污泥焚燒灰渣資源化利用工程實例分析

摘要：污泥焚燒技術發展迅速，能徹底消滅病菌，無害化效果好，減量化明顯。灰渣的資源化利用研究不僅能解決土地填埋、環境污染等問題，還能創造多元生態價值。污泥焚燒灰渣的再利用途徑研究較多，但未實現產業化應用。本文結合污泥焚燒技術應用現狀，研究污泥焚燒灰渣處置，然后以上海市某污水處理廠為例，分析污泥焚燒灰渣建材利用的基本原則和綜合效益，為污泥焚燒灰渣資源化利用提供參考。

關鍵詞：污泥焚燒灰渣；污泥處理；資源化利用；工程實例

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.021

Engineering Case Analysis on resource utilization of sludge

incineration ash

SHEN Yiwen

（Shanghai Chengtou Wastewater Treatment Co.， Ltd.， Shanghai 200942， China）

Abstract： The sludge incineration technology is developing rapidly， which can completely eliminate bacteria， with good harmless effects and significant reduction. The research on the resource utilization of ash not only solves problems such as land landfill and environmental pollution， but also creates diverse ecological values. There are many studies on the reuse methods of sludge incineration ash， but they have not been industrialized. Based on the application status of sludge incineration technology， this paper studies the disposal of sludge incineration ash， and then takes a sewage treatment plant in Shanghai City as an example to analyze the basic principles and comprehensive benefits of utilizing sludge incineration ash as building materials， providing reference for the resource utilization of sludge incineration ash.

Keywords： sludge incineration ash; sludge treatment; resource utilization; engineering case

污泥的合理處置及資源化利用已成為關注的熱點。《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》明確提出，2025年城市污泥無害化處置率超過90%，到2035年全面實現污泥無害化處置。2022年9月，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建設部、生態環境部聯合印發《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》，明確提出污泥無害化處理和資源化利用的基本原則、目標和具體措施。污泥資源化利用不僅能化解環境風險，而且在能源再利用、碳減排等方面貢獻較大。污泥焚燒技術成熟，發展迅速，能徹底消滅病菌，無害化效果好，減量化明顯，污泥焚燒產物的再利用途徑研究較多，但未實現產業化應用。2019—2021年我國新建污泥處置項目中，采用污泥焚燒工藝的占比高達70%左右[1]。市場應用日益廣泛，特別是長江三角洲，例如，上海市已經確立以干化焚燒為主的污泥處理處置路線。總之，污泥焚燒在減量化、無害化及穩定化方面都具有一定的優勢，而污泥焚燒灰渣資源化利用是制約該技術發展的瓶頸。本文結合污泥焚燒技術應用現狀，研究污泥焚燒灰渣處置，然后以上海市某污水處理廠為例，分析污泥焚燒灰渣的建材利用，從而更好地推進污泥焚燒灰渣的資源化利用。

1 污泥焚燒技術應用現狀

污泥是污水處理的副產物，隨著產生量日益增加，污泥的合理處置及資源化利用受到廣泛關注。污泥經過脫水、消化或熱干化等處理后，需要進行安全處置，我國大部分采用土地利用、焚燒和衛生填埋進行處置，污泥填埋率達65%，遠高于發達國家[2]。污泥焚燒技術減量化徹底，無害化效果明顯，減少填埋空間及污染，經過多年發展，該技術在國內外的應用工程較多。該技術在日本已經相當普及，污泥焚燒處理量占污泥處理總量的60%[3]。我國污泥焚燒起步較晚，但發展迅速。作為國內首套干化焚燒工程，上海市石洞口污泥干化焚燒工程2004年投運。目前，長江三角洲、珠江三角洲陸續開展若干焚燒項目，建設、設計與運營經驗及優化案例成果較多，制定污泥焚燒行業技術規程，對該技術逐步標準化具有重要作用。國內污泥焚燒主要聚焦于焚燒爐工藝優化、排放尾氣特性及工藝優化、建立能量平衡模型、分析節能降耗等方向，但圍繞污泥焚燒灰渣處置及資源化的應用研究較少，面對控制污染的需求，污泥焚燒產物的資源化利用值得關注。

2 污泥焚燒灰渣處置

2.1 處置現狀

污泥焚燒灰渣是指污泥經過高溫燃燒后的無機物殘渣，根據處理工藝，焚燒爐內爐渣及煙氣除塵器去除的飛灰需要進一步處置。污泥焚燒灰渣粒徑小，質輕，主要成分為硅酸鹽、磷酸鹽、金屬顆粒及氧化物[4]。一般布袋飛灰常作為危險廢物進行處置，而處置方式為螯合穩定化處理后進行填埋，而其他灰渣作為一般固體廢物直接填埋，或者外運綜合利用，如制磚[5-6]。污泥焚燒灰渣的重金屬含量隨焚燒設備及處理工藝變化，根據《國家危險廢物名錄（2021年版）》，有的焚燒項目對飛灰和爐渣鑒定后，若不屬于危險廢物，則可按一般固體廢物進行處置。例如，溫州市污泥集中干化焚燒廠產生的灰渣全部送往制磚廠制磚[7]。日本已實現污泥焚燒灰渣的大規模建材利用[3]，而我國仍以填埋為主要處置方式。在土地資源緊張、環境風險較大的背景下，很多城市填埋容量日益減小，零填埋的資源化利用成為污泥焚燒技術的研究重點。目前，我國部分項目已對污泥進行焚燒處理，污泥焚燒灰渣處置方式比較如表1所示。

