青浦區污泥干化焚燒項目設計及試運行

上海漾沁環境科技有限公司 吳金武

青浦區位于上海市西部，太湖下游，黃浦江上游，區內目前共10座污水處理廠，脫水污泥約260噸/日。隨著污水提標工程與擴建工程的建成投運，污泥量將進一步增加。污泥干化獨立焚燒具備自動化程度高、減量化最徹底、最終產物可資源化利用等特點，是污泥處置的幾種方式之一。目前國內外已先后成功建成并得到良好運行效果的多個污泥干化焚燒項目。本文以青浦區污泥干化焚燒項目為例，介紹了薄層干化機干化與鼓泡流化床焚燒工藝技術特點。

一、工程概況

青浦區污泥干化焚燒項目位于青浦區天辰路3100號，占地約55畝，主要處理青浦區10座城鎮污水處理廠脫水污泥，設計總規模600噸/日。分兩期建設，其中近期規模300噸/日（設備機械能力400噸/日）。采用“薄層干化+鼓泡式流化床+煙氣處理”的干化焚燒處理工藝，設置兩條生產線。

本項目污泥來自青浦區10座生活污水處理廠產生的脫水污泥，泥質數據見表1。

表1 青浦區各污水廠脫水污泥泥質

兩條生產線采用薄層干化機進行間接干化，鼓泡流化床焚燒爐進行焚燒處理，配置余熱鍋爐，配備SNCR（選擇性非催化還原脫硝），煙氣凈化采用“爐內脫硫+靜電除塵+小蘇打干法+活性炭噴射+袋式除塵+濕法脫酸”的組合工藝進行煙氣凈化處理。

污泥經干化，含水率由 80%降至55%左右后被送入焚燒爐焚燒。余熱鍋爐、靜電除塵器排出的一般飛灰作為一般廢棄物進行資源化利用。布袋除塵器收集的飛灰經穩定化后外運處置。

高濃度臭氣送入焚燒爐焚燒，低濃度臭氣送入專用臭氣處理設施處理，達標后排放。設置混合污水處理系統、脫酸污水處理系統各1套，經處理達標后排入市政污水管網。

污染物排放標準見表2。

表2 污染物排放標準

二、主要處理單元

（一）污泥接收、儲存及給料系統

10座污水廠的脫水污泥經污泥運輸車輛送至污泥接收倉。

設置地下式不銹鋼接收倉2座，每座45m3。接收倉配置液壓滑架、螺旋輸送機、螺桿泵。螺桿泵將接收倉污泥輸送至污泥儲存倉。濕污泥接收倉設有負壓吸風系統，保證臭氣不外漏。收集的臭氣作為焚燒系統送入焚燒爐高溫焚燒。濕污泥接收倉間上方靠近焚燒間側墻設有焚燒爐一次風機（流化風機）吸風口，抽吸濕污泥接收倉間內臭氣作為焚燒爐燃燒空氣，并使濕污泥接收倉間呈負壓狀態，防止臭味和甲烷氣體的積聚和溢出。此外在濕污泥接收倉間加設通風除臭系統，保證焚燒爐正常及停爐期間，從濕污泥接收倉間抽出的臭氣在經過除臭裝置凈化、脫臭后排出，以避免臭氣外溢污染環境。

設置地上式鋼制儲存倉4座，每座容積400m3。儲存倉配置液壓滑架、螺旋輸送機、螺桿泵。螺桿泵將儲存倉污泥輸送至薄層干化機。儲存間設有負壓吸風系統，保證臭氣不外漏。收集的臭氣作為焚燒系統流化風送入焚燒爐高溫焚燒。

（二）薄層干化系統

污泥干化系統采用“薄層干化+載氣冷凝”的干化工藝，設置4臺薄層干化機，單臺干化機換熱面積50m2，蒸發量2.8t/h，熱源為0.9MPa(G)飽和蒸汽，設計進泥含水率75-82%，設計出泥含水率40-60%。

