城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀綜述
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】摘要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步與污水處理技術(shù)的發(fā)展,，城鎮(zhèn)污水處理總量逐年增加，隨之帶來污水廠副產(chǎn)物污泥的大量產(chǎn)生,。剩余污泥產(chǎn)量大,、含水率高且還有可能存在致病菌、重金屬等有毒有害物質(zhì)超標(biāo)的問題,，如何有效對(duì)污泥進(jìn)行處理處置并資源化,，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。文中綜合了國內(nèi)外公開發(fā)表的相關(guān)研究成果,，概述了當(dāng)前污泥脫水,、調(diào)質(zhì)、穩(wěn)定化,、熱干化等處理方法,，總結(jié)了幾種常見污泥處置技術(shù)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；重點(diǎn)闡述了污泥焚燒處置的發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)勢,，分析了污泥燃燒設(shè)備中流化床,、多膛式焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)缺點(diǎn)，為未來污泥處理處置及資源化的研究提供參考,。
隨著城市化建設(shè)進(jìn)度的加快和經(jīng)濟(jì)生活水平的提升,，我國城鎮(zhèn)污水排放量也逐年增長。據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]，2020年,，我國城市污水年處理總量達(dá)5.6×106萬t,。污泥是以污水生物法處理為主的污水處理主要副產(chǎn)物，研究[2]表明,，污水廠每處理1萬t污水產(chǎn)生5～10t含水率為80%的污泥,。美國產(chǎn)生廢水約為1.29×109m3/d，每年產(chǎn)生650萬t污泥固體[3],。截至2019年底,，我國城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量達(dá)到近6000萬t(含水率約為80%)。污泥具有產(chǎn)量大,、含水率高,、易腐敗、惡臭等特點(diǎn),，富集了污水中50%以上污染物,，包括各種重金屬、微量的高毒性有機(jī)物,、大量致病微生物等,，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅，如不妥善處理,，將造成水環(huán)境,、土壤的破壞，甚至威脅人類飲用水和食品安全[4],。污水處理過程“重水輕泥”,，在發(fā)展污水處理能力的同時(shí)，沒有同步提升污泥處理能力,，導(dǎo)致污泥處理能力的提升遠(yuǎn)低于污泥產(chǎn)生量的增加,，逐漸成為我國城鎮(zhèn)污染控制領(lǐng)域的主要環(huán)境問題[3]。為此,，國家出臺(tái)一系列政策以規(guī)劃和指導(dǎo)污泥處理處置,，2015年我國發(fā)布的“水十條”要求，完成污泥處理處置實(shí)施的改造,，實(shí)現(xiàn)2020年地級(jí)市無害化處理率達(dá)到90%以上,；到2020年7月，我國發(fā)布《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》,，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)改善“重水輕泥”現(xiàn)狀，推進(jìn)污泥無害化處置和資源化利用——鼓勵(lì)采用“生物質(zhì)利用+焚燒”處置模式等5項(xiàng)內(nèi)容,。“十四五”規(guī)劃提出：破解污泥處置難點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)無害化推進(jìn)資源化。新增污泥無害化處理設(shè)施規(guī)模不少于2萬t/d，2022年,，國家發(fā)展和改革委員會(huì),、生態(tài)環(huán)境部等在《關(guān)于加快推進(jìn)城鎮(zhèn)環(huán)境基礎(chǔ)建設(shè)的指導(dǎo)意見》中提出，城市污泥無害化處置在2025年達(dá)到90%,。然而,，由于我國城鎮(zhèn)污水處理廠中污泥處理處置技術(shù)發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，且污泥處理處置投資管理方面存在地域差異和針對(duì)性不強(qiáng)的特點(diǎn),，尚未形成規(guī)?；⑿Ч己玫募夹g(shù)路線,、設(shè)備和完善的監(jiān)管體系?，F(xiàn)階段污泥的合理處理處置已成為制約污水處理廠良性健康發(fā)展的重要瓶頸，解決污泥處理處置問題迫在眉睫,。
