美國污泥焚燒項目汞都不達標是真的嗎？
時間：2022-03-03
來源： 奔跑的環(huán)保人
污泥焚燒的話題這兩年一直很熱，支持者和反對者似乎都有充足的理由。
反對者最早擔心二噁英的，隨著科普的增多，實際運行的污泥焚燒廠實測數(shù)據(jù)的公布，逐漸打消了很多人關(guān)于二噁英的擔憂。
目前聽到的很多是關(guān)于污泥焚燒后重金屬的排放，擔心重金屬進入環(huán)境后影響公眾健康。尤其是對汞的擔憂更為嚴重，因為汞的沸點相比其他的重金屬較低，通常的煙氣處理設(shè)施，對汞的去除效率也相對較低。
理由之一是美國的污泥焚燒因為煙氣排放標準升級，對汞的限制更加嚴格，導致很多污泥焚燒廠無法滿足新排放標準。更有玄乎的傳言：美國沒有一個污泥焚燒廠能達到新的煙氣排放標準...
咱們用事實說話！
1. 美國污泥焚燒新標準
2011年3月21日，美國EPA出臺了針對污泥焚燒煙氣排放的新標準（Title 40 Code of Federal Regulations (CFR) Part 60 – Standards of Performance for New Stationary Sources and Emissions Guidelines for Existing Sources: Sewage Sludge Incineration Units; Final Rule），要求所有的已建成的污泥焚燒廠和新建焚燒廠執(zhí)行新的排放限值。新標準將于2016年3月21日正式生效。屆時，除非項目所在州有提前批準的州計劃，其余所有的污泥焚燒廠，都將按照新的排放標準執(zhí)行。
該標準針對不同的污泥焚燒爐執(zhí)行不同的排放限值，主要是多膛爐和流化床焚燒爐兩種類型。MHI：多膛爐；FBI：流化床焚燒爐
對流化床焚燒爐來說，新標準針對已建成項目和新建項目的排放要求也不一樣。以汞為例，已建成項目的新排放標準為0.037mg/dscm，新建項目的新排放限值更嚴，為0.001mg/dscm。
相比而言，流化床焚燒爐執(zhí)行的標準比多膛爐執(zhí)行更加嚴格的煙氣排放標準。主要是多膛爐燃燒污泥，空氣過量系數(shù)更大，同樣的污泥量，若采用多膛爐焚燒后煙氣量更大，如果執(zhí)行同樣嚴格的標準，則煙氣處理費用非常高。
現(xiàn)在主流的污泥焚燒多采用流化床焚燒爐，主要是其空氣過量系數(shù)小，煙氣處理費用較低。
1. Southerly污水處理
Southerly污水廠最早于1967年8月14日投入運行，是俄亥俄州東北部地區(qū)（NEORSD）的三個污水處理廠中最大的一個。目前平均日處理量125MGD（約為47萬噸/天），峰值處理能力400MGD（約為150萬噸/天），另外該污水廠還可以通過一級處理單元處理多達335 MGD（126.8萬噸/天）的雨水。
處理工藝：一級曝氣系統(tǒng)——活性污泥
旱季時兩級工藝串聯(lián)使用，但是若一級系統(tǒng)處理達到最大負荷400MGD時，多余的來水直接進入二級單元進行處理。
初沉池污泥經(jīng)重力濃縮為含固率47%的污泥，二沉池的剩余污泥也送至重力帶式濃縮機濃縮為含固率5-7%的污泥。
濃縮后的初沉污泥直接送進1個污泥存儲池，濃縮后的剩余污泥被送進另外5個污泥存儲池。兩種污泥同時送至脫水機房進行脫水。
脫水設(shè)備共有9臺離心脫水機，脫水后直接送至3個脫水污泥收集池（三臺離心機對應(yīng)一個脫水污泥收集池），然后通過6臺柱塞泵（每個脫水污泥收集池對應(yīng)2臺）直接送進3個流化床焚燒爐中進行焚燒（每臺處理能力100噸干泥/天）。
2. Southerly污泥焚燒
Southerly污泥焚燒廠，最早采用多膛爐焚燒污泥，在2009年開始，計劃用3臺循環(huán)流化床焚燒爐取代了原有的4臺多膛爐焚燒爐，以提高焚燒效率和降低成本。
處理流程包括：流化床焚燒爐——一級換熱器（用于加熱余熱流化風、余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽）——二級預熱器（用于煙氣控制、飛灰處理、輔助系統(tǒng)、發(fā)電裝置等）——煙氣處理系統(tǒng)。
該污泥焚燒廠，采用蘇伊士的Thermylis流化床焚燒爐，直接焚燒脫水污泥（72%含水率），無需輔助染料助燃，每年可通過余熱回收發(fā)電1.2MW。
污泥焚燒工藝流程大致如下：
2014年的煙氣排放檢測數(shù)據(jù)顯示，煙氣中的污染物主要是汞和SO2無法滿足2016年生效的新標準排放限值，以下每個數(shù)據(jù)都是三次測試的平均值：
從2011年1月至2014年6月收集數(shù)據(jù)看，污泥中的重金屬汞的平均含量為0.57mg Hg/kg 干泥，最大為0.99mg Hg/kg干泥，標準方差為0.14mg Hg/kg干泥。
根據(jù)運行數(shù)據(jù)的預測，污泥經(jīng)流化床焚燒爐焚燒，經(jīng)原有煙氣處理系統(tǒng)處理后，煙氣中的汞含量見下圖（已折算為含氧量7%的標態(tài)），與新標準要求仍有一定差距：
