摘 要：上海市白龍港污泥干化焚燒工程設計處理規(guī)模為 486 tDS /d，采用脫水/干化/單獨焚燒的處理工藝;利用余熱鍋爐回收污泥焚燒的熱量，產(chǎn)生的蒸汽用于污泥干化; 煙氣處理采用SNCＲ( 爐內(nèi)) /靜電除塵/干式反應器/活性炭噴射/布袋除塵/濕式脫酸/煙氣再熱/物理吸附工藝，之后通過煙囪排入大氣; 除臭采用離子送風、化學洗滌、生物除臭、活性炭吸附等組合方式。本工程處理對象污泥種類多、泥質(zhì)變化大，其各項控制標準和運行穩(wěn)定性要求高，給工程設計帶來了一定難度。
關鍵詞: 污泥干化; 污泥焚燒; 工藝設計
0 引言
2015 年 4 月，國務院頒布實施《水污染防治行動計劃》( 以下簡稱“水十條”) ，明確指出: “污水處理設施產(chǎn)生的污泥應進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置。地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于 2020 年底前達到 90% 以上”。《上海市水污染防治行動計劃實施方案》( 滬府發(fā)［2015］74號) 要 求“以中心城三大污水片區(qū)為重點，加快污泥處理設施建設，確保污水處理廠污泥安全處置。繼續(xù)推進石洞口、竹園以及白龍港污泥處理處置設施等重點工程建設”。“到 2020 年，全市污泥處理處置形成以焚燒后綜合利用為主、深度脫水后衛(wèi)生填埋為輔的格局，污水廠污泥有效處理率達到 90% ”。
從 2014 年開始，上海啟動中心城區(qū)污泥項目前期研究，因“水十條”及《上海市水污染防治行動計劃實施方案》，污泥項目獲得巨大推動力，白龍港、竹園和石洞口三大片區(qū)污泥項目建設加快步伐，到 2018 年 4 月，三大項目已先后開工，目前正在全力向著既定目標奮進。上海市中心城區(qū)三大污泥處理項目布置見圖 1。
1 工程概述
白龍港片區(qū)內(nèi)有亞洲規(guī)模最大的污水處理廠白龍港污水廠，現(xiàn)狀設計處理能力為 280 × 104 m³ /d，提標工程完成后出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( GB 18918—2002) 一級 A 標準。白龍港片區(qū)內(nèi)目前正在新建虹橋污水廠，設計處理能力為 20 × 104 m³/d，出水執(zhí)行一級 A 標準。
白龍港污水廠內(nèi)已建 204 tDS /d 厭氧消化污泥處理設施，采用污泥濃縮、厭氧消化、脫水、干化工藝，利用污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣作為污泥中溫消化及污泥干化處理的熱源，消化后部分污泥進行干化處理，并已于 2011 年投運［1 － 3］。
白龍港污泥處理二期工程設計規(guī)模為 486 tDS /d( 2 430 t /d，含水率80% ) ，包括白龍港污水處理廠 448 tDS /d 污泥量和虹橋污水處理廠 38 tDS /d污泥量。本工程采用“干化 + 焚燒”工藝，設 6 條干化焚燒線，主要建設內(nèi)容有脫水、干化、焚燒、煙氣處理設施、除臭設施及相關配套設施。工程已于 2018 年 3 月底開工建設。
2 工藝設計
受用地限制，本工程干化焚燒車間分布于 2 個地塊，見圖 2。
2. 1 總體工藝設計
① 白龍港本廠污泥
污泥經(jīng)現(xiàn)狀濃縮和其中部分經(jīng)厭氧消化( 見圖3) 處理后，進入現(xiàn)狀儲泥池。
現(xiàn)狀儲泥池中，小部分污泥( 約 35 tDS /d) 利用現(xiàn)狀污泥脫水和熱干化設施( 見圖 4) 處理，干化后的污泥通過車輛運至本工程新建污泥焚燒單元進行處理�，F(xiàn)狀儲泥池其余污泥輸送至本工程新建儲泥池，之后經(jīng)過新建脫水單元處理后，將含水率降至80% 。脫水污泥經(jīng)新建干化焚燒單元處理。
