1 概述
污水處理廠污泥是一種固體廢物，主要由初沉池 (沉砂池) 及隔油池底泥、氣浮機浮渣、剩余活性污泥以及其他工藝單元的化學污泥組成。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，污泥產(chǎn)量日益增加，2015年我國污泥年產(chǎn)量為3359萬噸 (含水率為80%) 。
我國污泥處理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚燒等方式，所占比分別為65%、15%、6%、3%。污泥處理方式仍以填埋為主，加之我國城鎮(zhèn)污水處理企業(yè)處置能力不足、處置手段落后，大量污泥沒有得到規(guī)范化的處理，直接造成了“二次污染”，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重威脅。
以焚燒為核心的處理工藝可以使有機物全部碳化，可最大限度地減少污泥體積，同時可以能夠?qū)⑽勰嘀械哪芰哭D(zhuǎn)換為電能或者熱能，使污泥得到充分的利用。污泥干化耦合燃煤發(fā)電技術(shù)，即“污泥干化+燃煤鍋爐焚燒”污泥處理處置方案，利用現(xiàn)役燃煤機組高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保治理系統(tǒng)，將干化后的污泥與燃煤混合燃燒，充分利用燃煤機組燃燒、尾氣凈化、發(fā)電等設(shè)備，大大降低污泥焚燒處置成本。
2 工藝流程
該處理方案主要由污泥儲存及輸送系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)、廢氣廢水系統(tǒng)組成。濕污泥儲存?zhèn)}采用地下混凝土或鋼制形式。采用污泥輸送泵將污泥輸送至干化機內(nèi)進行干化。干化后污泥通過輸送設(shè)備與燃煤一起進入磨煤機，充分碾磨之后，吹送入爐內(nèi)焚燒。污泥干化處理后產(chǎn)物分為不凝尾氣和冷凝廢水兩部分，尾氣和廢水再通過不同的處理系統(tǒng)處理達標。污泥干化過程中產(chǎn)生的氣體經(jīng)過除塵器，將污泥干燥過程中產(chǎn)生的蒸汽和固體進行分離，分離后的氣體進入冷凝器。除塵后的廢氣在冷凝器中被冷卻到大約50℃，不凝尾氣經(jīng)引風機送至鍋爐進行焚燒處理，經(jīng)換熱器降溫后的冷凝廢水進入污水處理裝置。
3 相關(guān)問題探討
3.1 干化污泥含水率
污泥的含水率是制約污泥處置和利用的關(guān)鍵問題，根據(jù)國內(nèi)相關(guān)研究，污泥干化至含水率30%-35%時，污泥的熱值約為1800-1500kcal/kg。將污泥進一步干化至含水率10%或更低，可以獲得更高的熱值，但將消耗更多的能源，增加運行成本。根據(jù)實際運行情況，在干化溫度不變的情況下，污泥的含水率在低于30%時，干化的速率將會減緩，處理周期變長，降低了處置能力。污泥在干化到含水率30%以下時，干污泥出料含塵量大，導(dǎo)致干污泥輸送時揚塵現(xiàn)象嚴重，對干化車間及輸煤皮帶棧橋都有較大影響，環(huán)境污染較重。因此，建議污泥干化后含水率為30%-35%。
3.2 摻燒比例
住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家發(fā)展和改革委員會二〇一一年三月下發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南 (試行) 指出:“入爐污泥的摻入量不宜超過燃煤量的8%”。某電廠進行摻燒實驗證明，以5%的摻混比例進行泥煤混燒，對鍋爐運行基本不造成影響。
日處理量10萬噸的污水處理廠每天會產(chǎn)生200噸的濕污泥，干化后含水率30%污泥為57噸。2臺350MW燃煤機組耗煤量約7000噸/天，污泥與原煤摻配比例為0.81%，遠低于國家推薦的8%摻燒比例，焚燒后剩余的少量灰渣進入電廠粉煤灰系統(tǒng)，合焚燒對電廠鍋爐的正常運行幾乎不造成影響。
3.3 對鍋爐著火及穩(wěn)定性影響
煤粉著火溫度為430℃左右，污泥著火溫度為230℃左右。著火溫度隨摻燒比例增加而降低。按照摻燒比例5%考慮，煤粉和干化污泥混合物的著火溫度為430℃左右，鍋爐內(nèi)溫度可達1000℃，煤中摻入污泥后，對鍋爐著火沒有影響。污泥摻混后由于其熱值低，含水量較高，摻加量過高可能會影響鍋爐火焰的溫度水平、影響鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和燃燒效率。電廠摻燒污泥后尤其注意對鍋爐運行參數(shù)的影響，這直接關(guān)系到電廠發(fā)電機組的安全經(jīng)濟運行，為摻燒干化至含水率35%的污泥后 (摻燒比為2.1%) ，摻燒污泥后各項參數(shù)的變化很小。由于摻燒污泥后煙氣流量少量增加，使得爐膛理論燃燒溫度略有上升，但增加幅度不大，低于2℃，排煙溫度相比摻燒前升高1.3℃，使得排煙損失略有上升，鍋爐效率下降了0.06%。
3.4 對鍋爐結(jié)渣特性的影響
煤的灰熔點溫度要高于純污泥的灰熔點溫度，隨著污泥摻燒比例的提高，混合燃料的灰熔點溫度逐漸降低，摻燒比過大、污泥含水率過高時會使鍋爐更容易結(jié)焦。隨著污泥摻燒比例的提高，灰分的特征溫度依次降低，煤中摻燒不同比例的污泥灰的熔融特性實驗中當摻燒比控制在2%以下時，熔點變化非常微弱，不會對鍋爐結(jié)焦摻燒影響。
3.5 對污染物排放影響
污泥中存有大量氯基物質(zhì)，當焚燒溫度在550℃～700℃時會迅速 (0.1s～0.2s) 產(chǎn)生大量的二噁英。二噁英控制措施主要為保持污泥等廢棄物燃燒在850℃以上，煙氣停留時間大于2s。鍋爐內(nèi)燃燒溫度隨高度變化。污泥作為燃料在20m～40m區(qū)域送入爐膛內(nèi)部。燃燒溫度遠大于850℃，以煙氣最大流速12m/s計算，污泥停留在850℃以上區(qū)域遠大于2s，基本可以遏制二噁英大量生成。燃煤機組具備完善的煙氣凈化裝置，污泥占耗煤量的10%以內(nèi)，尾氣凈化可以正常高效運行。污泥焚燒產(chǎn)生的顆粒物可隨同煙氣經(jīng)除塵、脫硫等煙氣環(huán)保治理設(shè)施高效去除。
4 結(jié)論
(1) “污泥干化+燃煤鍋爐焚燒”污泥處理處置方案，充分利用現(xiàn)役燃煤機組高效發(fā)電系統(tǒng)和環(huán)保治理系統(tǒng)，可以降低污泥焚燒處置成本。
(2) 為保證燃煤鍋爐穩(wěn)定運行，建議污泥干化率控制在30～35%、摻燒比例在5%以下。選取適當?shù)奈勰嗳霠t位置，可以遏制二噁英大量生成。