原標(biāo)題：利用生活垃圾焚燒協(xié)同處理處置市政生活污水廠污泥研究

　　摘要：隨著工業(yè)水平和人民生活水平的不斷提高，污水處理量逐漸增加，導(dǎo)致污水廠污泥量也顯著增多。污泥中含有大量的微生物和有害成分，如果不能對(duì)其進(jìn)行有效的處理和處置，容易對(duì)水體、大氣及土壤環(huán)境造成污染。因此，需要采取合適的技術(shù)對(duì)污水廠污泥進(jìn)行有效處理和處置。利用生活垃圾焚燒廠來對(duì)污水廠污泥與生活垃圾進(jìn)行協(xié)同處置，可有效解決污泥熱值低、投資及運(yùn)行成本高等問題，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、無害化和資源化利用，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景。文章對(duì)污泥焚燒的原理和過程進(jìn)行了闡述，并分析了影響污泥焚燒的主要因素，希望能為污泥焚燒的處置提供指導(dǎo)。

　　關(guān)鍵詞：污水廠；污泥；生活垃圾焚燒廠；處理處置；
 

0 引言

　　隨著工業(yè)水平和人民生活水平的不斷提高，產(chǎn)生了越來越多的工業(yè)廢水和生活污水，傳統(tǒng)的水處理工藝通常是采用活性污泥的生物處理技術(shù)，在處理過程中不可避免地產(chǎn)生大量的剩余污泥，并且隨著廢水量的不斷增大，污泥量也顯著增多。如果將生活垃圾焚燒廠應(yīng)用于污泥的焚燒，可以有效地避免這些問題，及節(jié)約資源，具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。污泥的焚燒技術(shù)通常容易受到污泥自身性質(zhì)和停留時(shí)間、焚燒溫度、空氣等工藝條件影響，需要設(shè)置合適的焚燒條件，實(shí)現(xiàn)污泥的處置。

　　1 污泥焚燒的基本原理

　　污泥焚燒是利用燃燒過程對(duì)污泥進(jìn)行處理。燃燒過程指將可燃物和氧氣等氧化劑進(jìn)行混合接觸，在特定溫度條件下發(fā)生的具有發(fā)光和發(fā)熱效應(yīng)的劇烈氧化反應(yīng)。這個(gè)過程伴隨著化學(xué)反應(yīng)、流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)等多個(gè)物理化學(xué)過程。下面從固體廢物焚燒過程和污泥焚燒過程對(duì)污泥焚燒的基本原理進(jìn)行闡述。

　　1.1 固體廢物焚燒過程

　　一般固體燃燒通常由熱分解、熔融、蒸發(fā)化學(xué)反應(yīng)等傳熱傳質(zhì)過程所組成。可燃物質(zhì)存在3種不同的燃燒方式。固體廢物的可燃成分復(fù)雜，因此，其燃燒也是蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒的綜合過程。根據(jù)固體廢物在焚燒爐中的實(shí)際焚燒過程，可以劃分為干燥過程、熱解與燃燒過程和燃盡過程3個(gè)階段。

　　1)干燥過程。該過程是利用燃燒室的熱能，將固體廢物表面的附著水和固有水發(fā)生氣化而使得固體廢物脫水干燥。干燥時(shí)間隨著固體廢物的含水量增加而延長，消耗的熱能也就越多，造成焚燒爐溫度的下降，對(duì)整個(gè)焚燒過程產(chǎn)生的影響越大。

　　2)熱解及燃燒過程。固體廢物中的可燃部分在焚燒爐中高溫作用下會(huì)發(fā)生熱解，生成各種烴類等氣態(tài)可燃物和碳等固態(tài)可燃物。這些熱解生成的氣態(tài)和固態(tài)可燃物在高溫條件下與氧氣接觸，如果達(dá)到著火點(diǎn)就會(huì)發(fā)生燃燒。固體廢物的焚燒是氣相燃燒和非均相燃燒的混合過程，過程較為復(fù)雜。

　　3)燃盡階段。指生成的可燃物在焚燒階段進(jìn)行了強(qiáng)烈的發(fā)熱、發(fā)光燃燒過程以后，參與反應(yīng)的可燃物質(zhì)濃度減少，逐漸反應(yīng)生成惰性物質(zhì)如二氧化碳、水及固態(tài)灰渣的過程。