干化機轉子上安裝固定的不同角度的傳輸和攤開葉片，使進入其中的污泥在筒體內表面的熱壁上得到布料、攤附、刮漿、攪拌、返混、自清潔、輸送。即，進入干化機的污泥被不停轉動的轉子連續分布于熱壁的表面形成物料薄層，在不斷運動的過程中，所含水分被蒸發。一般而言，濕污泥在薄層干化機內的停留時間為15min左右。

干化過程中產生的載氣在干化機內部與污泥逆向運動，從干化機上部的載氣管口排出。載氣進入載氣冷凝器，在載氣冷凝器中，通過與冷卻循環水間接換熱，水分從載氣冷凝器中冷凝下來，最終排入污水處理車間；同時少量不凝氣體（空氣和污泥中的揮發物）及水蒸氣，由尾氣風機輸送至焚燒爐。

干化機產出的含水率55%左右的半干污泥進入到焚燒爐系統的中間緩沖倉，之后經污泥螺旋輸送機進入焚燒爐焚燒。

（三）流化床焚燒系統

本項目焚燒系統包括：污泥進料系統、焚燒爐系統、燃燒器系統、燃燒空氣系統、脫硫脫硝系統、砂循環補給系統等子系統。

設置4套半干污泥輸送系統，輸送含水率55%左右的半干污泥，分別對應兩條焚燒線焚燒爐的4個污泥入口。經干燥機干化后的干污泥垂直落入經干污泥緩存倉內，并通過干污泥緩存倉給料機送入焚燒爐內。

設置2臺鼓泡流化床焚燒爐，焚燒爐是一個圓柱形反應器，Φ5560/3750×14050mm，在反應室內無移動部件。反應器的下部由帶噴嘴的底盤封閉。反應器下部充滿可被空氣流化的砂。空氣通過安裝于底盤的噴嘴噴入。噴嘴盤下面的風箱提供均勻的空氣以流化砂和燃燒。流化床上部空間被稱為懸浮區或后燃燒區。懸浮區設計成有足夠的容積以保證有足夠的停留時間，煙氣溫度明顯高于最低溫度，但不高于灰渣熔點。溫度、停留時間及湍流度（3T條件）是實現完全燃燒的根本保證，焚燒工藝的效率可通過煙氣中 CO 含量來表示。當湍流度很高時，即使溫度較低，也可以實現完全燃燒，由于溫度較低，可以有效防止NOx生成。焚燒爐外殼為低合金鋼板，局部承壓區域采用高強度調質低合金鋼，爐內耐火材料的支撐板采用不銹鋼，噴槍、噴嘴、進料端等接口的爐內部分均采用不銹鋼。耐火內襯需充分適應熱脹冷縮的變化和爐內煙氣的化學反應，耐火磚能耐高溫、耐磨、耐侵蝕，不會因溫差伸縮造成襯砌體的脫落，使用壽命長，且容易修補。焚燒爐的耐火內襯設計了保溫層，爐殼外表面不再進行保溫，爐壁具有適當的溫度，以避免煙氣冷凝導致腐蝕。為杜絕操作人員可觸及區域的燙傷風險，采用在爐壁外安裝物理安全格柵及警示牌的方式進行安全保護。

焚燒爐配有上部啟動燃燒器和下部輔助燃燒器，起到助燃、穩燃的作用。采用天然氣作為燃料。半干污泥在焚燒爐中充分燃燒，有機物得到分解，水分蒸發，煙氣在高于850℃的狀態下在爐內停留時間大于2s，而后進入余熱利用系統。

