危废焚烧小空间高标准改造及废水零排放示范

彭少华 曹伟华

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海 200092）

引言

危险废物是指具有毒有害性、易燃易爆性、腐蚀性、反应性、传染性、放射性等危险特性的废物，同时危险废物的种类繁多、性质复杂、处置困难[1]。焚烧危险废物是目前处置危险废物最为便捷及有效的技术，是实现危险废物的减量无害化最佳的一种方式[2]。

危险废物焚烧处理技术应用十多年来，随着处理对象的变化和排放标准的提升，较多的焚烧系统面临升级改造现象，如废水要求零排放，烟气排放标准提升，及疫情发生后医疗废物进料系统改造等。改造项目不同于新建项目，其受场地建设条件限制更多，面临空间狭小、排放标准高等特点，使改造项目都存在较大技术挑战。

改造必须因地制宜开展，本文将以典型的改造项目为例，探讨中小空间内危险废物焚烧系统及废水零排放工艺技术，供类似项目提供示范参考。

1 工程概况

上海市崇明岛作为未来世界级生态岛，是上海重要的生态屏障，对长三角、长江流域乃至全国的生态环境和生态安全具有重要的意义。随着崇明区社会经济的不断发展，特别是长兴海洋装备岛的建设和崇明区修造船企业的发展，崇明区危险废物的产生量迅速增加。近几年崇明区危险废物管理规范化要求不断提升，环保监管力度不断加强，转移备案产废单位数量呈现逐年增加，产废量也相应扩大。危险废物的污染防治问题将会日益突出。崇明区危废产生主要集中在造船修船、金属构件制造、汽修以及危险废物治理等行业，其规模庞大，性质复杂[3]。危险废物若无法得到合理的处置，对崇明区的生态环境和公众健康将构成较大危害，严重影响崇明区生态岛经济建设和环境建设。

上海永程固废处理有限公司作为崇明区唯一一家危险废物处置企业，现有处置能力焚烧处理量约为9000t/a。项目设置3 台45m3热解炉，焚烧工艺采用热解气化炉。由于处置工艺的局限性和焚烧烟气排放标准的日益提升，因此，为解决崇明区的医疗废物和危险废物处置现状，进行原有的危险废物焚烧系统提升工程非常有必要。

改造提升项目建设总处理规模为13200t/a，其中回转窑焚烧处理规模为9900t/a（30t/d）、无氧裂解处理为3300t/a（10t/d），无氧裂解作为废油漆桶及沾染物的预处理设施，实现了部分废物的资源化处置。

项目于2019 年启动，2020 年完成并取得环保验收，目前各工艺系统生产线运行稳定。

2 工艺设计流程

2.1 焚烧处理工艺流程

本工程焚烧处理对象为上海市崇明区内产生的危险废物和医疗废物，废物状态包括固态、半固态和液态。考虑到本工程处理处置的危险废物成分的复杂性和多变性，以及将来产业结构的调整，危险废物的种类和数量会发生变化。因此，本提升工程焚烧处理系统必须具有较强的适应废物成分和数量变化的能力。

新建危险废物焚烧处理主工艺采用“回转窑+（无氧裂解）+二燃室+急冷塔+半干式脱酸塔+干式脱酸塔+两级布袋除尘器+活性炭固定床+引风机”。焚烧系统主要包括：暂存系统（暂存仓库、废液暂存）、预处理进料系统（含固体、废液进料系统）、焚烧系统（回转窑焚烧系统、无氧裂解系统、助燃空气系统、辅助燃烧系统、废液喷烧系统）、尾气处理系统（含急冷、除尘、脱酸等系统）、炉渣及飞灰收集储存系统、配套辅助系统（如水、压缩空气等）、电气和自动控制系统、在线监测等[4]。

