關于燃煤發電機組摻燒城市污水處理廠污泥工程的環境可行性及生態環境保護的探討
——以馬鞍山市為例

戴凌杰

（馬鞍山市環境監測中心站，安徽 馬鞍山 243000）

隨著我國社會經濟發展和城市化進程的加快，城市污水的產生量和納管率逐步提高，相應污水處理產生的污泥量也不斷增加，據估算2020年全國污泥產生量約為6 000萬噸[1]，尋找一種更加合理有效且無害的污泥處置方式迫在眉睫。

2018年國家能源局、環境保護部聯合下發 《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知》，文件指出，組織燃煤耦合生物質發電技改試點項目建設，旨在發揮我國煤電體系技術領先優勢，依托現役煤電高效發電系統和污染物集中治理設施。本文結合相應技術規范、污染物排放標準探討燃煤發電機組摻燒污泥的環境可行性和生態環境保護要點。

1 污泥摻燒可行性分析

1.1 馬鞍山市污泥產生情況

以馬鞍山市為例，2019年污水處理廠處理量約9 492萬立方米/年[2]，參考馬鞍山城鎮南部污水處理廠擴建工程項目試運營期間統計數據進行簡單類比分析，該污水處理廠每年處理1 825萬立方米污水，產生污泥2.4萬噸（含水率80%），則全市相應的污泥產生量約為12.48萬噸/年（含水量為80%），故馬鞍山市每天約有342噸污泥需要處置。

1.2 燃煤發電機組摻燒污泥的優勢

2016年國務院印發的《“十三五”生態環境保護規劃》提出了“提升污水再生利用和污泥處置水平，大力推進污泥穩定化、無害化和資源化處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率達到90%，京津冀區域達到95%”[3]的目標要求。目前，污水處理廠生產的污泥處置方式主要是衛生填埋、堆肥、焚燒、制造建材等，結合當前國家環保政策的要求及各類污泥處置應用效果，污泥采用燃煤發電機組摻燒方式處置具有投資小、運營成本低、生態環境影響小等優勢。馬鞍山市有規模以上電力、熱力的生產和供應企業14家，全市火電設備容量為516.03萬千瓦[2]，年耗煤827.98萬噸[2]，具備采用燃煤發電機組摻燒污泥的基礎條件。

2 污泥摻燒可行性分析

2.1 污泥摻燒比例以及對鍋爐運行的影響

本次實驗以某燃煤發電公司相關數據為例，分析燃煤發電機組摻燒污泥的環境可行性。某發電公司現有四臺330 MW燃煤發電機組，ECR工況下，單臺發電機組的爐膛容積熱負荷為106.2 kW/m3，爐膛斷面熱負荷為4 524 kW/m2，爐膛火焰溫度為1 400-1 500 ℃；鍋爐最大蒸發量為1 025 t/h，鍋爐計算燃料量為113.765 t/h，每天燃煤量約2 730 t，四臺機組合計耗煤10 920 t/d。假設發電組摻燒污泥（含水率80%）400 t/ d，將含水率80%的污泥間接干化至含水率40%，摻燒污泥約為240 t/ d，則入爐摻燒污泥的比例為2.19%。

參考污泥干化與電站燃煤鍋爐協同焚燒處置的試驗研究的工藝計算，將含水率80%的污泥間接干化為含水率40%的污泥后（摻燒比為4%），鍋爐理論燃燒溫度、理論煙氣量、煙氣流量、排煙溫度、排煙損失及鍋爐效率等各項參數的變化很小。由于摻燒污泥后煙氣流量少量增加，只使爐膛理論燃燒溫度略有上升，但增加幅度不大，低于2 ℃，排煙溫度相比摻燒前升高1.3 ℃，使得排煙損失略有上升，鍋爐效率下降了0.06%[4]。所以，因本次摻燒污泥比例為2.19%，對鍋爐的運行穩定性影響在可接受范圍內。

根據煤粉鍋爐污泥摻燒技術的試驗研究分析，以鍋爐受熱面中最容易遭受磨損的低溫省煤器為例，計算摻入比為6%污泥（含水80%）進行摻燒，煙氣流量稍有增加，通過計算總磨損率在1.005左右，磨損率變化甚微，可不加考慮[5]。

2.2 工藝流程及產污環節

本次實驗設計污泥摻燒工藝流程為：將含水率80%的污泥由污水處理廠運送至燃煤電廠的濕污泥存儲間，經螺桿泵運送至干化機，采用電廠自身減溫減壓的低壓過熱蒸汽進行間接換熱，將含水率降至40%后送入干污泥存儲間，然后在原煤車間按一定比例配比后送鍋爐燃燒。

3 污染物產排及環境防治措施

3.1 廢氣

3.1.1 廢氣產排情況及處理方案設計

濕污泥存儲、上料、干化、干污泥存儲、分配與摻燒過程均會產生廢氣。將干化系統產生的粉塵經布袋除塵處理后與濕污泥存儲、上料、干污泥存儲、廢氣一并送入鍋爐內進行焚燒，采用現有煙氣處理系統“高效低氮燃燒+SCR脫硝+靜電除塵+爐外石灰石-石膏法脫硫+濕法靜電除塵”的處理流程進行處理達標后排放。

