北京市某生活垃圾焚燒廠應急處置涉疫生活垃圾案例分析

陸廣博，羅院生，艾 揚，李 松

（1.北京環境衛生工程集團有限公司，北京 100101；2.北京南宮生物質能源有限公司，北京 100162）

1 工程背景概述

新冠肺炎疫情暴發以來，醫療廢物產生量呈現井噴式增長［1］，而且新冠患者或者疑似新冠患者產生的涉疫生活垃圾也按照醫療廢物進行處置［2］，導致醫療廢物處理能力嚴重不足。為及時高效處置新冠肺炎疫情醫療廢物，生態環境部印發了《新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫療廢物應急處置管理與技術指南（試行）》，明確了生活垃圾焚燒設施作為新冠肺炎疫情醫療廢物處置設施的可行性。上海市是較早開展醫療廢物應急處置實踐的城市，2014 年上海市第1 次利用生活垃圾焚燒設施協同處置醫療廢物。新冠肺炎疫情暴發后，廣東省汕尾市、珠海市及山東省東營市等部分城市陸續啟用生活垃圾焚燒設施協同處置醫療廢物，如上海老港再生能源利用中心通過設備改造［3］，醫療廢物應急處置總量可達150 t/d，此外美國、挪威、日本等國家明確了醫療廢物可由生活垃圾焚燒設施應急處置，均有實際應用的成功案例［4］。經北京市人民政府同意，北京市某生活垃圾焚燒廠按照《新型冠狀病毒感染的肺炎疫情醫療廢物應急處置管理與技術指南（試行）》要求，依托現有焚燒設施，分兩期進行應急處置改造，其中一期通過局部改造具備協同處置涉疫生活垃圾的能力。二期為新建一套涉疫生活垃圾應急處置設施，并對一期接收環節進行完善。兩期改造后，該焚燒廠具備超過200 t/d 的涉疫生活垃圾應急處置能力，緩解了重大疫情期間醫療廢物的應急處置壓力。本研究以該應急處置改造項目二期為例，介紹其工藝設計、測試方法、運行效果和效益情況，可為同類型生活垃圾焚燒廠應急處置涉疫生活垃圾的工程改造提供參考。

2 工藝流程與設計參數

2.1 工藝流程

涉疫生活垃圾由專用的運輸車輛運輸，為避免與普通生活垃圾運輸車輛出現時空交叉，該廠調整了涉疫生活垃圾和普通生活垃圾的接收時間，實現錯峰接收。工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程示意Figure 1 Schematic of the process flow

涉疫生活垃圾運輸車輛進廠后，通過地磅系統自動完成車輛識別、稱質量、信息上傳等工作，全程無人員接觸。當涉疫生活垃圾日接收量小于50 t 時，車輛通過自動消毒通道后進入二期自動上料區進行卸載，將包裝好的涉疫生活垃圾放置在尺寸為0.73 m×0.53 m×0.58 m 的周轉箱內，周轉箱通過Z 型連續式垂直輸送機提升至往復式投料平臺，然后通過滾式輸送裝置傳輸至2#焚燒爐投料口進行投料，投料后周轉箱再返回至地面，清洗消毒后備用。當涉疫生活垃圾日接收量大于50 t時，超出部分車輛進入一期涉疫生活垃圾應急處置卸料平臺，涉疫生活垃圾由皮帶輸送機輸送到垃圾倉內，由垃圾抓斗投放至2#焚燒爐。

涉疫生活垃圾采用摻燒的方式進行焚燒，爐渣外運至有相應資質的單位進行處置。煙氣污染物采用“半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器+選擇性催化還原法”工藝處置，飛灰外運至有相應資質的單位進行處置。應急處置過程中產生的廢水收集至滲濾液調節池，通過“上流式厭氧污泥床反應器+膜生物反應器+二級反滲透”工藝進行集中處置，處理后的廢水不外排，進行回收利用。