2.2 資源化研究

污泥焚燒技術是一種污泥資源化處置方式，而灰渣出路是其制約因素。灰渣含有較多無機礦物，與黏土組成相似，可以作為建筑材料和路基材料，可提取污泥焚燒灰渣中的磷元素制備磷肥，或將其作為土壤改良劑。日本利用污水處理廠產生的污泥焚燒灰渣制備透水磚，已實現市場化應用，在政府投資及銷售補償下可盈利[8]。近年來，我國污泥焚燒灰渣再利用研究較多，但工業化應用案例較少，資源化產品涵蓋復合粉煤灰、黏土替代、鳥糞石替代等[9-10]。污泥焚燒灰渣資源化產品及經濟性評價如表2所示。上海市污泥處置以集中處理為主要發展方向，污泥焚燒后可進行建材利用。污泥焚燒灰渣資源化利用可減少填埋用地，降低灰渣處置費，形成綠色處置模式。

3 污泥焚燒灰渣資源化利用案例分析

上海市某污水處理廠污泥干化焚燒工程處理規模為200 t/d，共有6條生產線，除處理本廠污水處理線產生的污泥外，還接納外廠污泥進行處置，可根據污泥量調整生產線。污泥焚燒項目處理工藝如圖1所示。污泥焚燒灰渣包括爐渣、一次飛灰（靜電或旋風除塵）和二次飛灰（布袋除塵），總量約為污泥干基的45%左右，污泥焚燒灰渣與復合粉煤灰加工成新型建材，用作混凝土輔料，全部灰渣進行資源化處置。污泥焚燒灰渣含有多種無機礦物，與黏土組成相似。本項目系統分析污泥焚燒灰渣的特性，探討制備新型建材的可行性，最終實現資源化利用。

3.1 基本原則

3.1.1 安全性

污泥焚燒灰渣組成復雜，限制其資源化利用的難點在于潛在污染特性。因此，對污泥焚燒灰渣進行鑒定，明確固廢屬性，對資源化產品進行檢測，判斷環境風險，是保障灰渣資源化利用的前提。依據《危險廢物鑒別技術規范》（HJ 298—2019）和《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007），經鑒定，污泥焚燒灰渣為一般固體廢物，可開展資源化利用研究，對其進行安全處置。污泥焚燒灰渣的重金屬浸出濃度如表3所示。

3.1.2 實用性

污泥焚燒灰渣包括爐渣、一次飛灰和二次飛灰，經測試，其細度及需水量不符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）的要求，因此添加改性劑進行改性處理，使其達到標準要求。將污泥焚燒灰渣與粉煤灰混合磨細，制得復合粉煤灰，進行改性對照試驗，測試產品理化性能，結果顯示，混合后的未改性復合粉煤灰在性能上已經具有一定的優勢，改性后更是優于未改性粉煤灰，可作為水泥生料、混凝土摻合料，應用于水泥廠、粉磨站及攪拌站。其在水泥生料和混凝土中的應用符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596—2017）的標準。

3.1.3 經濟性

無論是建材利用還是資源回收，污泥焚燒灰渣的資源化利用均能減少灰渣處置費用。本項目爐渣和一次飛灰屬于一般固體廢物，原來采用填埋處置，單價約為570元/t，二次飛灰按危險廢物處置，單價約為2 200元/t。所有灰渣資源化利用后，綜合處置單價約為470元/t。污泥焚燒灰渣資源化處置前后的成本對比如圖2所示。2020年1月至2021年2月，本項目綜合處置單價明顯降低，累計處置費用降低約600萬元。資源化利用是污泥焚燒灰渣處置的必由之路，其投入成本低，產品附加值高，經濟效益顯著。

3.2 社會效益與環境效益

本項目原采用填埋處置污泥，不僅占用土地資源，還存在環境風險，加大填埋場封場難度。污泥焚燒灰渣的建材利用能實現零填埋，制成可滿足市場需求的建材產品。隨著工藝的革新，本項目首先對污泥進行干化焚燒，然后對灰渣進行資源化利用，取得資源化產品。本項目實現污泥無害化、減量化、穩定化、資源化的處置，將污泥焚燒灰渣資源化利用，減少填埋用地，節省土地資源，降低環境風險，取得顯著的社會效益與環境效益，在國內起到示范作用。

4 結語

污泥焚燒灰渣處置是污泥焚燒技術的制約因素，而灰渣資源化利用不僅能解決土地填埋、環境污染等問題，還能創造多元生態價值。污泥焚燒灰渣可以制成復合粉煤灰，作為水泥和混凝土的輔料。污泥焚燒灰渣資源化利用項目需要考慮安全性、經濟性和實用性，兼顧社會效益與環境效益，探索產業化路線，最終實現污泥無害化、減量化、穩定化和資源化的處置。污泥焚燒工程的設備選型不一，處理工藝不同，焚燒產物的成分會存在差異，因此污泥焚燒工程要分析焚燒產物資源化利用的可行性與綜合效益。相比常規處置，灰渣資源化利用費用較低，但產品生產成本偏高，市場需求較少，盈利難度較大。同時，污泥焚燒灰渣建材利用非常依賴建筑行業，市場需求波動很大。未來，政府應出臺政策，加強引導，促進灰渣建材利用的標準化，推廣和使用資源化產品。

參考文獻

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