3.1.2 廢氣處理可行性分析

污泥的主要成分見“馬鞍山市城鎮污水處理廠污泥堆肥處理工程的取樣分析結果”，元素分析結果為碳14.04%、氫1.8%、硫0.19%、氧12.11%、氮2.16%、氯0.0295%；工業分析結果為灰分35.18%、全水分59.24%、可燃基揮發份為50.78%；收到基低位熱值9.981 mg/kg；重金屬成分為總鎘0.9 mg/ kg、總汞0.34 mg/kg、總鉛40 mg/kg、總鉻60 mg/kg、總砷<100 mg/ kg、總鎳<100 mg/kg、總鋅480 mg/kg、總銅100 mg/ kg。

（1）根據入爐煤質分析數據以及入爐污泥泥質分析數據折算含水率后，加權計算最終混合入爐燃料成分及熱值。經過計算，入爐混合燃料成分及熱值計算結果為收到基水分7.70%、收到基灰分20.92%，收到基全硫0.45%，收到基碳60.66%，收到基氫3.88%，收到基氧6.02%，收到基氮1.07%，收到基低位發熱量23.32 mg/kg。

（2）根據混合燃料燃燒產生的煙氣量以及顆粒物、SO2、NOx均采用《污染源源強核算技術指南-火電》（HJ888-2018）中推薦的公式計算，摻燒尾氣排放數據為煙氣量984694 Nm3/ h、顆粒物1.94 mg/Nm3、SO218.66 mg/Nm3、NOx45.50 mg/Nm3，各項污染物排放限值符合《關于印發煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）的通知》（發改能源[2014]2093號）的要求。

（3）重金屬排放情況對比鍋爐額定蒸發量為1 025 t/ h，干化污泥摻燒比例為1.96%，，1#機組尾氣的監測數據（各因子濃度均為折算成標干煙氣量下的濃度）汞3.6×10-5mg/m3、砷2.43×10-3mg/m3、鉛9.57×10-3mg/m3、鉻0.0812 mg/m3、鈷6.32×10-3mg/m3、銅9.39×10-3mg/m3、錳0.0388 mg/m3、鎳0.0270 mg/m3，鎘、鉈、銻及其他化合物未檢出，監測結果滿足《生活垃圾焚燒污染控制》（GB18485-2014）中的限值要求。由以上監測數據可知，本次實驗設計的燃煤鍋爐摻燒污泥后尾氣中各項污染因子排放限值可以滿足相應標準的要求。

3.2 廢水

3.2.1 廢水主要水質分析

本次實驗設計的污泥摻燒工藝摻燒的廢水主要是污泥干化過程產生干化乏汽冷凝水以及乏汽冷凝塔間接冷卻水。乏汽冷凝塔間接冷凝水在摻燒過程中僅溫度升高，不受污泥摻燒的污染因子影響。根據前期實驗測試檢測的干化乏汽冷凝廢水主要成分及檢測值為pH值為8.83、CODcr為1 270 mg/L、BOD5為292 mg/L、氨氮為160 mg/L、總氮為211 mg/L、總磷為3.57 mg/L、SS為403 mg/L、石油類為51.7 mg/L。

3.2.2 廢水處理方案設計及處理效果

廢水處理方案設計為：干化機產生的冷凝液重力流入調節池，與干化廠區產生的其他污水混合勻質勻量后，經提升泵提升進入氣浮池，在氣浮池去除廢水中懸浮物及膠體污染物，降低后去生化系統處理負荷，氣浮出水重力流入生化池，此生化池由兩級A/O反應池組成。在一級A/O反應池去除污水中大部分COD、氨氮和總氮污染物，在二級A/O反應池強化去除廢水中總氮污染物。生化池出水經二沉池泥水分離、濾布濾池去除懸浮物后進入清水池，達標后接入污水管網外排，不達標廢水回流至調節池進行再處理。各設計單元處理效率為：調節池去除率為CODcr為2%，BOD5為5%；A2/O的去除率為CODcr為88%、BOD5為90%、氨氮為88%、總氮為88%、總磷為80%；沉淀池去除率為CODcr為5%，BOD5為5%。設計的處理工藝不僅對廢水中有機物具有較高的去除效率，同時具有脫氮除磷效果。由此可知，污水處理站的出水濃度CODcr為141.9 mg/L、BOD5為26.4 mg/L、氨氮為19.2 mg/L、總氮為25.3 mg/L、總磷為0.71 mg/L，滿足《污水綜合排放標準》（GB8978-1996））中其他排污單位的三級標準限值要求。

4 結論

根據實驗分析，馬鞍山市現有的燃煤發電機組有能力處置全市污水處理廠產生的污泥，對燃煤機組的穩定性和磨損率也在可接受范圍內，廢水、廢氣可以實現達標排放。采取燃煤發電機組干化摻燒方式處置污水處理廠污泥，可有效提高馬鞍山市污泥的穩定化、無害化和資源化處理率，積極推進“無廢城市”的創建。