污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析

刘风，陈文兵，袁连新，王燃燃

(1.山东建筑大学市政与环境工程学院，山东 济南 250101;2.淄博张钢钢铁有限公司，山东 淄博 255007)

0 引言

在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处理水量的0.3% ～0.5%左右(以含水率97%计)。污泥中含有大量的有毒有害物质，如病原体和重金属化合物等，如果处理不当可能会对环境造成极大危害。

传统的污泥处置方法主要包括土地利用、填埋和焚烧以及综合利用等[1－3]。近年来，由于土地资源紧张以及各种环境污染问题的限制，在国内外[4－5]，特别是大城市中，污泥农用所占比例出现了小幅度下降，填埋所占比例则大幅度削减，而焚烧所占比例出现大幅度提升，并逐渐成为发达国家污泥处理的主要手段之一[6]。

以焚烧的方式处理城市污泥可以彻底解决污泥的污染问题。污泥焚烧产生的剩余较小，可以破坏全部有机质，杀灭一切病原体，并且可以大大减少污泥的重量和体积(焚烧后重量可减少85%以上)。此外，污泥焚烧处置污泥速度快，不需要长期储存，可就地焚烧，不需要远距离运输，焚烧后灰渣也可以制成有用的产品。通过高温焚烧可以充分处理不适于资源利用的所有城市污泥，是一种相对安全的污泥处理方式。但是，污泥焚烧也会产生SO2、NOx、HCl、重金属等有害物质[7－9]，如果不进行合理的处理也将会对环境造成污染[10]。烟气净化技术按照净化剂的不同，可分为湿法、半干法、干法三种。湿法烟气净化工艺是目前应用最广泛的净化技术，具有设备小，投资省，易操作，易控制以及占地面积小等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易造成二次污染等问题，它也是脱硫效率最高的烟气净化技术，其中使用最多的是石灰石/石灰—石膏湿法工艺[11]。

广东省深圳市上洋污水处理厂处理污水能力为20万m3/d，产生含水率约80%的脱水污泥约为200t/d。对污泥进行焚烧处理，并采用二级生化出水净化吸收污泥焚烧烟气，将废水、废气联合治理，以废治废，处理后烟气可直接排放，实现了污水处理厂污泥的无害化处理。

1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程

污泥焚烧及烟气净化工艺流程如图1所示。

图1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程

本工艺所用污泥为某污水处理厂脱水污泥，含水率约80%的脱水污泥在103～105℃下经干燥系统干燥后含水率20%左右。

本工艺所用水源为某污水处理厂生化处理出水，pH=7.0。

干燥系统所得的干污泥进入温度大于850℃的电阻式污泥焚烧炉内进行焚烧，焚烧烟气温度大于300℃，经烟气冷凝系统将烟气温度降至常温后，常温烟气通过气泵进入烟气净化系统净化处理后直接排放。其中烟气净化系统吸收设备采用筛板式吸收塔，吸收水源采用污水处理厂生化出水，烟气从塔底进入吸收塔，生化出水由水泵提升从塔的顶部进入，气液两相在塔内逆流接触，完成污泥焚烧烟气的净化吸收过程。

2 运行效果及分析

2.1 污泥焚烧运行效果及分析

污水处理厂脱水污泥经干燥处理后的含水率20%的干化污泥，其泥质检测结果见表1。

表1 干化污泥样品检测结果

由表1可知，该污水处理厂干化污泥的Cr、Cu、Zn等污染物指标已超过GB 4284—84《农用污泥中污染物控制标准》中污染物排放限值的要求，因此不适于污泥农用;但该厂污泥泥质基本符合GB/T 24602—2009《城镇污水处理厂污泥处置—单独焚烧用泥质》要求，适用于进行干化焚烧处理[13]。

本工艺中干化污泥经焚烧后重量减少了88.5%。对污泥焚烧灰渣进行了检测[14]，检测结果见表2。污泥焚烧烟气及净化系统处理后尾气检测结果见表3。

表2 污泥焚烧灰渣检测结果

由表2可知，污泥经干化焚烧后，有害金属大多数都富集在灰渣中，污泥焚烧灰渣经无害化处理后可用做建筑材料[15]，污泥焚烧是一种相对安全的污泥处理方式。

由表3可知，污泥焚烧烟气检测结果显示，重金属等指标低于国家标准限值的要求，但是二氧化硫指标大大超过GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》对大气污染物排放限值的要求，必须有烟气净化系统对污泥焚烧烟气进行净化。而在经过二级生化出水净化吸收后，尾气中SO2、NOx及重金属等污染物浓度均有降低，其中二氧化硫去除率为89.7%，氮氧化物的去除率为85.7%，各项指标均低于GB 18485—2001中大气污染物排放限值的要求。