图1 焚烧处理工艺流程图

焚烧系统工艺流程简述：

（1）本系统的进料系统采用分系统方式进料[5]，主要包括液体废物、需破碎固体废物、无需破碎固体废物及医疗废物、桶装废物等。一般危废等需破碎的固废进入破碎单元，先后经过提升机、氮气密封舱、破碎机、混合器、无轴螺旋进料系统进入双插板液压推料系统将物料输入回转窑处理；特殊危废（剧毒、异味重、无需破碎）及医疗废物则通过桶装进入提升机，然后进入双插板液压推料系统将物料输入回转窑处理；破碎混合进料系统和桶装提升进料系统输送的物料合并进入双插板液压推料系统通道后，由液压推料机输入回转窑处理；废液通过吨桶泵送至废液喷枪，喷入回转窑及二燃室进行焚烧处理，其中废油漆桶及沾染废物经无氧裂解装置的提升机进入无氧裂解炉进行裂解。

（2）在回转窑中，废物依次经历着火段、燃烧段和燃烬段，燃烧产生的高温烟气进入二燃室继续燃烧，另外无氧裂解装置裂解产生的裂解气体也进入二燃室燃烧，产生的炉渣分别经相应的排渣机排出系统。

（3）在无氧裂解装置中，废物通过二燃室出口的高温烟气进行间接加热。

（4）二燃室出口至急冷塔烟道上喷射尿素，脱除烟气中的NOx；在急冷塔中，水与烟气直接接触并瞬间急剧降温。

（5）急冷塔出口烟气进入半干法脱酸塔（喷射石灰浆液）和干法脱酸塔（喷射小苏打细粉），烟气中的酸性气体与石灰浆液和小苏打发生中和作用。干法脱酸塔出口烟道喷射活性炭，烟气中的重金属等与活性炭发生吸附作用。而后进入两级布袋除尘器降低烟气中粉尘浓度，同时二级布袋除尘器入口喷小苏打进一步脱酸，再经活性炭固定床进一步脱除二噁英等有害物质。

（6）活性炭固定床出口烟气最终由引风机送至烟囱高空达标排放。

2.2 废水处理工艺流程

本工程废水处理对象主要包括生活污水、生产废水、初期雨水三部分，具体如下：

生活污水：包括食堂、办公、淋浴、卫生间等生活排水，主要污染物为有机污染物，此部分污水易生物降解。

生产废水：主要包括车间及仓库地坪冲洗废水、医废中转箱清洗废水、转运车辆清洗废水、循环冷却塔排水等，此部分废水主要含有一定量的有机污染物、致病菌、悬浮物质，可能含有重金属。

初期雨水：主要是生产污染作业区域初期污染雨水，主要污染物为有机物、悬浮物、油类，可能含有重金属。

根据废水处理系统不同废水的特性，本方案采用分质收集、分质预处理、集中综合处理原则，以提高系统运行的稳定性，确保出水水质稳定达标的同时，降低运行成本。

本工程车间及仓库地坪冲洗水、医废中转箱清洗及车辆清洗排水等生产废水统一收集后进入生产废水调节池，经物化预处理后进入中间水池，与厂区生活污水、循环冷却塔排水混合，而后进入生化处理系统、膜深度处理系统处理达标后回用。

降雨时污染场地产生的初期雨水径流经雨水管道收集后进入初期雨水池，经物化预处理后进入观察水池，若水质达标，进入回用水池，若水质不达标，进入膜深度处理单元进一步处置，一次降雨产生的初期雨水在3～5 天内处理完毕。

厂区新建废水处理系统采用“调节均质（生产废水）+还原中和（生产废水）+混凝沉淀（生产废水）+中间水池（生产废水与生活污水混合）+AO/MBR+RO 膜深度处理+消毒”的主体工艺；新建初期雨水处理系统采用“高效气浮+还原中和+混凝沉淀+砂滤+RO 膜深度处理+消毒”的主体工艺，出水达回用水标准后全部回用于焚烧生产工艺设施，实现厂区废水零排放。

废水处理系统各子系统工艺流程简述：

（1）生产废水处理系统

①生产废水预处理系统

将此部分污水单独收集进入消毒废水储存池，通过投加还原剂，并进行搅拌，脱除污水中的余氯，而后进入生产废水储存池与其他生产废水混合。

医废中转箱及车辆清洗排水、车间仓库地坪冲洗水等生产废水进入生产废水调节池混合均质并投加消毒剂进行消毒。因医废中转箱及车辆清洗排水中含有病原细菌、病毒及悬浮物，同时含有高浓度的消毒剂和有效氯等，在进入生化处理系统前，须对污水进行脱氯。因此，生产废水再经泵提升进入还原中和池，通过投加酸、还原剂，并进行搅拌，脱除污水中的余氯以及六价铬氧化还原为三价铬；再通过投加碱液、絮凝剂、助凝剂，使污水中悬浮物聚合为大颗粒絮体，经过重力沉降的作用实现泥水分离，污泥排至污泥处理系统，上清液进入后续处理系统。