如果不增加側(cè)重于汞去除的強化排放控制措施，在2016年3月新排放標準生效之后，污泥焚燒廠很可能因無法滿足新標準而喪失焚燒污泥的許可證。一旦這樣，污水廠將需要重新制定相關(guān)計劃，以便將污泥送去填埋。污水廠主管單位認為填埋不僅成本高昂且不可持續(xù)。因此對煙氣處理系統(tǒng)進行升級成為了比較可行的方案。
3. 重金屬汞的控制
煙氣檢測的數(shù)據(jù)顯示，除了重金屬汞和SO2外，重金屬鎘Cd也有個別的處理線在個別時間少量超標。SO2和重金屬鎘主要通過濕式洗滌塔的改進進行解決，本文不做詳細介紹。
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汞的來源
污泥焚燒的煙氣中的汞來自污水處理，大多數(shù)重金屬可通過飛灰的去除、以及濕式洗滌和其他的單元中去除，重金屬汞則可通過以下三種形式存在于焚燒過程中。
顆粒汞：飛灰和顆粒物質(zhì)中夾雜著汞�？偣倪@一部分在濕式洗滌器中被除去，并與其他金屬和顆粒一起被送到飛灰儲罐�？偣兄挥泻苄〉囊徊糠忠赃@種形式存在。
元素汞：汞通過燃燒變成揮發(fā)態(tài)。由于氣態(tài)元素汞在后續(xù)煙氣處理過程中冷卻，它可能與煙氣中的其他成分發(fā)生反應(yīng)，形成氧化氣態(tài)汞。這種形式的汞可溶于水，在濕式洗滌器中可以去除一部分。
氧化氣態(tài)汞：被廢氣成分氧化的單質(zhì)汞，如鹵素(氯、氟和溴)；硫的氧化物（二氧化硫和三氧化硫）；以及氮（二氧化氮）。
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常見汞去除技術(shù)
在大多數(shù)污水處理廠，只有一小部分元素汞被氧化。因此在焚燒過程中排放的汞中，有一部分仍以元素形式存在。盡管濕式洗滌可以捕獲一部分氧化汞，但該工藝對汞的去除效率仍較低。
目前用于汞去除的成熟技術(shù)包括干法的粉末活性炭(PAC)噴射技術(shù)，和濕法的固定床顆粒活性炭(GAC)吸附技術(shù)。
1.粉末活性炭法，通常能夠去除85%左右的重金屬汞，且需要持續(xù)投加粉炭和藥劑，運行成本較高。
2.固定床GAC吸附，對汞的去除率可超過95%，一般1-2年需要更換顆�；钚蕴�
3.SPC吸附技術(shù)，Sorbent Polymer Composite，一種利用特殊吸附材料的新型專利汞去除技術(shù)。其可以單獨作為一個裝置使用，也可以改造已有的濕式洗滌塔，將其作為濕式洗滌塔的一部分來使用。該系統(tǒng)采用了由SPC濾料組成的專用濾料床，可從污泥焚燒廢氣中捕獲離子態(tài)和元素態(tài)的汞。
相比顆�；钚蕴课剑琒PC吸附模塊可承受水份飽和的氣流，不需要額外的除濕器或上游的再加熱步驟。SPC吸附對汞的去除能力，與濾料床的厚度和SPC吸附模塊數(shù)量有關(guān)。與GAC吸附類似，SPC吸附也需要定期更換濾料，大約每半年更換一次，具體取決于煙氣中汞的濃度以及濾料的多少。
在已建成項目中，采用SPC吸附比GAC吸附所需投資少，操作簡單，且更容易進行改造。
4. 煙氣系統(tǒng)改造
經(jīng)過詳細的前期模擬和對比，最終決定在Southerly污泥焚燒項目中，采用SPC吸附來提高煙氣處理效果。
2016年初，NEORSD決定在southerly污泥焚燒廠內(nèi)安裝三套SPC吸附裝置（下圖）以實現(xiàn)煙氣處理的升級。每個SPC吸附裝置內(nèi)設(shè)三層SPC吸附模塊，并預留額外2層以便今后進一步升級所用。
改造完成后SPC吸附裝置后的運行數(shù)據(jù)顯示，三條污泥焚燒線的煙氣排放值，包括汞在內(nèi)所有值均滿足新的煙氣排放限值。所有的測試均在2016年3月21日前新的煙氣排放標準正式生效之前完成。成為美國最早實現(xiàn)按照新煙氣排放限值運行的污泥焚燒廠。
5. 煙氣改造后效果
改造完成后，官方于2015年底至2016年出進行了為期三個月的尾氣測試，最終結(jié)果顯示，經(jīng)過改造后，Southerly污泥焚燒廠的尾氣排放值完全滿足新標準中關(guān)于“已建流化床焚燒爐”尾氣排放的要求。下表數(shù)據(jù)中的百分數(shù)，表示實測濃度與排放限值的比例。
后續(xù)一年的運行數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)穩(wěn)定達標。Southerly污泥焚燒廠也成為美國第一個達到新煙氣排放標準的項目，與其同期完成改造的還有辛辛那提Mill Creek污泥焚燒廠， 該焚燒廠也是由SUEZ建設(shè)。
寫在最后：
污泥焚燒目前依然是很多大城市解決污泥的一個很重要的手段，因為減量化最明顯！當然，隨著提質(zhì)增效等工作的推進，希望污水廠進水濃度進一步增加之后，污泥的有機質(zhì)也能有所提高，再結(jié)合厭氧消化等工藝的應(yīng)用，做好污泥的減量化同時，加大資源化利用。
而污泥焚燒，也會隨著經(jīng)濟發(fā)展和法規(guī)的完善，發(fā)揮更大的作用。徹底解決污泥圍城問題，焚燒必不可少。而焚燒產(chǎn)生的煙氣污染問題，在現(xiàn)有的技術(shù)下，都是能解決的。
特此感謝在美國的江瑞原先生分享的資料！