因此,，本文結(jié)合國家高質(zhì)量綠色發(fā)展重大需求，總結(jié)當(dāng)前污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀,、發(fā)展趨勢,，重點(diǎn)闡述基于焚燒的污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析主要焚燒爐型的優(yōu)缺點(diǎn),，為污泥焚燒處置技術(shù)的發(fā)展提供參考,。
1污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀
基于污泥成分的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化,、無害化和資源化是污泥處理處置的最終目標(biāo),。我國城市污水廠污泥有機(jī)質(zhì)與無機(jī)質(zhì)比值低于國外污泥，且污水處理工藝不同造成污泥結(jié)構(gòu),、組分呈現(xiàn)較大差異性,，適合我國國情的污泥處置處理技術(shù)比較少。根據(jù)污泥的性質(zhì)及目標(biāo),，污泥的處理處置可分為：1)污泥處理過程,，目的是降低含水率，去除污泥中的重金屬,、病原微生物等有害物質(zhì),，實(shí)現(xiàn)污泥的減容減量、穩(wěn)定化和無害化,，包括污泥濃縮,、脫水、穩(wěn)定和干化等技術(shù),；2)污泥處置過程,，是將經(jīng)過處理后的污泥通過填埋、土地利用、焚燒等方式實(shí)現(xiàn)污泥再利用和資源化的過程,。
1.1污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀
城市污水廠污泥的主要來源為污水處理廠初次沉淀池(含水率為97%以上)和經(jīng)過生物處理單元后二沉池的污泥(含水率為99%以上),，含水率高、體積大,，對(duì)后續(xù)處理及運(yùn)輸造成了巨大影響,。因此，常規(guī)污泥處理技術(shù)主要包括脫水處理,、穩(wěn)定化處理以及其他處理[4],。
1.1.1污泥脫水處理技術(shù)
將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分,，污泥含水率可降低至50%～80%,，污泥脫水是污泥減容減量的重要方法[4]。當(dāng)前污泥脫水主要處理方式包括：自然干化法,、濃縮法,、機(jī)械脫水法和造粒法等。自然干化法主要是脫除自由水,；污泥濃縮用于脫除污泥的間隙水,；機(jī)械脫水法通常是先投加無機(jī)鹽或高分子混凝劑對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，改善脫水性能后再通過板框壓濾機(jī),、離心脫水機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)行脫水,；造粒法適用于混凝沉淀的污泥。自然干化法,、機(jī)械脫水法的脫水污泥含水率為65%～80%,，污泥濃縮、造粒法脫水污泥含水率在95%～98%,、70%,。機(jī)械脫水是當(dāng)前污水處理廠常用的處理方法。然而,，由于污泥成分復(fù)雜,，其內(nèi)含大量菌膠團(tuán)、微生物及結(jié)合水,，如不經(jīng)過任何處理,，難以直接通過機(jī)械方式脫水。為了獲取更高的污泥脫水處理效果,，通常對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理[5],。污泥調(diào)質(zhì)主要是通過化學(xué)、物理或生物的方式預(yù)處理污泥,，改善污泥的脫水性能,，以提高污水脫水效果,。物理調(diào)質(zhì)是通過應(yīng)力或施加能量等方式改變污泥脫水特性[6]，包括熱處理,、凍融、超聲,、微波,、水力調(diào)質(zhì)等[6-8]?