生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置污泥的技術(shù)研究＊

馬津麟，張蒙雨

（中城院（北京）環(huán)境科技股份有限公司，北京 100120）

1 研究背景

在“十三五”期間，中國共建成生活垃圾焚燒廠254 座，累計在運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠已超過500 座，焚燒設(shè)施處理能力達(dá)58 萬t/d，全國初步形成了新增處理能力以焚燒為主的生活垃圾處理發(fā)展格局。可見，近五年來，中國生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，處理處置能力得到了大幅度提升。此外，中國生活垃圾無害化處理率在“十三五”期間也顯著提升，“十三五”期間，中國新建垃圾無害化處理設(shè)施500 多座，城鎮(zhèn)生活垃圾設(shè)施處理能力累計超過127 萬t/d，生活垃圾無害化處理率達(dá)到99.2%。全國城市和縣城生活垃圾基本實現(xiàn)無害化處理，僅尚有0.8%的缺口，即僅有1 萬t 左右的處理能力的缺口。

然而“十四五”規(guī)劃提出，到2025 年底全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力會達(dá)到80 萬t/d 左右，即在“十四五”期間，中國將新增12 萬t/d 的生活垃圾焚燒處理能力，遠(yuǎn)大于目前中國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理能力的缺口。雖然，有些衛(wèi)生填埋場會隨著生活垃圾焚燒設(shè)施的啟用而轉(zhuǎn)變?yōu)轱w灰以及應(yīng)急填埋場，從而填補(bǔ)一定量的生活垃圾處理能力的缺口。但是，考慮到全國正在逐步推進(jìn)生活垃圾分類收運(yùn)、分類處理，大量規(guī)劃和建設(shè)以堆肥、厭氧處理為主工藝的廚余垃圾處理處置設(shè)施以及多地的生活垃圾收運(yùn)體系，尤其是農(nóng)村垃圾的收運(yùn)體系的建設(shè)尚未健全，因此可以預(yù)計未來幾年，中國部分生活垃圾焚燒處理設(shè)施將面臨著處理能力過剩，部分垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施將處于長期低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，不利于生活垃圾焚燒發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行與生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

實際上，中國現(xiàn)有部分生活垃圾焚燒處理廠已經(jīng)面臨入場垃圾不足的問題了。但與此同時，目前大量一般工業(yè)有機(jī)固體廢棄物、市政污泥、餐廚垃圾以及醫(yī)療廢物等尚未得到妥善的處理處置。這些廢棄物中，許多均可采用焚燒的方式進(jìn)行處置，尤其是像污泥這樣含有大量有機(jī)物的高熱值固體廢棄物。因而，這幾年來，生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置其他有機(jī)固體廢棄物的理念越來越受到認(rèn)可，眾多新建生活垃圾焚燒項目從可行性研究階段就充分考慮將焚燒廠服務(wù)區(qū)域內(nèi)的其他有機(jī)固體廢棄物協(xié)同處置，充分發(fā)揮生活垃圾焚燒廠的潛力。

在中國，生活垃圾焚燒處理廠協(xié)同處置其他有機(jī)固體廢棄物有政策支撐，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。例如：GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中提出“在不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達(dá)標(biāo)和焚燒爐正常運(yùn)行的前提下，生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥和一般工業(yè)固體廢物可以進(jìn)入生活垃圾焚燒爐進(jìn)行焚燒處理”。

2 生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置市政污泥的技術(shù)研究

近年來，污泥處理處置問題愈發(fā)受到關(guān)注，尤其是污水處理廠所產(chǎn)生的市政污泥。隨著眾多衛(wèi)生填埋場的封場以及國家對提高污泥無害化處理與資源化利用的倡導(dǎo)，傳統(tǒng)的污泥脫水后送至衛(wèi)生填埋廠填埋的處置方式越來越受到限制。污泥厭氧發(fā)酵技術(shù)存在產(chǎn)品出路困難等問題，因而，與生活垃圾焚燒項目協(xié)同處置則成為近年來被推廣的污泥處置方式之一。2009 年，國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家環(huán)境保護(hù)部和國際科學(xué)技術(shù)部三部委聯(lián)合發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》中鼓勵污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建，且污泥焚燒的煙氣處理需滿足GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)規(guī)定。2020 年7 月，國家發(fā)改委和住建委發(fā)布的《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項實施方案》中強(qiáng)調(diào)要加快推進(jìn)污泥無害化處置和資源化利用，鼓勵采用“生物質(zhì)利用+焚燒”的處置模式。

生活垃圾焚燒項目協(xié)同處置市政污泥的關(guān)鍵技術(shù)首先在于選擇適宜的污泥干化率與污泥摻燒比例。由于污水廠內(nèi)常對污泥采用離心機(jī)、板框壓濾機(jī)或者帶式壓濾機(jī)等措施對污泥進(jìn)行脫水，脫水后污泥的含水率在60%～80%之間，含水率較高，熱值過低，不適宜直接進(jìn)入焚燒爐焚燒。因此，往往在入爐前，需要對污泥進(jìn)行干化處理，且常以生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的飽和蒸汽作為干化熱源。污泥入爐時的含水率越低，入爐熱值越高，其產(chǎn)生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的飽和蒸汽量也越多，干化成本也越高，例如，以0.5 MPа 的飽和蒸汽作為污泥干化熱源時，將每噸含水率為80%的濕污泥干化至40%的含水率，需要0.85～1.0 t/h 的飽和蒸汽[1]。因考慮到成本效益最優(yōu)化的原則以及對焚燒爐和汽輪發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，目前實際項目中往往選擇將污泥干化至含水率35%～50%的狀態(tài)入爐[1-5]。此時，污泥不處于黏滯區(qū)，利于機(jī)械上料，且其低位熱值為1 800～2 400 kJ/kg，與焚燒廠MCR 工況設(shè)計熱值相當(dāng)或者略高于MCR 工況設(shè)計熱值。

