污泥处置最佳路径：干化焚烧

污泥焚烧技术

工艺原理

污泥焚烧是指在一定温度和有氧条件下，污泥分别经蒸发、热解、气化和燃烧等阶段，  其有机组分 发生氧化（燃烧）反应生成 CO2 和 H2O 等气相物质，无机组分形成炉灰/渣等固相惰性物质的过程。

工艺流程及产污环节

污泥焚烧系统主要由污泥接收、贮存及给料系统、热干化系统、焚烧系统（包括辅助燃料添加系统）、 热能回收和利用系统、烟气净化系统、灰/渣收集和处理系统、自动监测和控制系统及其他公共系统等组  成。污泥干化焚烧工艺流程及产污环节见图。

污泥焚烧过程排放的主要污染物有恶臭气体、烟气、灰渣、飞灰和废水。

污泥焚烧工艺类型

前处理技术

污泥焚烧前处理技术通常指脱水或热干化等工艺，以提高污泥热值，降低运输和贮存成本，减少燃 料和其他物料的消耗。

热干化工艺有半干化（含固率达到 60％～80％）和全干化（含固率达到 80％～90％）两种。

热干 化工艺 一 般 仅用于 处理 脱水污 泥， 主要技术性能指标（以单机升水蒸发量计 ）为：

热能 消耗 2940~4200KJ/kgH2O；

电能 消耗 0.04~0.90kW/kgH2O。

污泥含固率在 35％~45%时，热值为 4.8～6.5MJ/kg，可自持燃烧，通常后面直接接焚烧工艺。用作 土壤改良剂、肥料，或作为水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料时，须将污泥含固率提高至 80%~95%。

单独焚烧

单独焚烧是指在专用污泥焚烧炉内单独处置污泥。流化床焚烧炉是目前单独焚烧技术中应用最多的焚烧装置，主要有鼓泡式和循环式两种，其中尤以 鼓泡流化床，焚烧炉应用较多。

鼓泡流化床

污泥单独焚烧时，在焚烧炉启动阶段，可通过安装启动燃烧器或向焚烧炉膛内添加辅助燃料等方式 将炉膛温度预热至 850℃以上，然后向焚烧炉炉膛内供给污泥。

混合焚烧技术

污泥与生活垃圾混烧

在生活垃圾焚烧厂的机械炉排炉、流化床炉、回转窑等焚烧设备中，污泥可以以直接进料或混合进 料的方式与生活垃圾混合焚烧。

污泥与生活垃圾直接混合焚烧时会增加烟气和飞灰产生量，降低灰渣燃烬率，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。

污泥的水泥窑协同处置

经水泥窑产生的高温烟气干化后的污泥进入水泥窑煅烧可替代部分黏土作为水泥原料，达到协同处 置污泥的目的。干化后的污泥可在窑尾烟室（块状燃料）或上升烟道、预分解炉、分解炉喂料管（适用 于块状燃料）等处喂料。

利用水泥窑系统处置污泥时须控制污泥中硫、氯和碱等有害元素含量， 折合入窑生料其硫碱元素的 当量比 S/R 应控制为0.6~1.0，氯元素应控制为 0.03~0.04%。利用水泥窑焚烧污泥的直接运行成本为 60～100 元/t（80％湿污泥）。 

污泥的燃煤电厂协同处置

可利用燃煤电厂的循环流化床锅炉、煤粉锅炉和链条炉等焚烧炉将污泥与煤混合焚烧。为提高污泥 处置的经济性，优先考虑利用电厂余热干化污泥后进行混烧。

直接掺烧污泥会降低焚烧炉内温度和焚烧灰的软化点，增加飞灰产生量，增加除尘和烟气净化负荷， 降低系统热效率 3％～4％，并引起低温腐蚀等问题。

利用火电厂焚烧污泥的单位运行成本为 100～120 元/t（80％湿污泥），系统改造成本约为 15 万元/t （80%湿污泥）。

消耗及污染物排放

焚烧物料消耗

污泥焚烧消耗的物料主要是燃料、水、碱性试剂和吸附剂（如活性炭）等。

为加热和辅助燃烧，需添加辅助燃料。将重油作为辅助燃料时，其消耗为 0.03～0.06 m3/t 干污泥； 将天然气作为辅助燃料时，其消耗 4.5～20 m3/t 干污泥。

污泥焚烧主要用水单元是烟气净化系统，水耗均值约为 15.5 m3/t 干污泥。其中， 干式烟气净化系统 基本不消耗水，湿式系统耗水量最高，半湿式系统居于两者之间。

