易导致焚烧炉磨损、炉排漏渣等问题)工艺技术和装备。

(3)生活垃圾协同焚烧污泥的烟气污染物控制技术。

(4)污泥冷凝水和焚烧厂渗滤液协同处理工艺。

(5)高浓度恶臭气体组合控制技术。

2

污泥协同焚烧的几点启发

2.1

污泥独立干化焚烧与垃圾焚烧厂共建

建议采用污泥独立干化焚烧与垃圾焚烧厂共建模式。采用污泥专用焚烧炉为主、垃圾焚烧炉为辅解决协同焚烧超负荷运行问题,同时,通过共用烟囱、水处理系统、蒸汽发电系统、臭气处理系统、灰渣处理系统等方法,将污泥独立干化焚烧产生的废水、废气和废渣等废弃物与垃圾焚烧产物一并处理、蒸汽统筹发电和余热利用,大大节省工程投资,环保性能也更佳。这样做工艺更成熟、更可靠,真正做到优势互补。

2.2

因地制宜合理选择工艺路线

污泥处置方案多种多样,但最终目的是要达到“无害化、减量化、资源化”,选用何种工艺必须与当地的实际情况相适应。例如国内大多数污水处理厂的污泥处置是以深度脱水后外运填埋为主,但是在一些土地资源紧缺的发达型城市,通常会选用污泥干化焚烧工艺,焚烧后的灰渣,根据其重金属含量,可选择直接或使用重金属螯合剂处理后进入填埋场,也可用作建筑材料或铺路等;在一些土地资源丰富的欠发达地区,深度脱水+填埋这条工艺路线实为最切合实际、经济可行的,其项目建设周期短、投资成本较低。常见的几个污泥处理处置工艺路线及其发展趋势如表1所示。

表1  污泥处理处置工艺路线及发展趋势

2.3

污泥土地利用未来可期

从目前阶段来看,污泥干化焚烧值得推崇,而污泥土地利用则是未来值得努力的一个方向。作为一种污泥资源化利用的途径,我国在2009年就已更新并颁布了《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》标准,对重金属、有机污染物、病原菌、腐熟度、施用作物、最大施用量等指标进行了补充规定,该标准适用于城镇污水处理厂污泥处置时污泥农用(土地利用)的泥质要求。

总体来看,土地利用、填埋和焚烧这三种污泥处置方式中,土地利用资源化意义最大,但是综合难度也最高,尤其是相关监管体系须完善建立,落实有效监管,以提高卫生安全保证和公信力。与之相比较,污泥干化焚烧技术目前相对较成熟、监管体系相对完善。现阶段污泥处置路线建议,东部沿海等发达地区以干化焚烧为主,其它土地资源相对充足、经济欠发达地区可选择深度脱水并填埋的方式。

3

结语

污泥处理的“十三五”规划中明确指出,“十三五”期间应当由“重水轻泥”向“泥水并重”转变,由“污水处理”向“再生利用”转变,由此可见,污泥无害化处理将迎来高速发展。污泥焚烧作为一项非常有应用前景的污泥处理技术,尤其是生活垃圾炉排炉协同焚烧污泥工艺已得到了工程化应用,积累了经验,随着研究和实践的深入,污泥与垃圾协同处理技术将成为污泥处理处置的一个重要、有效的选项。

编辑札记

土地利用、焚烧和填埋作为当今污泥处理处置三大技术,污泥协同焚烧兼具“无害化、资源化、稳定化”的优势,未来也将朝着低能耗、高能量回收的方向发展。生活垃圾炉排炉协同焚烧污泥是一项新兴又具有很好应用前景的技术,对该技术的分享与讨论,旨在为今后污泥处理处置技术的发展提供更开阔的思路和方向。

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