一次風由污泥系統的臭氣及部分新鮮風組成。經過一次風機加壓輸送到高溫空預器與蒸汽進行換熱，加熱后的一次風從焚燒爐底部進入，用于石英砂流態化及物料燃燒。

采用在爐內投加石灰石的方法在燃燒過程中脫硫；高溫脫硝采用非催化法(SNCR法)控制NOX。尿素箱中的尿素溶液經尿素泵加壓后，通過尿素噴槍送入焚燒爐，煙氣與噴入的尿素溶液充分混合，煙氣中NOX組分在O2的存在下還原成N2和水，與此同時尿素溶液水分全部被煙氣汽化并帶走。當煙氣中氮氧化物含量超標時，啟動脫硝系統進行脫確。

焚燒爐底部床料經過冷渣器冷卻、振動篩篩分后進入輸砂倉泵。輸砂倉泵直接將床料輸送至石英砂緩存倉后補至焚燒爐；當床料不合格時可輸送至飛灰倉。外購新砂經石英砂輸送機、石英砂提升機輸送至石英砂儲倉，再由輸砂倉泵輸送至石英砂緩存倉。

（四）煙氣凈化系統

本項目擬焚燒的污泥含硫率相對較高（干基硫含量1.26%），經初步計算，焚燒后產生的煙氣主要污染物SO2源強濃度高達3500mg/L以上。為避免濕法脫硫過高的廢水治理投入和廢水脫鹽技術風險，本項目擬通過爐內石灰石脫硫、小蘇打干法脫硫組合工藝凈化煙氣，實現煙氣治理的達標排放，避免高鹽濃度廢水產生。在極端高含硫污泥焚燒工況下，為滿足日益嚴格的環保監管要求，凈化系統末端增設濕法脫硫裝置，利用其低煙氣濃度下高脫硫特性，與前端“爐內脫硫+小蘇打干法脫硫”連鎖使用，可彌補“爐內脫硫+小蘇打干法脫硫”組合工藝的不足，確定煙氣排放值100%滿足并優于排放標準。

從余熱鍋爐、靜電除塵器排出的灰渣、一般飛灰合計年產量約11400噸，經活化、復合等處理方式，形成的輔助性膠凝材料等產品應用于混凝土工程。布袋除塵器收集的危險飛灰（暫定）年產量約1100噸，經螯合穩定化滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889）后外運填埋處置。

（五）污水處理系統

與國內大多數已建項目不同，本項目未建設于污水廠界內或與污水廠毗鄰，具備“孤島”建設運行特征。項目設計混合污水處理系統、脫酸廢水處理系統各1套。

其中，混合污水處理系統對污泥干化冷凝水、地坪沖洗廢水、化驗室廢水進行處理，設計處理規模300m3/d，采用二級A/O+超濾+高級氧化處理工藝。污水進入調節池，起到均衡水量、均化水質及降溫的作用。由于原水的C/N較低，因此根據需要在調節池內投加碳源。經過均質均量的廢水，通過提升泵進入后續的MBR生化系統，去除可生化有機物、氨氮、TN和TP等污染物。MBR由反硝化、硝化和超濾單元組成。經過MBR處理的出水采用高級氧化進一步去除有機物后，清液達標排放。產生的污泥采用污泥脫水工藝，脫水污泥含水率80%，送至焚燒裝置處置。

脫酸廢水處理系統對脫酸塔產生的廢水進行處理，設計460m3/d，采用混凝沉淀+多介質過濾處理工藝。脫酸廢水先經冷卻器換熱冷卻后進入廢水收集池，調節池內設置曝氣裝置，用于氧化還原性物質及作為攪拌的作用。調節池內廢水通過原水泵送入反應池，在1#反應池內加入液堿、螯合劑用于去除洗煙廢水中的大部分重金屬離子，并與其發生化學反應生成沉淀，在2#反應池內加入三氯化鐵；在3#4#反應池內投加絮凝劑、混凝劑用于加強沉淀效果，沉淀池上清液溢流至中和池，在中和池內投加鹽酸，調節pH至6.5-7.5之間后進入過濾原水池。過濾原水池出水進入多介質過濾器后進入排放水池。沉淀池內產生的污泥由污泥泵排入混合污水污泥處理系統。