②AO/MBR 生化处理系统

经物化预处理后的生产废水与厂区生活污水一起汇入中间水池，均衡水质水量后，由泵提升进入AO/MBR 生化处理系统。AO/MBR 生化处理系统包括水解酸化池、缺氧池、好氧池和膜池。

水解酸化是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行的生物化学反应，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。

废水在缺氧条件下，可将内回流的硝化液中的硝态氮，利用反硝化菌的作用，进行反硝化反应，达到生物脱氮的作用。

好氧池采用高孔隙率、表面积大的高效生物填料，有利于生物膜的附着生长。水中的有机物被生物膜上微生物吸附、氧化分解，同时利用生物的硝化及好氧微生物的有机物降解作用，从而实现去除氨氮和含碳有机物的作用。好氧池出水进入MBR 膜池，膜生物反应器（MBR）取代传统二沉池，通过膜的高效截留，使MBR 反应系统内维持较高的微生物量，通过污泥回流泵回流高浓度的污泥，MBR 系统具有耐冲击负荷，污泥龄长，膜分离使污水中的大分子难降解成分在生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。MBR 组件底部设置穿孔曝气装置用于MBR 膜组件的表面清洗，形成内部循环流，在鼓风曝气作用下，污泥混合液高速冲刷平板膜片的表面，促使膜表面的颗粒脱落。MBR 系统底部设置管式微孔曝气器，用于供给好氧生物需氧。MBR 系统设抽吸泵，在水泵的抽吸作用下，水穿过膜而获得清澈的出水，生物絮体、悬浮物、病原体和大分子溶解性有机物等被有效截留。MBR 生化系统的出水经泵抽吸进入超滤清液罐。

③RO 膜深度处理及消毒系统

膜深度处理系统进一步去除污水中难以降解的有机物、SS、浊度和细菌等，使污水最终能达到排放要求。MBR 系统出水进入超滤清液罐，经泵提升，并投加阻垢剂、还原剂和非氧化性杀菌剂后进入保安过滤器，去除污水中可能损坏反渗透膜的物质。反渗透系统产水进入回用水池，RO 膜系统出水经过消毒处理后，达到回用水标准后回用。膜浓缩液进入现状碱液循环池暂存，用于危废焚烧线半干法浆液制备用水。

（2）初期雨水处理系统

初期雨水主要污染物包括悬浮物、浮油以及少量的重金属离子，采用气浮系统+物化一体化设备进行预处理。通过高效气浮系统，可以去除浮油及部分悬浮物质。气浮系统出水进入物化一体化设备，通过投加还原剂、沉淀剂等，使废水中的重金属离子形成沉淀；通过投加絮凝剂、助凝剂，使金属沉淀聚合为大颗粒絮体后，通过重力沉降的作用实现泥水分离，污泥排至污泥处理系统。为进一步控制出水中的悬浮物质，沉淀出水进入砂滤，过滤后的初期雨水进入观察水池，若水质达标，进入回用水池回用，若水质不达标，送入超滤清液罐，经RO 膜系统进一步处理。RO 系统产水进入回用水池，膜浓缩液进入膜浓缩液池暂存，用于焚烧线半干法浆液制备用水。初期雨水与厂区生产废水处理合用1 套物化预处理线及RO 膜深度处理线。

（3）循环冷却塔排污水处理系统

循环冷却塔系统排污水由于不含重金属、不含病原细菌、病毒，因此不与其他生产废水合并，单独收集直接进入中间水池，经过生化、膜深度处理达到回用水标准后回用。

（4）污泥处理系统

物化预处理系统产生的化学污泥、生化处理系统产生的剩余污泥排至污泥储池后，提升至污泥脱水系统进行处理，采用污泥脱水机将污泥含水率降至80%以下，脱水后泥饼外送至有资质单位进一步处置，滤液回流至生产废水调节池进一步处理。

