2013 年全國(guó)廢水排量為695.4億t，比2012年增加1.5%，其中工業(yè)廢水排放量為209.8億t，城鎮(zhèn)生活污水排放量485.1億t，集中式污染治理設(shè)施廢水(不含城鎮(zhèn)污水處理廠)排放量0.5億t。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 截止至2013年底，我國(guó)重點(diǎn)流域及沿海地區(qū)共建成污水廠4408座，污水處理廠日處理能力達(dá)到14820萬(wàn)t，全年處理污水量達(dá)407.7億t，假設(shè)污泥產(chǎn)率按1.5t干泥(含水率10%)每萬(wàn)t 污水計(jì)，則污泥年產(chǎn)量達(dá)到550萬(wàn)t。隨著我國(guó)城市污水處理率逐年提高，污泥作為污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量也急劇增加，污泥處理成為亟待解決的問(wèn)題。

市政污泥的最終安全消納包括處理和處置2個(gè)階段，處理階段一般為污泥穩(wěn)定化、減量化和無(wú)害化階段，主要包括濃縮(調(diào)理)、脫水、厭氧消化、好氧消化、石灰穩(wěn)定、堆肥、干化和焚燒等。處置階段一般為污泥處理后的消納階段，一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用等。

污泥干化技術(shù)

機(jī)理

污泥干化是通過(guò)蒸發(fā)及擴(kuò)散2個(gè)過(guò)程去除水分，2個(gè)過(guò)程持續(xù)、交替進(jìn)行，基本上反映干化機(jī)理，但是污泥中大多數(shù)水分為結(jié)合水和細(xì)胞水，其蒸發(fā)和擴(kuò)散速率受到污泥性質(zhì)的影響，應(yīng)根據(jù)設(shè)備構(gòu)造、污泥特征和干化要求，慎重配置干化機(jī)能力。

常用設(shè)備類(lèi)型

污泥熱干化按照熱工質(zhì)與污泥的接觸方式，分為以下3種工藝類(lèi)型：直接傳熱式(熱對(duì)流式)、間接傳熱式(熱傳導(dǎo)式)、直接- 間接聯(lián)合加熱式。其中，直接式干化設(shè)備有噴霧干化機(jī)、帶式干化機(jī)、箱式干化機(jī)等;間接式干化設(shè)備有槳葉式干化機(jī)、圓盤(pán)式干化機(jī)、薄層干化機(jī)、轉(zhuǎn)鼓式干化機(jī)等;直接- 間接聯(lián)合加熱式設(shè)備有混合帶式污泥干化機(jī)、流化床污泥干化機(jī)等。除上述傳統(tǒng)干化流派外，一些新興技術(shù)也被逐漸應(yīng)用于工程中，如太陽(yáng)能溫室污泥干化(國(guó)外代表產(chǎn)商：德國(guó)Huber 公司)、污泥電滲析深度脫水(國(guó)外代表產(chǎn)商：加拿大Cinetik 公司)、污泥熱水解+ 脫水干化(國(guó)外代表產(chǎn)商：德國(guó)Pondus 公司)等。近幾年我國(guó)污泥處理處置表現(xiàn)出跨越式發(fā)展，但干化焚燒技術(shù)仍受場(chǎng)地、規(guī)模、熱源、污泥特性、經(jīng)濟(jì)性、干化程度及效率等條件的制約，傳統(tǒng)熱干化技術(shù)仍是主流。

污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒技術(shù)可分為污泥單獨(dú)焚燒及混燒2 種方式。

單獨(dú)焚燒

污泥單獨(dú)焚燒主要有2種工藝，一是將經(jīng)過(guò)污水處理廠壓濾后的污泥(含水率80%～90%)直接投入焚燒爐中進(jìn)行焚燒，此時(shí)污泥熱值很小甚至為負(fù)值，必須加入輔助燃料進(jìn)行燃燒;二是將干化后的污泥(含水率<50%)投入焚燒爐進(jìn)行焚燒，使其維持自持燃燒�？紤]到污泥顆粒燃燒效率、污泥焚燒后產(chǎn)生的煙氣量及經(jīng)濟(jì)性等因素，在我國(guó)干化焚燒已成為主流技術(shù)路線。

混合焚燒

污泥混燒是指污泥與煤、生活垃圾或水泥原料粉等進(jìn)行混合焚燒，達(dá)到徹底處置的目的。污泥混燒一般是利用現(xiàn)有的燃燒設(shè)備和技術(shù)就近焚燒污泥，節(jié)省大量費(fèi)用，運(yùn)行成本低，在國(guó)內(nèi)、外已有部分工程應(yīng)用。但是污泥的含水率和摻混率對(duì)焚燒鍋爐的熱效率、尾氣排放、水泥產(chǎn)品質(zhì)量等帶來(lái)較大影響，尤其在我國(guó)污泥含砂率較高且熱值波動(dòng)較大，使其應(yīng)用范圍受到限制。