；瘜W(xué)調(diào)質(zhì)是當(dāng)前主流調(diào)質(zhì)方式[9],，常用無機(jī)或有機(jī)化學(xué)絮凝劑，工業(yè)應(yīng)用上的化學(xué)法污泥調(diào)質(zhì)采用的藥劑有無機(jī)藥劑和有機(jī)藥劑,，其中,，無機(jī)調(diào)質(zhì)藥劑主要有氫氧化鈣、聚合硫酸鐵,、三氯化鐵等,；有機(jī)藥劑主要是高分子聚丙烯酰胺，投加量為0.1%～0.5%,。當(dāng)前也有研究將高級(jí)氧化技術(shù)用于污泥調(diào)理,，如過氧化氫、鐵基硫酸鹽等,，目前這些研究尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[8],。生物調(diào)質(zhì)是指采用微生物、細(xì)胞提取物等改善污泥脫水性能[10],，如生物溶菌酶技術(shù)等,，但調(diào)質(zhì)穩(wěn)定性及機(jī)制有待進(jìn)一步研究。當(dāng)前污泥機(jī)械脫水技術(shù)主要存在藥耗大,、設(shè)備易損,、結(jié)合水和間隙水去除困難、需要對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理等問題,，開發(fā)低藥耗,、高處理效率的污水調(diào)質(zhì)技術(shù)以及研發(fā)低能耗污泥脫水干化設(shè)備是未來發(fā)展方向。
1.1.2污泥穩(wěn)定化處理
污泥穩(wěn)定化處理的實(shí)質(zhì)是通過可控的物理,、生物或化學(xué)手段,，改變污泥易發(fā)生無序生化反應(yīng)的狀態(tài)，以降解污泥中的有機(jī)物質(zhì),，將不穩(wěn)定的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定物質(zhì),，降低污泥二次污染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，為污泥后續(xù)處理處置尤其土地利用提供條件[11],。污泥穩(wěn)定化的方法主要有污泥消化,、堿穩(wěn)定,、污泥堆肥等。污泥消化包括好氧消化,，是指經(jīng)過好氧微生物將污泥中的懸浮有機(jī)物部分降解為更穩(wěn)定的有機(jī)化合物以及無機(jī)物的過程,；厭氧消化通過污泥厭氧發(fā)酵，從而產(chǎn)生沼氣,，達(dá)到減量化,、資源化的目的；污泥堿穩(wěn)定化處理是指將氧化鈣,、鎂鹽,、粉煤灰等同脫水污泥混合，通過污泥pH和溫度的升高來實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌,、脫水,；污泥堆肥主要是將污泥與有機(jī)質(zhì)混合，通過控制生物種類,、pH,、溫度等使其進(jìn)行有氧高溫發(fā)酵。國外發(fā)達(dá)國家大型污水處理廠通過厭氧消化等穩(wěn)定化技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水廠能源及資源回收,；小型污水廠則采用好氧消化技術(shù)[12],。與國外污泥處理處置發(fā)展水平相比，我國污泥穩(wěn)定化處理與發(fā)達(dá)國家存在差異,，厭氧消化技術(shù)在污泥穩(wěn)定化處理方面占重要地位,。近些年，隨著對(duì)污泥處理處置的重視,，越來越多污泥穩(wěn)定化新技術(shù)也層出不窮[13],，包括污泥固化穩(wěn)定化技術(shù)、污泥氧化穩(wěn)定化技術(shù)(包括濕法氧化法,、氯氧化法等),、污泥等離子體處理獲取可燃?xì)怏wCO等，對(duì)穩(wěn)定化機(jī)理進(jìn)行研究,、優(yōu)化工藝,、提高效率的同時(shí)節(jié)能降耗，是未來污泥穩(wěn)定化技術(shù)發(fā)展和工業(yè)化應(yīng)用的方向,。
1.1.3污泥熱干化處理
污泥熱干化是通過熱調(diào)理過程破壞污泥膠體,，實(shí)現(xiàn)活性污泥生物細(xì)胞破壁，析出生物內(nèi)部水,、毛細(xì)水,、附著水，殺滅病毒細(xì)菌等活性有害物質(zhì),。經(jīng)熱干化的污泥具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,，對(duì)環(huán)境影響小,。