2.2 工藝參數

2.2.1 稱量計量系統

地磅現有兩臺汽車衡（圖2），臺面尺寸20.0 m×3.4 m，最大稱量能力Qmax=60 t。通過新建一套車輛識別控制系統，并將涉疫生活垃圾運輸車輛信息提前錄入控制系統中，在汽車衡前后加裝兩組車輛識別系統攝像頭，車輛信息被實時傳輸至控制系統中，自動完成車牌識別、單據打印、抬杠放行和信息上傳工作。

圖2 地磅稱量計量系統（2022 年3 月項目現場）Figure 2 Weight monitoring system of weighbridge（March 2022，Project site）

2.2.2 物流通道消毒系統

在廠區物流通道進出廠處，新建兩套紅外識別霧化消毒裝置（圖3），每套消毒通道的尺寸為8.0 m×4.5 m×5.0 m。通道左右兩側各布置3 組消毒裝置，每組裝置安裝10 個長方形霧化噴頭（1.0 mm×0.5 mm），流量為15 mL/s。當涉疫生活垃圾運輸車輛以5 km/h 的速度進入消毒通道時，紅外線感應裝置會自動感應，啟動霧化噴槍，從前、后、左、右4 個方向對車輛進行全面消毒。

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圖3 物流消毒通道（2022 年7 月項目現場）Figure 3 Logistics disinfection channel（July 2022，Project site）

2.2.3 自動上料系統

自動上料系統（圖4）包括直線輸送單元、提升單元、投料單元和周轉箱清洗單元等組件。直線輸送單元距地面0.8 m，采用雙鏈輪滾筒輸送周轉箱，滾筒材質為304 不銹鋼，直徑0.5 m，寬度0.7 m。提升單元采用Z 型連續式垂直輸送機，功率1.5 kW，提升高度20.8 m，具備剎車和變頻調速功能，碳鋼機架四周采用藍色透明有機玻璃密封。投料單元位于20.8 m 高的垃圾倉平臺上，由往復式垂直輸送機和投料機組成，采用雙層滾道設計，輸送和投料速度為1 min/桶。周轉箱清洗單元由消毒、箱內沖洗和箱外清洗3 個工位組成，清洗機長7.5 m，采用標準球型噴嘴，水泵為離心耐腐泵。

圖4 自動上料區域（2022 年7 月項目現場）Figure 4 Automatic feeding area（July 2022，Project site）

2.2.4 焚燒系統

涉疫生活垃圾被投入該廠現有的2#焚燒爐內進行焚燒，2#焚燒爐主要技術參數如表1 所示。

表1 焚燒爐主要技術參數Table 1 Major technical parameters of incinerator

2.2.5 煙氣處理系統

焚燒煙氣處理系統設計處理能力為109 000 m3/h。半干法脫酸工藝使用的輔料為15% 濃度的石灰漿，脫硝工藝使用的輔料為20%濃度的氨水，活性炭碘的吸附值≥800 mg/g、比表面積≥900 m2/g。凈化后的煙氣經過污染源在線監測系統后，從高80 m 的煙囪排放至大氣，煙氣污染物排放指標執行GB 18485—2014 生活垃圾焚燒污染物控制標準以及環評批復中要求的2000/76/EU 歐盟垃圾焚燒污染物排放標準。

2.2.6 廢水處理系統

采用現有的滲濾液處理系統處理廢水，設計處理能力為100 m3/d。調節池（容積768 m3）中的滲濾液在停留72 h 后，進入上流式厭氧污泥床反應器，厭氧去除有機物，固液分離后，液體進入膜生物反應器再進行好氧處理，最后出水經過反滲透后，分離出上清液和濃縮液，其中濃縮液回噴至焚燒爐處理，上清液排入容積為300 m3的回用水池，回用水執行GB/T 18920—2020 城市污水再生利用城市雜用水水質中的車輛沖洗水標準限值。

