热处理技术在市政污泥处置中的应用

热处理技术在市政污泥处置中的应用姚建明,高术杰(中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)[摘摇要]热处理技术在处置市政污泥中具有明显优势,具有减容显著、减重率高,无害化彻底,余热可综合利用等优点,是一种具有应用前景的技术。本文介绍了焚烧、热解和气化三种热处理技术的工艺流程与工程应用,并分析了不同处置技术存在的问题及解决方案。[关键词]污泥;热处理;焚烧;热解;气化[中图分类号]X703摇摇摇[文献标志码]B摇摇摇[文章编号]1003-8884(2019)06-0045-05[收稿日期]2019-09-25[作者简介]姚建明(1982-),男,江西玉山人,高级工程师,硕士,主要从事固废咨询设计及项目管理工作,现任中国恩菲工程技术有限公司能源环境事业部固废综合室主任。0摇前言随着我国经济的快速发展和环保意识的不断加强,城镇污水处理行业在过去二十年里得到迅速发展。据统计,我国城镇污水处理率从1998年的不足16郾2%上升至2018年的95%以上[1],污水治理的环境效益显著。市政污泥是污水处理厂污水处理过程的二次产物,除含有大量的水分外,还含有大量的有机物、难降解的无机物、多种微量元素、病原微生物和寄生虫卵、重金属等成分,对生态环境和人类活动构成潜在威胁。每处理1伊104m3的污水会产生5~10t脱水污泥(含水率以80%计)。2018年,我国污水处理厂产生的污泥已超过3600伊104t。一直以来,我国污水处理厂建设普遍存在严重的“重水轻泥冶现象,资金投资不足,大量污泥“积压冶,污泥未得到合理安全的处理处置,形成全国关注的“污泥问题冶。近年来,市政污泥处理处置得到了相关部门高度重视,处理处置设施建设稳步推进,推动了工艺技术的快速发展。1摇市政污泥的性质市政污泥是含水较高、成分复杂的聚集体,含水率高达80%,且以有机物为主。其固体组成中有机物成分约占60%~70%,主要的有机质成分是蛋白质、多糖、脂类、腐植酸和核酸等;固体组成中无机物成分约占30%~40%,主要的无机质成分是多种微量元素和重金属元素等,其组成如图1所示。2摇热处理技术市政污泥热处理技术主要包括焚烧、气化及热解。根据热处理过程中氧含量的不同可分为三类:有氧(焚烧、湿式氧化)、缺氧(气化)和无氧(直接液化、热解)。污泥原料在进行热处理之前一般需要进行干化预处理,进一步降低污泥含水率。2郾1摇污泥干化焚烧新鲜活性污泥的干基热值可达3500kCal/kg,可以燃烧实现能源转换[2]。理论上,市政污泥含水率<38%可自行燃烧,不需要添加其它燃料[3]。污泥干化焚烧(单独与协同)已成为主流的热处理技术之一。污泥单独干化焚烧工艺流程如图2所示,主要包括:(1)污水污泥(含水80%)实施热媒干化,将污泥含水率降至30%~50%,此时的污泥在无需辅助外部燃料情况下,可实现自持燃烧;(2)在800~900益温度条件下利用常规焚烧炉将污泥有机物完全燃烧,污泥燃烧释放出的热量可用来发电或干化污泥,国内外常用的焚烧炉有流化床炉、立式多膛炉、喷射焚烧炉等。污泥干化协同焚烧得到了快速的发展[4-5],已成为目前生活垃圾焚烧厂协同处置的常规配置,干化设施布置于卸车平台下方,节约用地,缩短物流,发挥产业协同效应,充分体现循环经济与可持续发展的理念。但协同处置对于生活垃圾焚烧发电厂而言,当污泥掺烧比过高时,容易出现炉膛结焦、锅炉积灰等现象,增加检修时间和频次,降低生产效率。54有色设备摇2019年第6期图1摇市政污泥的主要组成摇图2摇污泥单独干化焚烧工艺流程图摇生产实践表明污泥掺烧比不宜超过7%。因此污泥协同生活垃圾焚烧,其规模受到限制,难以覆盖污泥全量处理需求,协同生活垃圾焚烧的相关工艺仍需要进一步优化与完善。德国在1962年建造并运行了第一座污泥焚烧厂,此后,德国、美国、日本等发达国家相继建成大量污泥焚烧厂。2005年欧盟利用焚烧处理污泥的比例为38%,日本污泥焚烧处理比例已经高达60%。近年来,欧盟及美国污泥处置主要方式为土地利用,焚烧仅占20%。而日本污泥处置方式主要为单独焚烧或与生活垃圾掺烧,约占70%。我国污泥干化焚烧近年来得到快速发展,但污泥单独干化焚烧工程案例不多,主要有进口的流化床工艺(如上海洞口)及国内自主开发的干化焚烧(如浙江绍兴)。污泥干化协同焚烧是污泥热处理的发展趋势之一,协同焚烧主要有与生活垃圾混合燃烧、燃煤热电厂掺烧、水泥窑掺烧等。国内已在北京、成都、广州等地实现了规模化工程示范应用。2郾2摇污泥热解污泥热解是指污泥在无氧条件下发生的热化学反应,可以分为低温热解和高温热解,热解主要产生热解气、解热油和热解炭。热解气主要成分为H2、CH4、CO、CO2、CnHm,在净化后可以用于燃烧供热;热解油主要由碳、氢、氮、硫、氧五种元素组成,具有64有色设备摇2019年第6期较高的热