1.2市政污泥處置技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國污泥具有地域性特點(diǎn)，污泥處置方式應(yīng)該根據(jù)各地區(qū)污泥的性質(zhì)進(jìn)行選擇,。目前,，我國對(duì)于污泥處置主要為填埋、堆肥,、焚燒,、土地利用等方式。截至2020年底,，我國污泥處理處置現(xiàn)狀如圖1所示。
圖1我國污泥處置現(xiàn)狀[14]
Fig.1PresentSituationofSludgeDisposalatHome[14]
1.2.1衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋是污泥最傳統(tǒng)的處置方式,，有單獨(dú)填埋,、混埋及特殊填埋等方式，適于污泥的大批量處理,。我國常將脫水污泥同生活垃圾混埋,。由于污泥衛(wèi)生填埋具有衛(wèi)生指標(biāo)要求不高、操作簡便且成本低等特點(diǎn),，目前我國約16%的污泥進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置,。然而，污泥填埋產(chǎn)生的滲濾液對(duì)周邊土地和水體帶來極大污染,，且造成磷資源的浪費(fèi),，加劇溫室效應(yīng)。隨著污泥產(chǎn)量的逐年增長,，衛(wèi)生填埋場地占據(jù)土地資源,，各國逐步禁止。我國《地下水管理?xiàng)l例》(2021年)第40條中明確指出禁止利用污泥填廢棄礦坑等,。盡管衛(wèi)生填埋存在很多問題,，由于當(dāng)前污泥處置能力不足且污泥資源化消納途徑尚未完全打通，污泥填埋并不能被其他處置方式完全取代,。目前衛(wèi)生填埋的主要發(fā)展方向?yàn)闈B濾液的處理,、填埋氣的利用、防滲材料的研發(fā)等[15],。
1.2.2土地利用
污泥中含有大量有機(jī)營養(yǎng)成分和微量元素,，可通過一定處理后進(jìn)行土地利用，是污泥資源化利用的方式之一,，主要包括農(nóng)業(yè)利用,、園林綠化利用以及土地改良等。污泥組成成分中含有對(duì)植物,、土壤有害的病原菌,、重金屬等,，直接土地利用會(huì)造成土壤及地下水的污染。美國專門制定了污泥土地利用相關(guān)的法規(guī)[16],；日本則成立了污泥還田委員會(huì)[17],；目前我國約48.5%的污泥用于土地利用。污泥堆肥后或無害化處理后再利用是土地利用的主要方式,，具有過程簡單,、產(chǎn)物可作農(nóng)肥和土壤改良劑等特點(diǎn)，但肥效較低,，污泥中污染物還會(huì)污染土地,、影響植物生長[18]。此外,，堆肥對(duì)于污泥的減量效果有限,、周期較長且易產(chǎn)生臭氣。目前我國污泥土地利用產(chǎn)業(yè)面臨的主要問題為缺乏工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范指南,、缺乏風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理體系,、缺乏相應(yīng)政策等[19]。
1.2.3建材利用
剩余污泥中含有豐富的有機(jī)物以及硅,、鋁,、鐵等無機(jī)成分，在污泥中添加一定量的粉煤灰,、高嶺土等無機(jī)輔料后進(jìn)行建材生產(chǎn)是一種經(jīng)濟(jì)有效的資源化方法,，可以燒結(jié)磚、制輕質(zhì)陶粒,、制水泥等建材[20],，不僅可以解決污泥處理費(fèi)用高、處理處置困難及對(duì)環(huán)境造成二次污染隱患的問題,，更符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念,，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，有效利用資源達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的,。但當(dāng)前由于符合建材生產(chǎn)要求的污泥產(chǎn)量少,，在制作建材的過程中添加大量無機(jī)輔料作為骨架，成本高,、使用范圍小且污泥成分復(fù)雜,，用于生產(chǎn)污泥建材工藝不同對(duì)其性能影響較大，而我國尚缺乏污泥建材規(guī)范生產(chǎn)和檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,。更重要的是,，目前尚未形成完備的污泥再生建材產(chǎn)品出路，市場流通不足,，導(dǎo)致污泥建材利用受限,。為促進(jìn)污泥資源化發(fā)展,，在污泥建材利用方面的研究將集中于優(yōu)化輔料配比以降低建材生產(chǎn)成本，研制以污泥為主料的新型建材,，完善污泥再生建材生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及檢測標(biāo)準(zhǔn),，并制定產(chǎn)業(yè)政策開拓建材利用市場。