目前中國大多數(shù)專家學(xué)者認(rèn)為當(dāng)污泥在35%～50%的含水率狀態(tài)下入爐時，污泥摻燒比例為小于等于10%，對生活垃圾焚燒處理廠的影響較小[1-7]。相關(guān)專家學(xué)者的詳細(xì)研究成果如表1 所示。

表1 污泥摻燒比例的影響研究

此外，現(xiàn)在實際工程設(shè)計的污泥摻燒比例也大多在5%～10%的范圍，入爐污泥含水率的范圍也多為35%～50%，例如，順德區(qū)順控環(huán)投熱電項目設(shè)計協(xié)同處置污泥700 t/d（以含水率80%計），其入爐污泥含水率的設(shè)計值為40%，摻燒比例的設(shè)計值為7.8%[1]；青島市小澗西二期生活垃圾焚燒與污泥協(xié)同處置工程設(shè)計協(xié)同處置污泥500 t/d（以含水率75%計），其入爐污泥含水率的設(shè)計值為40%，摻燒比例的設(shè)計值為9.2%[1]。在發(fā)達(dá)國家，污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒處置也是其處理市政污泥的重要方法之一，例如，日本70%以上的市政污泥所采用的處置方式是以10%左右的比例與生活垃圾摻燒[7]。

協(xié)同處置污泥的另一個技術(shù)難點(diǎn)在于污泥上料方式的選擇。由于污泥在熱值、含水率等理化性質(zhì)上與生活垃圾有所不同，因此，為降低對焚燒爐系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)以及余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響，應(yīng)選擇更有利于污泥與生活垃圾均勻入爐的上料方式，盡量降低入爐垃圾的熱值的波動性。目前，主要的污泥上料方式有2 種：一是通過小車、管道等途徑將污泥均勻拋灑在生活垃圾池中，與生活垃圾混合后進(jìn)入焚燒爐；二是污泥單獨(dú)上料，具體實現(xiàn)形式包括通過斗提機(jī)、皮帶輸送機(jī)等機(jī)械輸送方式直接將污泥輸送至焚燒爐給料斗，或者在垃圾池內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的干污泥儲倉，再配置一個小型污泥抓斗，將污泥抓至焚燒爐給料斗等。2 種上料方式各有利弊。第一種方式，污泥可以直接進(jìn)入垃圾池，因此與生活垃圾混合的均勻性高，更利于入爐物料熱值的穩(wěn)定；但若采用小車輸送，機(jī)械化程度低，上料過程中的臭味不易控制，工人工作環(huán)境惡劣；管道輸送則只適用于含水率高的污泥，但直接摻燒含水率高的污泥的經(jīng)濟(jì)性差。第二種污泥單獨(dú)上料的方式，其與生活垃圾的混合度低，入爐物料的均勻化程度低，容易對焚燒爐產(chǎn)生沖擊；但這種方式的機(jī)械化程度高，較容易實現(xiàn)對上料過程中的臭味控制。具體上料方式可以根據(jù)項目空間情況等實際限制因素進(jìn)行選擇。

摻燒市政污泥在經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢，主體焚燒設(shè)備、煙氣處理設(shè)備以及余熱利用設(shè)備均與焚燒廠共建，節(jié)約設(shè)備投資與土地費(fèi)用。運(yùn)行方面，利于產(chǎn)生規(guī)模效益，降低運(yùn)行成本。同時，由于大多數(shù)市政污泥在污水廠內(nèi)脫水時，往往需添加調(diào)理劑，改善污泥的脫水性能，進(jìn)一步降低脫水后污泥的含水率。調(diào)理劑常采用10%左右的熟石灰。因此，當(dāng)調(diào)理后干化污泥被投入焚燒爐后，污泥中的熟石灰會與酸性污染物反應(yīng)，從而降低了余熱鍋爐出口煙氣中酸性污染物的濃度，有利于節(jié)約煙氣處理的運(yùn)行成本。高云濤[3]的研究表明，當(dāng)調(diào)理后污泥摻燒量為10%時（污泥含水率干化至50%以下），余熱鍋爐出煙氣中的HCl 以及SO2的體積分?jǐn)?shù)分別下降了6.9%和5.4%。

3 結(jié)束語

本文闡述了生活垃圾焚燒處理廠協(xié)同處置市政污泥的意義與必要性，總結(jié)了它與政策的相符性，歸納了技術(shù)上的可行性與重難點(diǎn)，分析了在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢，并提供了相關(guān)的實際工程案例。生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置此類廢棄物不僅可以解決生活垃圾焚燒行業(yè)面臨的局部地區(qū)入廠生活垃圾不足、處理能力過剩的問題；還可以有效解決區(qū)域內(nèi)污泥的處理處置減量化與資源化問題，有利于無廢城市的建設(shè)；與此同時，還可有效提高生活垃圾焚燒廠的經(jīng)濟(jì)效益，有利于生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的長期、可持續(xù)發(fā)展。因此，生活垃圾發(fā)電廠協(xié)同處置污泥等其他有機(jī)固體廢棄物是生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的重要發(fā)展趨勢之一。