　　1.2 污泥焚燒的基本過程

　　污泥的焚燒主要是污泥中的有機(jī)成分被燃燒氧化的過程。污泥與生活垃圾協(xié)同處置在850~950℃的高溫條件下，與氧氣接觸發(fā)生熱解過程和燃燒過程。在這個(gè)過程中，污泥中的C、H、S等元素發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出大量的熱能，并實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化、無害化和資源化。與固體垃圾燃燒過程類似，污泥的焚燒過程主要分為污泥干燥、焚燒過程和燃盡過程三個(gè)階段。污泥焚燒是一個(gè)傳質(zhì)、傳熱的復(fù)雜過程，因此，污泥燃燒的三個(gè)階段存在著交互和穿插。如將污泥送入生活垃圾焚燒爐的過程中，有些污泥在燃盡階段，有些污泥在燃燒階段，而有些污泥剛剛處于干燥階段。此外，同一個(gè)污泥顆粒也會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部和外部燃燒程度的差異，如顆粒外部燃盡而內(nèi)部才發(fā)生干燥或焚燒過程。下面對(duì)污泥焚燒的3個(gè)階段進(jìn)行分析和闡述。

　　1)干燥階段。污水廠污泥經(jīng)過機(jī)械脫水后仍然含有較高的水分，將污泥和生活垃圾混合加入到焚燒爐中，利用生活垃圾燃燒產(chǎn)生的熱能，對(duì)污泥進(jìn)行脫水干燥。從污泥投入到焚燒爐到污泥開始燃燒的階段均屬于干燥階段。水分在高溫作用下，發(fā)生氣化并以蒸汽的形式排出，氣化過程吸收很多的熱能，會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)溫度下降。干燥時(shí)間隨著固體廢物的含水量增加而延長，消耗的熱能也就越多，也會(huì)造成生活垃圾焚燒爐的溫度下降越多，對(duì)整個(gè)焚燒過程的影響也就越大。如果污泥的含水率過高，在干燥過程中就會(huì)導(dǎo)致焚燒爐爐溫顯著下降，可能會(huì)導(dǎo)致燃燒過程難以發(fā)生。因此，需要對(duì)污泥的含水率進(jìn)行控制。

　　2)焚燒階段。污泥完成了干燥之后，與氧氣接觸，且爐內(nèi)溫度高于其著火點(diǎn)時(shí)，就會(huì)開始燃燒，進(jìn)入焚燒階段。首先，在有氧氣條件下，污泥中的有機(jī)成分發(fā)生強(qiáng)氧化還原反應(yīng)，主要是碳、氫、硫等元素發(fā)生燃燒氧化反應(yīng)。在完全燃燒的情況下，碳與氧氣發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氫元素與氧氣發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為水，硫元素與氧氣發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化硫。碳可與水反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，此外，一氧化碳與水反應(yīng)也會(huì)生成二氧化碳和氫氣。其次，在氧氣缺乏的條件下，有機(jī)物可以在高溫條件下發(fā)生熱解反應(yīng)，出現(xiàn)化學(xué)鍵的斷裂，分解成一氧化碳、甲烷及氫氣等可燃性氣體和單質(zhì)碳等可燃性固體。污泥干燥后其中含有大部分含碳化合物會(huì)在高溫條件下先發(fā)生熱解反應(yīng)，生成一氧化碳、甲烷及氫氣等可燃性氣體和單質(zhì)碳等可燃性固體，這些氣體再發(fā)生焚燒反應(yīng)。

　　3)燃盡階段。污泥在焚燒過程中，可燃成分會(huì)逐漸減少，當(dāng)可燃成分消耗殆盡時(shí)，就會(huì)到達(dá)燃盡階段，污泥中可燃成分最終轉(zhuǎn)化為惰性的二氧化碳、水和灰渣。實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化、無害化和資源化。

　　2 污泥焚燒的影響因素

　　污泥焚燒過程主要受到兩方面條件的影響，一個(gè)是污泥自身的性質(zhì)，另一個(gè)是焚燒條件，包括停留時(shí)間、爐內(nèi)溫度、空氣含量等工藝條件。