1.2.4污泥焚燒
污泥焚燒處置通常是在一定溫度,、有氧條件下對(duì)污泥進(jìn)行焚燒,，使污泥中的有機(jī)物發(fā)生燃燒反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為二氧化碳,、氮?dú)?、無機(jī)灰分等物質(zhì)，是目前最徹底,、最快速的污泥處置方式,，能徹底實(shí)現(xiàn)污泥減量化，可最大限度減少污泥容積,，將市政污泥體積減小70%～80%；徹底實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化與無害化,，完全消除病毒和病原菌并將其轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的無機(jī)灰分[21],。污泥經(jīng)過焚燒后，可將自身的熱值轉(zhuǎn)化為熱能用于市政污泥的干化,，或轉(zhuǎn)化為電能用于發(fā)電[22],。污泥灰中富含磷，可從污泥焚燒灰分中提取高品位磷以緩解當(dāng)前磷資源危機(jī)[23],。研究者[24]發(fā)現(xiàn)黑麥草施加市政污泥焚燒灰后,，與對(duì)照組相比，施加市政污泥焚燒灰的黑麥草磷吸收明顯增加,。焚燒具有占地面積小,、處理效率高且無害化徹底的優(yōu)點(diǎn)，歐洲國家及日本早年就開始實(shí)施污泥焚燒處置,，如圖2所示,。隨著填埋場地逐年變少，我國對(duì)污泥土地利用出臺(tái)了嚴(yán)格政策,，污泥焚燒的處置方式被逐漸重視,，目前我國現(xiàn)有32.7%的污泥進(jìn)行焚燒處置。污泥焚燒方式分為單獨(dú)焚燒和共焚燒,。其中,，單獨(dú)焚燒是指將污泥在輔助燃料下放入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒。由于我國市政污泥熱值較低,，污泥與其他有機(jī)廢物如秸稈等進(jìn)行共焚燒后,，增加了灰分中的土壤有效磷,，且對(duì)各類作物的試驗(yàn)中效果均較好，尤其油料作物,。將經(jīng)過干化處理的污泥進(jìn)行焚燒,，能量赤字、處理成本以及投資成本與傳統(tǒng)工藝相比更低[25],，是一種作為極具前景的污泥處置方式,。
圖2不同國家和地區(qū)污泥焚燒率[13]
Fig.2SludgeIncinerationRateinDifferentCountriesandRegions[13]
2污泥焚燒處置
2.1污泥焚燒處置現(xiàn)狀
與煤相比，污泥具有含水量高(脫水后為80%～85%),、揮發(fā)性固體高以及熱值低的特點(diǎn),，直接進(jìn)入焚燒爐會(huì)導(dǎo)致一系列問題，如溫度下降,、點(diǎn)火延遲和爐膛溫度波動(dòng)[26],。因此，通常情況下,，將脫水后的污泥進(jìn)行干化處理后(質(zhì)量分?jǐn)?shù)干化至10%～30%)進(jìn)行焚燒,，即單焚燒。研究人員[27]將鼓泡流化床干燥器和循環(huán)流化床焚燒爐結(jié)合起來,，焚燒產(chǎn)生的能量用于污泥干化,，可處理含水量約為80%的污泥。杭州某焚燒示范項(xiàng)目利用干燥和焚燒結(jié)合方式處理100t/d未消化污泥(含水量為80%),，燃燒效率高,，可減少污染物排放。也有學(xué)者[28]提出了一種新型的余熱回收系統(tǒng),，其產(chǎn)出高溫高壓的蒸汽通過汽輪機(jī)做功產(chǎn)出電能,，可以有效利用余熱。由于濕污泥含水量較高,，在流化床焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生過熱蒸汽,，可將其轉(zhuǎn)化為電能或熱能。部分研究[29]利用濕污泥直接進(jìn)行焚燒,，而隨著溫度升高,，其焚燒過程依次為干燥、脫揮發(fā)油,、揮發(fā)物燃燒和焦炭燃燒,，尾氣中NOx的排放占比更少。
為提高污泥熱值,，將污泥與燃料進(jìn)行協(xié)同焚燒,，可降低共焚燒著火溫度和提高燃燒效率以維持污泥穩(wěn)定燃燒，同時(shí)還具有降低有害氣體的排放等作用[30]。共焚燒過程中影響焚燒性能的因素主要是污泥/生物質(zhì)以及燃料的熱值,、水分含量和灰分組成,。這些因素影響了熱輸出、燃燒所需空氣量,、產(chǎn)生的煙氣量,、粉塵濃度和顆粒分布。研究者們主要利用污泥與煤,、城市固體廢物[31]或水泥原料等混合燃燒,，不僅解決污泥含水量高無法維持自燃的問題，而且有效減少了燃燒的污染排放,。