（六）除臭系統

臭氣主要來自污泥處理車間卸料大廳、濕污泥接收倉及接收倉間、濕污泥儲倉及儲倉間、污泥干化機及干化車間、污水處理車間等污染源揮發出的有機污染物（VOC）。污泥干化載氣、污泥儲存倉、接收倉廢氣等濃度高、成分復雜的廢氣，經管道輸送至焚燒爐焚燒。其他如卸料大廳、濕污泥儲存倉間、污水處理區等低濃度臭氣，送入除臭系統處理，設計處理規模90000m3/h，采用酸洗+堿洗+生物除臭組合處理工藝。臭氣先經過酸性洗滌段進行洗滌，氣體經自下向上流動與自上向下均勻噴灑的硫酸溶液吸收劑在中間介質多面空心球填料上的不斷接觸，氣液兩相充分接觸傳質，使臭氣中以氨為主的堿性有害氣體污染物得到吸收凈化。凈化后的氣體進入堿洗段，臭氣中的酸性成分在堿性液的噴淋液在空心球填料上充分接觸反應得到吸收凈化。而后進入一體化生物除臭設備，在生物過濾段通過氣液，液固傳質，臭氣被多種微生物降解，最后達標排放。

三、工程特點

（一）平面、空間布置合理

結合地塊特點，考慮生產、公輔和辦公之間功能分區，結合風玫瑰圖，統籌人流、物流及近遠期關系，優化平面布局，充分利用垂直空間，縮減各類管線長度，節約投資、降低能耗，提升土地利用率。

（二）BIM智慧工程

采用三維正向BIM設計，模型對項目各分系統優化布局，能空間協調，避免碰撞沖突，減少設計錯誤與漏洞，提高設計質量，可直接生成材料清單，減少繁雜的工程量計算、統計工作。

（三）污泥輸送順流設計、錯落有序

本項目依據順流設計、錯落有序原則，將薄層干化機布置于12.5m平臺。干化后的物料重力跌落至干污泥緩沖倉，再依靠短距離輸送，通過給料螺旋均勻輸送入焚燒爐焚燒，避免較長距離輸送或多級輸送弊端。

（四）除臭設計合理、高效

依據區域劃分、分區收集、分質處理原則，將高濃度低氣量臭氣作為一次風引入焚燒爐燃盡；將中低濃度臭氣，分別按不同的換氣次數收集至末端處理裝置處理，實現所有臭氣收集組織化、處理全達標的治理目標，徹底改觀“污泥廠臭氣熏天”的公眾認知。

四、結語

（1）隨著項目的建成投產，能完全滿足區內污泥的安全處置需求，年可處置污泥109500噸（80%含水率），進一步實現了污泥處置的“無害化、減量化、資源化”，社會和環境效益較為顯著。

（2）項目采用DCS控制系統收集、監控污泥接收、輸送、干化、焚燒、煙氣處理、污水處理、除臭處理的全過程工藝參數、設備運行狀態，實現了過程控制的全覆蓋，自動化程度高，且保護定值設置合理、連鎖可靠，極大地提高安全、可靠性。

（3）項目72+24h調試性能測試表明，在污泥含水率78%-82%范圍內，系統處理負荷可達449.56t/d。測試期內，單位污泥處置的自來水消耗約0.7-1.0m3/t；電力消耗約72-84kW·h/t；天然氣消耗約37-42m3/t，主要能源消耗及物料藥劑消耗統計折算的污泥干化焚燒直接生產成本為220-250元/t。

（4）項目的煙氣處理采用組合工藝，實現了煙氣的穩定達標，顆粒物、SO2、NOx、CO等排放指標均遠遠低于排放限值。污水處理采用生化+物理強化工藝，排放COD在150mg/L以下，其他指標均達納管標準。臭氣排放的NH3、H2S等指標均達標準。