　　2.1 污泥自身性質(zhì)對(duì)其焚燒的影響

　　2.1.1 污泥水分對(duì)焚燒的影響

　　污泥的含水量對(duì)其焚燒影響較大，污泥中的水分越高，污泥的熱值越低，氣化過程消耗的熱能越多，污泥干燥所需的時(shí)間越長，生活垃圾焚燒爐的熱效率顯著降低，對(duì)生活垃圾焚燒發(fā)電效益的影響就越大。近年來隨著人們生活水平的提高，生活垃圾熱值不斷升高，原來基于低熱值生活垃圾設(shè)計(jì)的焚燒爐越來越不能適應(yīng)高熱值生活垃圾的處理，恰好可以通過污泥含水量來調(diào)節(jié)入爐生活垃圾的熱值，使其控制在一定范圍內(nèi)，從而保證生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。但如果污泥的含水率過高，在干燥過程中又會(huì)導(dǎo)致焚燒爐爐溫顯著下降，甚至可能會(huì)導(dǎo)致燃燒過程難以發(fā)生。因此，合理控制污水含水量，同時(shí)又兼顧經(jīng)濟(jì)性，需要采取合適的污泥脫水技術(shù)將污泥的含水率控制在適合與生活垃圾協(xié)同處理的范圍內(nèi)。

　　2.1.2 污泥熱值對(duì)焚燒的影響

　　污泥的熱值也對(duì)焚燒效果起到一定的決定作用。污泥中可燃成分主要是指有機(jī)物和揮發(fā)性氣體，當(dāng)污泥中有機(jī)物和揮發(fā)性成分的含量增加時(shí)，污泥的熱值就會(huì)隨之增加。污泥中有機(jī)物及揮發(fā)性物質(zhì)等可燃成分含量較大時(shí)，會(huì)獲得較高的熱值，焚燒越容易進(jìn)行，焚燒過程進(jìn)行的也越徹底，焚燒效果就越好。當(dāng)污泥中的可燃成分一定時(shí)，污泥的含水率越高，單位污泥的熱值越低。

　　2.2 焚燒工藝條件的影響

　　2.2.1 停留時(shí)間

　　污泥的焚燒過程主要包括污泥干燥、焚燒過程和燃盡過程三個(gè)階段，污泥的停留時(shí)間理論上要長于這三個(gè)階段花費(fèi)的總時(shí)間，同時(shí)還要滿足固體廢物在燃燒室中有足夠的停留時(shí)間，以保證達(dá)到完全焚燒�？傮w上來說，停留時(shí)間越長，污泥的焚燒越徹底，但是考慮到經(jīng)濟(jì)性的問題，需要測(cè)定污泥合適的焚燒停留時(shí)間，以便能在完全焚燒的前提下盡可能減少停留時(shí)間。

　　2.2.2 溫度

　　燃料只有達(dá)到著火溫度(又稱起燃點(diǎn))，才能與氧反應(yīng)而燃燒。著火溫度是在氧氣存在下可燃物開始燃燒所必須達(dá)到的最低溫度，因此，燃燒室溫度必須保持在燃料起燃溫度以上。污泥與生活垃圾協(xié)同處置的焚燒溫度一般控制在850℃~950℃。

　　2.2.3 空氣的混合程度

　　焚燒爐中氧氣的含量越高，與污泥的混合程度越均勻，污泥的燃燒速度越快，燃燒效果越好。在實(shí)際焚燒中，常用實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值過�？諝庀禂�(shù)來表示燃燒固體與空氣的混合程度。為了使污泥燃燒完全，在實(shí)際焚燒過程中，往往采用二次送風(fēng)，送入比理論空氣量更多的助燃空氣量，以提高焚燒爐中的流場(chǎng)湍流度，改善傳質(zhì)與傳熱效果。但如果助燃空氣過剩系數(shù)太高，會(huì)導(dǎo)致爐溫降低，影響生活垃圾與污泥協(xié)同焚燒的效果。

　　3 結(jié)語

　　污泥焚燒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，在污水廠污泥處理方面具有較好的應(yīng)用前景。但是污泥的熱值較低，如果單獨(dú)進(jìn)行焚燒會(huì)耗費(fèi)大量的燃料，建設(shè)用于污泥焚燒的焚燒廠需要較大的投資和運(yùn)行成本。如果將生活垃圾焚燒與污泥協(xié)同處置，可以有效地避免這些問題，同時(shí)又有利于調(diào)節(jié)生活垃圾的入爐熱值，有效地利用和節(jié)約了資源，具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。