近年來,，我國約有35家水泥廠采用共焚燒處理市政污泥，其中大部分位于東部和南部[32],。在水泥窯中添加污泥有助于降低污泥處理的運(yùn)行成本,，且可資源化利用。在我國廣西,，采用水泥窯協(xié)同處置污泥的量占污泥處置總量的35.34%[33],；在武漢，污泥進(jìn)入石灰窯混燒是未來較長一段時(shí)間內(nèi)污泥的主要消納方式,，可處理含水率為80%的污泥14105t/d[34],；廣東省的污泥處置主要是水泥窯協(xié)同焚燒與建材利用為主。英法兩國20%的污泥進(jìn)行焚燒,；丹麥30%的污泥焚燒處置；奧地利為焚燒和農(nóng)用各占1/2,；而荷蘭幾乎全部焚燒處置[35],。經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的優(yōu)勢使得美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家或地區(qū)廣泛采用水泥窯中市政污泥的協(xié)同處理[36],。日本由于國土面積狹小,，63%的污泥進(jìn)行焚燒處置。全世界每年生產(chǎn)約170萬t污泥焚燒灰[37],，其中德國55%的污泥進(jìn)行焚燒處置,，每年產(chǎn)生30萬t污泥焚燒灰[38]，新加坡在2016年生產(chǎn)5萬t污泥焚燒灰,。污泥焚燒灰中富含的磷,、鎂和鈣等大量植物營養(yǎng)素增強(qiáng)了其作為肥料生產(chǎn)替代磷源的潛力，也使其成為重要的含磷二次資源,。已有研究和實(shí)踐[39]證明,，二噁英、NOx和重金屬等污染物可通過控制焚燒溫度>800℃來抑制，也可用尾氣凈化裝置去除,。
但該方法存在以下問題：1)污泥含水率與摻燒率對(duì)焚燒設(shè)備熱效率影響大,；2)為滿足一定焚燒條件，焚燒設(shè)備煙氣排量大,、鍋爐效率低,、煙氣系統(tǒng)磨損嚴(yán)重；3)焚燒成本高,，且污泥中所含部分重金屬在高溫作用下遷移至空氣中,，焚燒過程會(huì)產(chǎn)生二噁英等污染物，對(duì)環(huán)境造成威脅,，焚燒過程污染控制是重要研究方向,；4)焚燒過程能量釋放過多，如何提高焚燒過程能量回收,。這些問題對(duì)焚燒工藝及設(shè)備有較高要求,。
2.2污泥焚燒處置設(shè)備
目前，國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的污泥焚燒設(shè)備主要有：機(jī)械爐排式焚燒爐,、回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐,、流化床式焚燒爐。與傳統(tǒng)的多爐膛焚燒爐(一般925℃)相比,，流化床燃燒爐(一般750℃)成本更低,、效率更高、環(huán)境性能更好,，因此,，被認(rèn)為是全球市政污泥焚燒的最佳可用技術(shù)[39]。
2.2.1流化床焚燒處置技術(shù)
流化床焚燒爐具有單位面積處理能力大,、加入流化床的固體細(xì)?？伤查g分散均勻、床內(nèi)溫度易于控制,、建造費(fèi)用低,、技術(shù)成熟、能量回收潛力好等特點(diǎn),，被廣泛用于SS的焚燒,。相較于其他爐型中物料的層燃形式，流化床焚燒爐爐內(nèi)物料燃燒時(shí)可呈現(xiàn)出沸騰狀態(tài),，在爐內(nèi)形成良好的分散效果,，可在短時(shí)間內(nèi)完成污泥顆粒的焚燒，達(dá)到良好的傳熱傳質(zhì)效果,。但目前仍存在配套的煙氣設(shè)備腐蝕,、布袋除塵器腐蝕,、干化機(jī)磨損等問題。在流化床焚燒爐焚燒之前,，污泥需經(jīng)過干化預(yù)處理,，再進(jìn)行尾氣處理。目前,，上海竹園,、白龍港、成都市,、浦東污泥干化焚燒,、常州市武進(jìn)區(qū)生活污水處理廠等均采用污泥流化床焚燒爐處置污泥，其煙氣余熱可為污泥干化提供熱源,，實(shí)現(xiàn)了能源回收利用,。流化床焚燒爐的類型主要包括氣泡床、循環(huán)床,、多重床,、噴流床、壓力床,。前兩者已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用,，后者還處于研究開發(fā)階段。其中,，氣泡床多用于處理城市廢物及污泥,；循環(huán)床多用于處理有害工業(yè)廢物。
