垃圾焚烧与污泥干化焚烧技术分析。
近些年来,我国经济不断发展,对环保产业的重视日益增强。污水治理在全国范围内大规模建设,对整个国家环保水平的提升有着重要意义。 污水经过物理、生物和化学的处理,不可避免地会产生一定量的污泥,污泥中富含难处理的有机物、重金属、致病菌等残留物,如不妥善处理,会严重影响生态环境,容易对大气、水体、土壤造成二次污染,使生存环境进一步恶化,生态环境难以修复。 2015 年4 月,国务院颁布实施水污染防治行动计划,明确指出:污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020 年底前达到90%以上。污泥的处理同污水的治理一样,对生态环境的改善起着至关重要的作用,本文就当前污泥处理中存在的一些问题,提出相应的对策措施。
污泥处置现阶段主要有填海、填埋、焚烧、农林土地利用等方式。 其中,污泥填埋、填海的处置方式成本低,但有可能污染周边环境,属于早期“粗放型”处置方式,在现阶段环保立法和执法日趋完善的状况下,这些处置方案已经不作优先考虑。 污泥堆肥资源化利用是现阶段污泥处理的重要方式,处理完成后的产物是有机肥料,最终仍需用于农林产业进行消纳,近年来相关学者也在持续监测并展开针对性地研究,我国不同地域下脱水污泥共含有8 种重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As、Hg、Ni),其中部分重金属已超标严重,污泥及其堆肥产物施用于土壤存在较严重的潜在生态风险,盲目农用会增加农作物富积重金属的风险。
相比较而言,焚烧处理可以将污泥中有机物碳化,彻底杀死病原体,最大限度地降低污泥体积;焚烧处理均在相对面积较小的厂区进行,可以做到对处理效果的实时监控,对周边生态环境影响可以降到最低。世界上主要发达国家多以焚烧作为污泥处理的主流工艺技术。 国内一些经济较发达城市也逐步将目光由原有“粗放型”的填埋处置方式转向“集约型”的焚烧处理工艺。
污泥焚烧与燃煤电厂的工艺技术有显著不同,主要区别在于燃料, 煤的热值较高、品质均匀稳定且易于脱水;而污泥则与生活垃圾、生物质等燃料品质更为接近,有热值相对较低、品质随季节气候变化大、含水率高且不易脱水的特性。 因而污泥、生活垃圾以及生物质的焚烧技术有着诸多的相似性。 工程实践中,生活垃圾或生物质焚烧厂的燃料中普遍混杂有一定量的污泥。 它们的燃烧均需要在较高的温度(>850°C)上进行,在氧气充足的环境下让其中的有机物质进行燃烧反应,从而转化为硫化物、氮氧化物、二氧化碳、水蒸气等气体,焚烧处理技术能够将有机物质全部分解,并且能够彻底杀死病原体,剩余产物主要是烟气与灰渣,灰渣的体积只占焚烧前体积的1/10~1/5。 相较于前述其他工艺,焚烧处理在“减量化”方面的优势是明显的。在“无害化”方面,焚烧烟气中有一些有毒有害气体、灰渣中的重金属或二噁英有超标风险,但工艺上的调节和工厂的监控能够保障所有气、固、液的副产物得到妥当处置。
目前国内已经存在多种焚烧技术处理污泥工艺,本文仅就以下4 种工艺进行对比说明:1.燃煤电厂污泥掺烧工艺;2.水泥窑处理工艺;3.污泥流化床处理(纯烧,非掺烧工艺);4.垃圾焚烧厂协同处理工艺(炉排炉形式),具体见表2。
对热电厂、水泥窑、污泥流化床厂、垃圾焚烧厂四种工艺进行了比较,结论如下:
(1)流化床的工艺稳定性最佳,最适合处理污泥,但成本很高,需规模化运营才会有收益,适合污泥产量大,财政实力强的地区。
(2)热电厂、水泥厂本质上来说分属电力、水泥行业,与处理固体废弃物的性质差别较大,在建设标准、专业技术、环保标准等方面还需要进一步协调与衔接,对于生活垃圾及其处理特性国内的认识还较为初步,政府的监管方式也需要进一步完善。 故此类协同处理工艺仅适合小规模的污泥处理,还要结合当地全局的环卫规划,谨慎决定是否借用此类设施进行协同处理。
除流化床技术外,从生产规模和年运行时数等方面分析,垃圾焚烧炉排炉稳定性最好,有利于污泥处理的持续和稳定;从政策角度上说,两者采用的行业规范相对统一,两者协同处理在建设标准、专业技术、环保标准等多方面相对健全,政府的监管方式也较为成熟。 从技术角度上说,污泥和垃圾的特性接近,对原焚烧生产影响相对较小;现在全国范围内市区县都普遍在建垃圾焚烧厂,进行污泥协同处理的条件相对便利。
综上所述,污泥与生活垃圾直接混合焚烧有其优势,但也有缺点,如可能会增加烟气和飞灰产生量,降低灰渣热灼减率,同时热值变动大的特点,有可能瞬间降低炉内负荷,长期过量投入还有加剧炉膛结焦的风险, 这些问题都会增加烟气净化系统的投资和运行成本,降低生活垃圾发电厂的发电效率和垃圾处理能力。
污泥焚烧前进行脱水或热干化等前处理,目的是提高污泥热值,降低运输和贮存成本,并在与垃圾协同焚烧中减少助燃燃料的消耗,降低焚烧炉故障率,延长整体工艺线的寿命。污泥焚烧前干化处理技术已经比较成熟,应用业绩众多,不同的干化工艺可以满足不同含水率污泥的要求。
一般来说,从市政污水厂运出的污泥已经经过了浓缩、稳定、脱水等工艺,含水率应在60~85%左右。 针对垃圾焚烧协同处理,是否需再进行深度脱水,需考虑污泥热值是否与垃圾焚烧炉的燃烧性能匹配。 由实验可得不同含水率情况下污泥低位热值。
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