3 測試指標與分析方法

1） 爐膛溫度指標：利用現有的集散控制（DCS）系統監控爐膛內焚燒產生的煙氣溫度、兩臺焚燒爐的生活垃圾入爐焚燒量和2#焚燒爐涉疫生活垃圾入爐焚燒量，爐膛溫度采用接觸式熱電偶測量，并實時上傳至生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據公開平臺，以5 min 爐膛溫度均值為分析指標。

2）煙氣指標：焚燒過程中產生的煙氣污染物主要有NOx、CO、SO2、HCl、顆粒物以及二英，其中NOx、CO、SO2、HCl、顆粒物濃度的小時均值可由2#焚燒爐污染源在線監測系統直接讀取，分別采用傅里葉紅外吸收法在線測定NOx、CO、SO2、HCl 濃度，抽取式激光前散射透射法在線測定顆粒物濃度。二英濃度采用手工監測，測定方法為同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質譜法。

3）輔料消耗指標：在煙氣污染物處理過程中，由DCS 控制系統實時記錄投加的環保輔料氨水、石灰、活性炭消耗量。

4）廢水指標：該項目產生的廢水由現有的滲濾液處理系統集中處理，滲濾液處理設施出水口水質指標pH、COD 和氨氮濃度采用手工監測，測定方法分別為玻璃電極法、重鉻酸鹽法和納氏試劑比色法。

5）固體廢物指標：垃圾焚燒后產生的固體廢物主要為爐渣和飛灰，其中爐渣為一般固體廢物，檢測指標為熱灼減率，按照HJ/T 20—1998 工業固體廢物采樣制樣技術規范的要求，每日檢測1 次，合格后外運至有資質的固體廢物處置單位進行處置。飛灰為危險廢物，外運至有資質的危險廢物處置單位進行處置。

6）感染病例指標：在應急處置涉疫生活垃圾過程中，每日對在廠的所有員工（包括外委隊伍）進行核酸檢測。

4 運行效果分析

4.1 設備運行情況

新冠肺炎疫情防控期間，該工程應急處置了大量的涉疫生活垃圾，有效緩解了北京市醫療廢物集中處置的壓力。由于該工程為應急改造項目，從設計、安裝到運行周期短，在涉疫生活垃圾自動上料系統運行初期，周轉箱由提升單元輸送至投料單元處容易出現卡箱現象，這是因為Z 型連續式垂直輸送機與往復式垂直輸送機之間銜接不穩定導致的。對于其他新建的自動上料系統項目，在設計時要充分考慮各個設備部件的兼容性，安裝時要重點優化轉向、銜接等薄弱環節。

4.2 焚燒爐膛溫度情況

進入該廠的涉疫生活垃圾的包裝方式為“兩袋一箱”，主要成分為塑料袋、硬質紙箱（60 cm×50 cm×40 cm），熱值相對較高，可達9 500 kJ/kg，比普通生活垃圾高27%。該廠摻燒涉疫生活垃圾的比例為10%～25%。2022 年4—6 月2#焚燒爐入爐垃圾共計45 400 t，其中普通生活垃圾入爐量為39 000 t，涉疫生活垃圾入爐量為6 400 t，實際摻燒比例為14%。在實際摻燒過程中可能會產生垃圾堵料現象，而且涉疫生活垃圾密度小、熱值高，當投入涉疫生活垃圾時，爐膛溫度最高可達1 250 ℃，極易造成投料口回火。為避免架橋現象引發火災，可以縮小包裝尺寸、降低涉疫生活垃圾摻燒比例，同時應在設計階段采取防火等技術措施。

長期焚燒高熱值的涉疫生活垃圾，可能會加劇爐膛結焦，不利于焚燒爐穩定運行，通過采取增加爐膛二次風量，降低推料器行程、爐排運行速度和一次風溫度等措施可減輕爐膛熱負荷［5］。未來在應急處置前需做好焚燒準備工作，不斷優化運行參數，避免系統超負荷運行，以實現垃圾穩定燃燒和污染物達標排放。