2.2 烟气净化运行效果及分析

本工艺烟气净化系统中采用筛板吸收塔作为吸收装置，采用二级生化出水作为水源净化吸收污泥焚烧烟气，其主要利用的是二级生化出水的碱度以及烟气中气体的酸性。主要反应(以二氧化硫吸收为例)如下。

(1)二氧化硫在水中的溶解与电离:

(2)生化出水中，二氧化硫化学吸收的主要反应:

其中，亚硫酸氢根在水溶液中不稳定，能与氧气作用生成硫酸根:

本工艺在气液比为10∶1、进水pH为7条件下，采用二级生化出水对污泥焚烧烟气进行净化吸收，每日生化出水用量约为500m3。烟气净化后尾气检测结果见表3，烟气净化系统中进水及吸收液检测结果见表4。

表4 进水及吸收液水质检测结果 mg/L

结果表明，二级生化出水能够有效吸收污泥焚烧烟气中的污染物质，在使净化后尾气符合国家排放标准的同时，吸收液中主要技术指标均低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》中污染物排放限值的要求。因此，采用二级生化出水净化吸收污泥焚烧烟气，既能将污泥焚烧烟气及生化出水联合治理，又不产生二次污染，达到了以废治废、综合治理的目的，并为大规模的污水回用开辟了新思路。

3 结论

(1)本工艺中污泥干化焚烧后重量减少88.5%，使污泥的运输与最终处置大为简化;污泥焚烧是一种相对安全的污泥处理方式。

(2)污泥焚烧烟气的主要超标污染物为二氧化硫。利用二级生化出水能够对烟气进行有效吸收，其中二氧化硫去除率为89.7%。

(3)本工程所采用的污泥焚烧及烟气净化工艺，具有系统简单、安全可靠、以废治废、脱硫效率高等优点，具有很好的应用前景。二级生化出水与污泥焚烧烟气联合治理，以废治废，具有很好的经济和环境效益。

[1]中国环境保护产业协会水污染治理委员会.中国城市污水污泥处理处置问题探讨[C]//2005年中国国际水处理技术高级专家论坛，北京:中国环境科学出版社，2005:142－146.

[2]张辰.污泥处理处置技术研究进展[M].北京:化学工业出版社，2005.

[3]池勇志，迟季平，马颜，等.城镇污水污泥性质与处理处置概况[J].环境科学与技术，2011，33(12F):169 －172.

[4]李金红，何群彪.欧洲污泥处理处置概况[J].中国给水排水，2005，21(1):101 －103.

[5]余杰，田宁宁，王凯军，等.中国城市污水处理厂污泥处理、处置问题探讨分析[J].环境工程学报，2007，1(1):82－86.

[6]郝晓地，张璐平，兰荔，等.剩余污泥处理/处置方法的全球概览[J].中国给水排水，2007，23(20):1－5.

[7]王飞，朱小玲，李博，等.污泥干化焚烧过程中污染物排放的研究[J].给水排水，2011，37(5):22－26.

[8]万伟泳.城市污水处理厂脱水污泥的焚烧处置[J].中国给水排水，2006，22(18):68 －71.

[9]王凯军，俞金海，俞其林.新型污泥干化/焚烧技术的试验研究[J].中国给水排水，2008，24(11):43 －46.

[10]JIM DICKERMAN P E，MELISSA S.It is time to rethink SO2control technology selection[J].Power Engineering，2007，111(11):132－135.

[11]张秀云，郑继成.国内外烟气脱硫技术综述[J].电站系统工程，2010，26(4):1－2.

[12]中国城乡建设环境保护部.GB4284—84，农用污泥中污染物控制标准[S].北京:中国标准出版社，1985.

[13]中国城乡建设环境保护部.GB/T24602—2009，城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质[S].北京:中国标准出版社，2010.

[14]陈涛，孙水裕，刘敬勇，等.不同焚烧温度下开发区污泥焚烧渣分析[J].环境工程学报，2010，4(7):1629－1635.

[15]LIN Cheng-fang，WU Chung-hsin，HO Hsiu-mai.Recovery of municipal waste incineration bottom ash and water treatment sludge to water permeable pavement materials[J].Waste Management，2006，26(9):970－978.

[16]国家环境保护总局.GB18485—2001，生活垃圾焚烧污染控制标准[S].北京:中国环境科学出版社，2002.