爐型和設(shè)備選擇

1.立式多段爐

立式多段爐是最早應(yīng)用于污泥焚燒的爐型，是一個(gè)垂直的圓柱形耐火襯里鋼制設(shè)備，內(nèi)部由水平耐火材料構(gòu)成的爐膛，自上而下布置水平絕熱爐膛，一層層疊加。按照各段功能，爐體分為3個(gè)操作區(qū)：最上部干燥區(qū)(300～ 500℃)，中部焚燒區(qū)(750~1000℃)，最下部灰渣冷卻區(qū)。最初多段爐由美國(guó)Nichols公司制造，目前多段爐已逐漸被流化床所取代。

 

2.回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯常用水泥和石灰燒制，其結(jié)構(gòu)采用臥式圓筒狀，外殼一般用鋼板卷制成，襯耐火材料(可以為磚結(jié)構(gòu)，也可為高溫耐火混凝土預(yù)制)。窯體的一端以螺旋加料器或其他方式進(jìn)行加料，另一端將燃盡的灰燼排出爐外。其操作彈性大，能處理多種混合固廢，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。但熱效率較低，且排氣中常攜帶污泥中的有害有臭氣體，故必須進(jìn)行二次焚燒處理。

3.流化床

流化床焚燒爐主體設(shè)備是1個(gè)圓形塔體，下部設(shè)有分配氣體的分配板，塔內(nèi)壁襯耐火材料，裝有一定的耐熱粒狀載體。流化床焚燒技術(shù)是利用污泥熱能的最常用技術(shù)，焚燒溫度通常為815~850℃，適用于大處理量要求。流化床焚燒爐的優(yōu)勢(shì)在于大面積燃燒、強(qiáng)烈的湍流強(qiáng)度和較長(zhǎng)的停留時(shí)間。如對(duì)于平均粒徑為0.13mm 的床料，流化床全接觸面積可達(dá)1420m2。連續(xù)加料、出料，自動(dòng)調(diào)節(jié)，能有效控制NOx及CO污染物，但流化床動(dòng)力消耗大，排出粉塵量大，需要較復(fù)雜的除塵裝置。

污泥焚燒工藝在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

污泥焚燒在世界上已有70多年的發(fā)展歷史。1934年，美國(guó)密西根Dearborn 安裝有記錄的第一臺(tái)污泥焚燒爐，1962年，德國(guó)率先建設(shè)并開(kāi)始運(yùn)行歐洲第一座污泥焚燒廠。如今在日本，污泥焚燒處理已經(jīng)占污泥處理總量的60%以上，歐盟也在10%以上。

在美國(guó)，每年產(chǎn)生的干污泥總量約700萬(wàn)t，其中15%～22%的進(jìn)入同步焚燒系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)害化處理。值得一提的是美國(guó)幾乎所有的污泥焚燒系統(tǒng)都建在污水廠內(nèi)，污泥無(wú)需轉(zhuǎn)運(yùn)。全美計(jì)劃污泥焚燒系統(tǒng)將污泥脫水后直接焚燒處理。

在歐洲，由于污泥填埋標(biāo)準(zhǔn)提高，部分國(guó)家已禁止填埋或用于農(nóng)業(yè)，污泥焚燒比例較高。其中2010年～2011年污泥焚燒比例超過(guò)50% 的國(guó)家有荷蘭(99%)、比利時(shí)(86%)、瑞士(59%)、斯洛文尼亞(58%)、德國(guó)(55%)。歐洲焚燒工藝路線與國(guó)內(nèi)相同，均采用干化后焚燒，2010年污泥干化廠已超過(guò)450座。

在日本，焚燒法處置污泥發(fā)展迅速，規(guī)模較大的污水處理廠大都采用焚燒法處理污泥，截止至2009年焚燒爐使用臺(tái)數(shù)已達(dá)707臺(tái)，以回轉(zhuǎn)式(408臺(tái)) 及流化床(253臺(tái)) 為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年日本全國(guó)污水處理廠污泥產(chǎn)生量為222 萬(wàn)t(以干固計(jì)算)，其中污泥焚燒比例高達(dá)66.9%。

在我國(guó)，污泥干化焚燒比例較低，以2012年為例，焚燒污泥比例僅5.6%，且大多數(shù)污泥焚燒廠集中建設(shè)于長(zhǎng)三角地區(qū)，焚燒爐類(lèi)型也以回轉(zhuǎn)式焚燒爐與流化床為主。上海石洞口污泥干化焚燒項(xiàng)目是我國(guó)運(yùn)行較早的工程，該項(xiàng)目處理量為180t/d，采用流化床干化系統(tǒng)和流化床焚燒系統(tǒng)相結(jié)合的工藝流程。隨后浙江部分地區(qū)陸續(xù)新建污泥單獨(dú)焚燒工程，主要采用霧化干燥聯(lián)合回轉(zhuǎn)式焚燒爐的方法，其處理量在300～600t/d 不等。

因地制宜是污泥處理處置方案比選決策的前提，雖然我國(guó)污泥焚燒處理起步較晚，且焚燒比例較低，但經(jīng)過(guò)近十幾年的不斷發(fā)展已取得較大程度的進(jìn)步。期待污泥干化焚燒在今后政策、法規(guī)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、技術(shù)、裝備等多方面支持下，結(jié)合城市建筑垃圾資源化，使灰渣最終實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)。