碱性试剂如氢氧化钠消耗为 7.5~33 kg/t 干污泥，熟石灰乳消耗为6～22 kg/t 干污泥。

 焚烧能量消耗

污泥焚烧厂主要消耗热能和电能。热能产出量与污泥低位热值高低密切相关， 经由烟气处理和排放 造成的热量损失约占污泥焚烧输出热量的 13％～16％。

污泥焚烧厂消耗电能的主要工艺单元是机械设备的运转，电耗通常为 60~100kW·h/t（80%湿污泥）。

污泥焚烧的污染物排放 

大气污染物

由于国内污泥焚烧大气污染物排放数据较少，根据对国外污泥焚烧厂大气污染物排放统计，污泥焚  烧产生的烟气经净化处理后，通常

烟尘排放浓度为 0.6~30 mg/m3；

二氧化硫排放浓度为 50 mg/m3 以下；

氮氧化物（以 NO2 计）排放浓度为 50~200 mg/m3 ；

二噁英排放浓度在 0.1ngTEQ/Nm3 以下；

重金属镉排 放浓度为 0.0006~0.05 mg/m3 ，汞排放浓度为 0.0015~0.05 mg/m3。

 废水

湿式烟气净化系统会产生工艺废水。

灰渣收集、处理和贮存废水：  采用湿式捞渣机收集灰渣时，会产生灰渣废水；污泥露天贮存时，雨 水进入产生废水。

热干化过程中产生冷凝水，其化学需氧量（CODCr）含量高（约为 2000 mg/L），氮也较高（约为 600~2000 mg/L），还含有一定量的重金属。

固体残留物

污泥焚烧产生的飞灰约占焚烧固体残留物总量的 90%（流化床）；灰渣和烟气净化固体残留物合计 约占焚烧固体残留物总量的 10%（流化床）。

最佳可行工艺流程

污泥焚烧污染防治最佳可行技术主要包括污泥接收、贮存及给料系统，干化系统，焚烧系统，余热 回收及热源补充系统，烟气处理系统，臭气收集及处理系统，给排水系统，压缩空气系统，通风和空调 系统，电气系统和自控系统等。

污泥干化焚烧污染防治最佳可行技术工艺流程见图 ： 

最佳可行工艺参数

污泥焚烧高温烟气在 850℃以上的停留时间大于 2 秒，灰渣热灼减率不大于 5%或总有机碳（TOC） 不大于 3%。

循环流化床焚烧炉流化速度通常为 3.6～9 m/s，鼓泡流化床焚烧炉流化速度通常为 0.6～2m/s。

污泥与生活垃圾混合焚烧时，污泥与生活垃圾的质量之比不超过 1﹕4；利用水泥窑炉混烧的污泥汞 含量小于 3 mg/kgDS，最大进料比例不超过混合物料总量的 5%。

采用半干法烟气净化处理工艺时，烟气停留时间 10~15s，碱性吸附剂过量系数 1.5~2.5，脱酸效率 >98%。为防止布袋除尘器发生露点腐蚀，入口气体温度应为 130～140℃。

污染物削减及污染防治措施

预除尘＋半干法是最佳烟气净化组合系统之一。预除尘可选用旋风除尘器， 半干法可选用喷雾洗涤  器与袋式除尘器的组合。添加碱性吸附剂后的脱酸效率可达 90%以上，可去除 0.05~20μm 的粉尘，除尘效率可达 99%以上。在布袋除尘器后采用选择性非催化还原法（SNCR），可达到 30%~70%的脱硝效率。 在标准状态下，干烟气含氧量以 6％计，烟尘排放浓度不大于30 mg/m3，二氧化硫不大于 350 mg/m3 ，  氮氧化物不大于 450 mg/m3。

为避免二噁英的生成及其前驱物的合成，应通过优化炉膛设计、优化过量空气系数、优化一次风和 二次风的供给和分配、优化燃烧区域内烟气停留时间、温度、湍流度和氧浓度等设计和运行控制方式； 避免或加快（<1S）在 250～400℃的温度范围内去除粉尘。在除尘器之前的烟气流中喷射含碳物质、活 性炭或焦炭等吸附剂，可降低二噁英排放。污泥焚烧系统产生的废水集中收集处理。

污泥焚烧过程产生的灰渣以及烟气净化产生的飞灰分别收集和储存。灰渣集中收集处置， 飞灰经鉴 别属于危险废物的，按危险废物进行处置。

技术经济适用性

在大中型城市且经济发达的地区、大型城镇污水处理厂或部分污泥中有毒有害物质含量较高的城镇 污水处理厂，可采用污泥干化焚烧技术处置污泥。

污泥焚烧以流化床焚烧炉应用最为普遍。流化床焚烧炉通常适合污泥大规模集中处置。鼓泡流化床 适用于焚烧热值较低的污泥，循环式流化床适用于焚烧热值较高的污泥。

若干化和焚烧系统均采用国产设备，干化焚烧项目的投资成本为 30～35 万/吨脱水污泥（含水率以  80%计）；若全部采用进口设备，干化焚烧项目的投资成本为 40～50 万/吨脱水污泥（含水率以 80%计）。 污泥干化焚烧的直接运行成本约为 100-150 元/吨脱水污泥（含水率以 80%计，不包括固定资产折旧）。

  最佳环境管理实践

污泥干化焚烧厂的选址遵循就近原则，优先考虑充分利用污泥焚烧产生的热量和附近稳定的热源对 污泥进行干化后再焚烧处置。

建立入厂污泥质量控制系统，并定期对污泥中砷、镉、铬、铅和镍等重金属进行监测。

安装自动辅助燃烧器，使焚烧炉启动和运行期间燃烧室保持 850℃以上的燃烧温度。连续在线监测 和调控炉膛温度、氧气含量、压力、烟气出口温度和水蒸气含量等工艺运行参数。

安装大气污染物连续在线监测装置，监测粉尘、氯化氢、二氧化硫、  一氧化碳、碳氢化合物和氮氧 化物，定期监测重金属和二噁英，每年至少 2～4 次。

脱水污泥贮存区（包括贮存罐和贮存仓）加盖并保持微负压。空气中甲烷含量不应超过 1.25%，并宜将贮存区空气抽做焚烧炉一次风。焚烧炉不运行期间，应避免污泥贮存过量。干化污泥贮存时，其温度不宜高于 40℃,贮存罐须保持良好通风，并设置除臭系统。

制定应急预案，防止事故的发生。污泥焚烧厂安装消防、防爆、自动监测和报警系统，确保焚烧设 备安全、稳定、连续达标运行。

来源 | 环保工程师俱乐部  

作者 |  于舸