4.3 環保達標情況

在涉疫生活垃圾應急處置過程中，對2022 年4—6 月煙氣污染物排放濃度進行監測發現，煙氣中NOx、CO、SO2、HCl、顆粒物和二 惡英的排放濃度均符合標準要求（表2），能夠實現達標排放。煙氣處理過程中環保輔料氨水、石灰、活性炭噸垃圾消耗量分別為0.73、7.69、0.71 kg，其中石灰和活性炭的消耗量比單一焚燒生活垃圾時分別增加了28% 和32%，氨水的消耗量基本持平，這是因為涉疫生活垃圾中包含大量塑料，在應急處置時煙氣中的酸性氣體含量會增加［6］，為保證酸性氣體和二英的去除效率，可適當提高石灰和活性炭的投加量。

表2 煙氣污染物排放濃度Table 2 Emission concentration of flue gas pollutants

4.4 滲濾液處理情況

滲濾液出水pH 和氨氮均符合標準限值要求（表3），該廠現有的滲濾液處理工藝能夠滿足廢水處理要求。

表3 滲濾液出水水質Table 3 Leachate effluent quality

4.5 固體廢物指標情況

2022 年6 月，摻燒涉疫生活垃圾爐渣的熱灼減率范圍為1.08%～1.30%，低于環評批復標準（≤3%）和GB 18485—2014 限值（≤5%）。噸垃圾爐渣和飛灰產生量分別為0.180 t 和0.019 t，其中爐渣產生量比單一焚燒生活垃圾時降低了20%，飛灰產生量增加了11%。這可能是因為涉疫生活垃圾熱值較高，容易燃盡導致爐渣產生量降低，而在煙氣處理過程中，石灰和活性炭的用量增加，會相應提高飛灰的產生量。

4.6 感染情況

涉疫生活垃圾應急處置期間，對相關作業人員進行專門的崗前防疫安全培訓和安全生產培訓，培訓合格方可參與應急處置。所有作業人員均采取閉環管理，居住在廠區單獨的管控區域內，按照二級防護標準備足防護用品，其他人員非必要不進入管控區域。作業人員每日進行體溫測量和抗原檢測，并組織對廠區內所有人員包括外委隊伍，進行每日核酸檢測，應急處置期間未發生人員感染，未發生生產安全事故。

5 結論

該工程是在現有的生活垃圾焚燒系統基礎上進行升級改造，除物流通道消毒系統和自動上料系統為新建單位工程，其他均為改造工程，具備建設周期短、投資金額少和項目見效快等特點。通過兩期改造和實踐，形成了一套科學合理、應急高效的生活垃圾焚燒廠協同處置涉疫生活垃圾的模式，應急處置能力超過200 t/d，提升了北京市醫療廢物應急處置能力。

1）應急處置涉疫生活垃圾有利于實現100%減量化、無害化處置，能夠為北京市環境衛生質量的不斷改善提供助力，具有良好的社會效益和環境效益。與此同時，涉疫生活垃圾經焚燒處置后轉化為電能，接入電網后還能獲得電費收入，不僅實現了涉疫生活垃圾資源化利用，還能有效提高焚燒廠的經濟效益。

2）生活垃圾焚燒爐摻燒高熱值的涉疫生活垃圾會增加爐膛的熱負荷，一方面有利于垃圾燃盡，噸垃圾爐渣產生量降低了20%；但另一方面爐膛會面臨結焦過快的問題，通過及時調整運行參數可以降低對焚燒爐的沖擊，確保涉疫生活垃圾穩定燃燒和焚燒爐安全運行。

3）該生活垃圾焚燒廠現有的煙氣處理系統和滲濾液處理系統能夠滿足污染物處理的要求，其中在煙氣污染物處理過程中，石灰和活性炭噸垃圾消耗量分別增加了28% 和32%，確保了酸性氣體和二英能夠達標排放，同時噸垃圾飛灰產生量隨著環保物料用量的增加而增加11%。

4）應急處置涉疫生活垃圾期間，通過對作業人員進行崗前培訓，作業期間嚴格落實個人防護措施，正確合理使用防護用品，同時加強人員健康監測，實現了人員零感染。