3 工程设计创新性

3.1 狭小空间内布置的典范，品质提升

本项目为改建项目，充分利用厂区现状已建的设施和空间，对原有总平面布置进行改造，新建综合楼、辅助用房、化学品仓库、污水处理、以及配套的公用工程及辅助设施等，改造后的总平面布置紧凑、节约用地、统筹安排、布局合理、功能分区明确、实现物流人流分流，充分满足生产工艺流程和运行管理方便的需求。设计在考虑多物流交通组织、物料输送顺畅的基础上，兼顾厂区总体建筑环境效果与周边设施关系等因素。

本项目高标准的环保要求，采用可靠的工艺、先进的技术、优质的设备和方便的控制模式，进一步提升工程设计品味，充分借鉴、总结经验，以现代化、综合化、自动化的设计理念，最大限度减小周边环境负面影响的同时，有效解决未来危废产量增长造成的处置缺口，缓解崇明区危险废物的处置压力，推动崇明区的可持续发展，符合上海市危险废物处置的环保要求，整体设计理念契合崇明区生态岛的功能定位，为崇明区建设成世界级生态岛提供基础保障。

3.2 焚烧工艺进料方式采用破碎+混合+推杆一体式，取消料坑+抓斗，有效控制臭气污染

传统危险废物焚烧进料方式采用“料坑+抓斗”的进料方式。其最大的弊端是料坑区域臭气控制难度大，不利于厂区臭气控制，厂区环境较差。本工程危险废物进料取消常规“料坑+抓斗”，采用“破碎+混合+推杆进料”一体化密闭进料方式，有利于更高效的进行恶臭污染物收集，同时危险废物在暂存仓库、预处理车间实现预处理，预处理后再转运至焚烧系统焚烧，保证生产区的良好工作环境。

3.3 首次在危险废物焚烧领域采用两级干法脱酸+两级布袋除尘器的烟气处理工艺

在危险废物焚烧烟气净化工艺中，湿法处理工艺应用最多，但湿法处理工艺水耗较大，产生废水量大，本项目危险废物焚烧烟气处理工艺首次采用两级干法脱酸+两级布袋除尘，此技术具有操作弹性大、有害物去除率高、可靠性强、二次产物少、不产生废水等特点，高于国家标准规范设计建设，烟气排放指标达到最新上海地标及欧盟排放标准。

3.4 针对处置对象特点采用无氧裂解预处理工艺，可实现部分废物的资源化，并且减轻焚烧系统烟气处理设施负荷，降低焚烧烟气污染物排放指标

由于崇明区的危险废物含有大量油漆桶、油漆渣。针对崇明区危废特性，本项目焚烧处置工艺在常规处置方式“回转窑+二燃室”的基础上，创造性采用无氧热解处置工艺处置油漆渣，作为焚烧工艺的预处理设施，对废油漆桶及沾染物等危废进行无氧裂解预处理。无氧裂解工艺不会生成污染物如二恶英等，有效减少了进入烟气净化系统的污染物总量，在减轻焚烧系统烟气净化系统负荷的同时，有利于控制焚烧烟气的达标排放。与此同时，采用无氧裂解处置设施，将裂解炉产生炉渣进行磁选分离，对其中有价值的部分进行回收，实现资源化再利用。

3.5 实现厂区废水零排放，最大限度地降低对环境的污染影响

厂区各类生产生活废水处理出水达标后中水全部回用于生产工艺设施，主要包括焚烧线用水、道路浇洒、绿化浇灌、洗车、生产地坪冲洗、炉渣冷却等，实现项目的废水零排放，不仅减少了新鲜用水量，还降低了运行成本及对环境的污染[6]。

结语

上海永程固废处理有限公司固体废物资源利用与处置工程提升项目在现有的小空间基础上进行升级改造，充分利用厂区现状已建的设施和空间，对总平面布置合理规划布局，焚烧处理危险废物的同时，兼顾医疗废物处理，设置分系统方式进料，采用破碎-混合-推杆的一体化密闭进料方式、两级干法脱酸+两级布袋除尘器烟气处理技术、针对处理处置对象的特点采用无氧裂解预处理工艺、废水处理零排放等创新工艺，对类似工程提供参考。