在鼓泡式流化床焚燒爐中,，物料從投料口進(jìn)入燃燒區(qū),，通過調(diào)節(jié)底部的布風(fēng)流速，使得物料呈現(xiàn)沸騰狀態(tài),。燃燒時(shí)間與物料粒度的1～2次方成正比,，因此，焚燒爐在投料口會(huì)添加撥散器,，減少物料的團(tuán)聚,。布風(fēng)板上方載有惰性介質(zhì)(如石英砂)借著燃燒器點(diǎn)火以及風(fēng)箱的送風(fēng)使得物料均勻受熱,。鼓泡式流化床焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)是燃燒速度快,、物料停留時(shí)間短、焚燒熱量可供物料的水分蒸發(fā)且事故率低,，能夠適應(yīng)各種易燃煤種和低熱值,、高水分的燃料，但對(duì)煙氣除塵配套要求高,。學(xué)者們[40]在流化床焚燒處置技術(shù)污泥燃燒熱解特性,、凝聚結(jié)團(tuán)特性、焚燒過程煙氣污染控制等方面做了大量研究工作，并對(duì)污泥灰渣處理提出建議,，促進(jìn)了流化床污泥焚燒技術(shù)的發(fā)展,。
2.2.2多膛式焚燒處置技術(shù)
多膛式焚燒爐又稱為立式多段焚燒爐。污泥隨著爐膛的齒耙進(jìn)入爐膛內(nèi)后,，通過每層的孔洞進(jìn)入下層,，呈螺旋狀軌跡。頂部為污泥的干燥區(qū),，可使污泥含水率降至40%以下,，中部為污泥焚燒區(qū)，下部為冷卻段,，起冷卻并預(yù)熱空氣的作用,。揮發(fā)分氣體順孔洞向上從廢氣口排出，燃燒后殘?jiān)盎曳猪樑呕铱谂懦?，而小顆粒物質(zhì)會(huì)隨氣流運(yùn)動(dòng)堵塞排氣口,，進(jìn)而影響燃燒效果。多膛式焚燒爐歷史較長,，積累了豐富的使用經(jīng)驗(yàn),，但由于操作復(fù)雜、處理緩慢,、燃燒能力及氣體排放標(biāo)準(zhǔn)提高等原因逐步失去競爭力,。
2.2.3回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)
污泥水泥窯協(xié)同處置已經(jīng)成為我國污泥熱化學(xué)處理處置的手段之一，多用于危險(xiǎn)廢物焚燒處,，目前已建成污泥協(xié)同處置設(shè)施的水泥熟料生產(chǎn)線30～40條[41],。針對(duì)順流式的回轉(zhuǎn)窯，污泥從進(jìn)料端進(jìn)入窯內(nèi)焚燒,。物料進(jìn)入筒體后沿軸向以及筒體切線方向出料端移動(dòng),。污泥在投加前根據(jù)不同的預(yù)處理手段選擇不同的水泥窯投加點(diǎn)。污泥水泥窯協(xié)同處置具有有機(jī)物分解徹底,、二次污染少,、焚燒灰即成為產(chǎn)品一部分、環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn),，是污泥無害化處置的方法之一,。但與流化床焚燒爐相比，污泥水泥窯仍存在對(duì)污泥類型適應(yīng)能力較弱(決定焚燒溫度高低),、需設(shè)置煙氣燃盡室(溫度>1100℃),、處理有害物質(zhì)等不足。而焚燒過程焦油,、重金屬及煙氣等污染的控制及低溫低能耗焚燒裝置的研發(fā)與改進(jìn),、焚燒灰渣的處理將是未來研究的熱點(diǎn),。
3結(jié)論與展望
隨著污水處理技術(shù)的發(fā)展及對(duì)安全環(huán)保的要求，污泥的處理處置是當(dāng)前城鎮(zhèn)污水處理廠亟待解決的關(guān)鍵,。作為一種有價(jià)值的資源,，污泥進(jìn)行減量化、無害化處理后再利用,，可滿足污水處理廠可持續(xù)發(fā)展的需求,。結(jié)合我國污泥特性，以污泥處理技術(shù)為基礎(chǔ),，發(fā)展污泥資源化處理處置技術(shù)是未來發(fā)展的方向,。污泥焚燒由于其占地小、處理效率高且回收熱能和灰分無機(jī)資源等優(yōu)勢,，可能是未來最具潛力的污泥處理處置方式,。各地區(qū)應(yīng)因地制宜，根據(jù)各地經(jīng)濟(jì),、技術(shù)等特點(diǎn)選擇合適的污泥處置方式,。目前，我國污泥焚燒處理的技術(shù)尚未成熟,，仍然存在二次污染,、處理費(fèi)用較高、焚燒灰渣的資源利用等方面問題,，高效低耗焚燒爐的研制,、熱能利用、提高污泥熱值的生物質(zhì)耦合污泥共焚燒技術(shù)將是將成為污泥資源化技術(shù)主要研究方向,。未來,，隨著我國環(huán)境領(lǐng)域科技工作的推進(jìn)，污泥焚燒技術(shù)將憑借自身的優(yōu)勢得到廣泛的應(yīng)用,。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
