污泥焚烧工艺技术研究

摘要：目前焚烧工艺被世界各国认为是污泥处理中的最佳实用技术之一。在欧洲、美国、日本等国家，该工艺已日渐成熟，它以处理速度快，减量化程度高，能源再利用等突出特点而著称。并且由于近年来，世界各国的环境条件均对废弃物处理所花费的时问和所占的空间提出了更为严格的要求，因而污泥焚烧技术已逐步成为污泥处理的主流技术。
我国在废物焚烧的研究方面起步较晚，特别是在污水厂剩余污泥焚烧这一领域更是缺乏基础性的研究，因此对污泥处理中焚烧这一技术的研究就显得日益重要。
关键词：剩余污泥；污泥处理；焚烧技术
1前言
1.1污泥处理与处置的方法
城市污水处理厂在净化污水的同时也产生了大量剩余污泥，其数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右(以含水率为97％计)，而且不稳定、易腐败、有恶臭。城市污水处理厂产生的大量污泥，经沉淀分离、浓缩、消化、脱水及最终处置等的常规污泥处理和处置工艺，需要大量的基建投资和高昂的运行费用，其运行费用约为污水处理厂总运行费用的40％(烘干)～65％(焚烧)左右。北京最大的高碑店污水实际运行处理规模70万t／d，产生污泥量约为500t／d(含水率86％)，每天有40辆卡车将这些污泥饼外运，污泥的处理非常困难，已成为直接影响污水处理能否正常运行的最关键因素。据北京市规划，2010年污水处理规模将达到340万t／d，处理率达到90％以上，其产生污泥量将达到1.36万t／d(含水率97.5％)。今后随着我国污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污泥的产生量还将有较大的增长，因此必须有效地处理、处置与利用污泥。
污泥处理与处置的目的以减量化、资源化、无害化为原则。污泥处置和综合利用方法有填埋、焚烧、土地利用、排海等途径。表1列出世界各发达国家污泥处置方式所占比例。由表1，农用和填埋是各发达国家的污泥处置的主要方式，而焚烧所占的比例相对较小。但人们逐渐考虑到填埋要占用大量的土地和花费大量的运输费用，而且填埋场周围的环境也会恶化，遭受渗沥液、臭气的困扰。在许多国家和地区，人们坚决反对新建填埋场，美国环保局估计今后20年内，美国6500个填埋场中将有5000个被关闭。瑞士政府宣布从2003年1月1日起将禁止污水厂的污泥用于农业，所有污水厂的污泥都要进行焚烧处理，因为若长期将剩余污泥用于农业堆肥，有可能会因为有害物质诸如重金属、呋喃等的积累而影响人们的身体健康。从90年代起许多国家诸如德国、丹麦、瑞典、瑞士等国以及日本就开始以焚烧工艺作为处理污水污泥的主要方法，而目前污泥焚烧以日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国占比例高。1992年，日本采用1892座焚烧炉处理75％的污水污泥，目前焚烧工艺在日本得到广泛的应用、是污泥处置的主要方法，日本在这一方面的研究很多，如将焚烧灰作为沥青填料、路床和路基材料、砖瓦材料、水泥原料、熔融填料等；在丹麦，每年约有25％的污泥在32座焚烧厂中处理；随着欧共体各国签订的停止向海洋投弃污泥的协议生效，EEC各成员国已逐步停止向海洋投弃，海岸国家受此协议的限制，已纷纷转用焚烧法。
表1世界各国污泥处置所占比例（％）

1.2污泥焚烧工艺的兴起与发展
污泥焚烧(热分解)是指在高温(500－1000℃)下，污泥固形物在无氧气或者低氧气氛中分解成气体、焦油以及灰等残渣这3部分的过程。污泥焚烧的处理对象主要是脱水泥饼，脱水泥饼含水率仍达45％～86％，含水率高，体积大，可将其进行干燥处理或焚烧。干燥处理后，污泥含水率可降至20％～40％。焚烧处理，含水率可降至0，体积很小，便于运输与处置。
污泥焚烧的初期研究是1959年美国的诺亚克(Noack)、1960年施莱辛格(Schlesinger)等人在彼得堡能源中心(Pittsburg Energy Center)开始的，其共同的特点是以回收能源为目的。脱水污泥(水分65％～85％，其固体热值为7500～15000kJ／kg)的热值低，因此，焚烧过程中必须添加辅助燃料，所以应该设计辅助燃料最少的流程。世界上第1台焚烧污泥的流化床锅炉在1962年建于美国Lynnword Washington，至今仍在运行。1970年以后，从日本研究者平冈等人1973年所进行的基础研究开始，美国的奥利克塞(Olexsey)于1974年、卡林斯克(Kalinske)于1975年都指出了焚烧工艺的优越性。1976年10月在悉尼举行的第8届国际水质污染研究会议上由马吉玛(Majima)等人发表了多段炉分解的应用性研究报告。1977年4月在日本东京举行的日美下水道技术会议上，由卡希娃亚(Kashiwaya)发表了大阪府川俣处理场的多段炉应用研究的成果报告，报告中证实了多段炉焚烧工艺的实用性，之后在川俣处理场及其他多处都建起了剩余污泥焚烧装置，至今运行良好。
韩国正在Kyungki省的Kwangdong-Li污水处理厂试运行由Samsung建筑公司最近开发的污泥焚烧新工艺。泰国的Samutprakam正在建设东南亚规模最大的污水处理厂，其污泥处理单元将采用焚烧工艺。在我国的城市污水厂中，只有深圳特区污水处理厂用于焚烧。对工业废水污泥的焚烧，国内应用的也很少，由化工部第三设计院设计的齐鲁20万t乙烯污水处理厂，污泥量为2100kg／h，采用二段串联的卧式灰砖焚烧炉焚烧。北京燕山石油化工总厂自行设计的活性污泥沸腾焚烧炉，热载体采用粉状砂针，污泥用压力式喷嘴喷入炉内，燃烧燃料要与空气混合造成热风。但此炉现未能连续运行。香港政府决定修建2组日处理量为6000t的焚烧炉和能源回收设备。预计将在2007年。第1组设备将投入使用。