②虹橋廠污泥
虹橋污水處理廠的干化污泥( 38 tDS /d，含水率40% ) 通過新建污泥接收裝置進入焚燒單元進行處理�？傮w工藝流程如圖 5 所示。
2. 2 始端污泥儲運系統(tǒng)
在現(xiàn)有儲泥池旁新建 1 座始端污泥泵組，用來輸送始端污泥，分別將污泥輸送至 2 個地塊內(nèi)的儲泥池。
2. 3 污泥脫水系統(tǒng)
該系統(tǒng)對始端污泥進行脫水，減小污泥體積，并將脫水后的污泥送至污泥料倉暫存，而后至污泥干化處理系統(tǒng)進行干化處理。
新建污泥脫水規(guī)模為 378 tDS /d，其中 01 地塊新建污泥脫水規(guī)模為150 tDS /d，02 地 塊 為 228 tDS /d。
2. 4 污泥干化系統(tǒng)
污泥經(jīng)脫水至含水率 80% 后，泵送至污泥干化前料倉。污泥存儲倉底部污泥泵根據(jù)運行負荷情況將濕污泥輸送至干燥機內(nèi)，濕污泥直接輸送至干燥機的給料分配器。
干燥機內(nèi)設蒸汽管提供濕污泥干化的熱能，濕污泥在流化狀態(tài)下，與蒸汽管束產(chǎn)生充分的熱交換，濕污泥最終形成干污泥顆粒。
2. 5 污泥焚燒系統(tǒng)
污泥焚燒系統(tǒng)采用鼓泡流化床焚燒爐，共設焚燒爐 6 臺，焚燒系統(tǒng)主要參數(shù)見表 1。存于污泥緩沖倉中的干化污泥通過污泥給料機送入流化床焚燒爐，污泥被砂層托起翻浪并被迅速加熱焚燒，焚燒后的飛灰大部分隨煙氣攜帶走，小部分從爐底排渣口排出。所產(chǎn)生的高溫煙氣排出并進入余熱鍋爐，將熱能轉移到蒸汽中，并用于污泥的干化。經(jīng)預熱器預熱的空氣由一次風機送入焚燒爐中。
2. 5. 1 流化床焚燒爐
流化床爐為立式裝置，爐內(nèi)流動層采用爐底送風以使砂粒和進料以沸騰狀攪拌混合運行。污泥送入爐內(nèi)，發(fā)生激烈翻騰和連續(xù)不斷的流化。流化床的運行床溫一般在 850 ～ 900 ℃，流化床的主要燃燒反應發(fā)生在爐床的上方，床內(nèi)的氣化燃料釋放出來的揮發(fā)性組分從床內(nèi)流出進入稀相區(qū)進行焚燒。另 外，砂粒具有巨大的熱容量和表面積，可通過直接傳熱在短時間內(nèi)使污泥徹底燃燒。
2. 5. 2 焚燒輔助系統(tǒng)
焚燒爐燃燒空氣采用分段進風，保證燃燒設備始終在低過量空氣系數(shù)下進行，以抑制 NOx 的生成。燃燒空氣入口均設有氣動調(diào)節(jié)閥，運行時可適應燃料和負荷變化需求。
污泥焚燒爐正常運行時不需外加輔助燃料。采用天然氣作為焚燒爐啟動和備用燃料。
2. 6 余熱鍋爐系統(tǒng)
余熱鍋爐系統(tǒng)包括: 余熱鍋爐、空氣預熱器以及鍋爐水處理系統(tǒng)等。本系統(tǒng)主要用于回收高溫煙氣的余熱。干化機利用后的蒸汽冷凝水經(jīng)除氧后送入余熱鍋爐內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，用于污泥的干化。
2. 7 煙氣處理系統(tǒng)
2. 7. 1 煙氣排放標準
本工程污泥處理工藝采用干化焚燒工藝，焚燒產(chǎn)生的煙氣排放執(zhí)行上海地標《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準》( DB 31 /768—2013) 。
2. 7. 2 煙氣污染物
煙氣中所含污染物的產(chǎn)生及其含量與污泥的成分、燃燒速率、焚燒爐型、燃燒條件、進料方式有密切的關系，一般情況下，主要的污染物質(zhì)有以下幾種:不完全燃燒產(chǎn)物; 粉塵; 酸性氣體; 重金屬污染物; 氮氧化物。
2. 7. 3 煙氣處理流程
煙氣處理系統(tǒng)接自空氣預熱器，之后依次經(jīng)過靜電除塵器、干式反應器、布袋除塵器、濕式洗滌塔、煙氣再熱器，最后經(jīng)物理吸附裝置后進入煙囪并排入大氣。
煙氣離開空氣預熱器后進入靜電除塵器，煙氣中的飛灰通過排灰口進入下部的卸灰裝置，而凈化后的煙氣通過排氣管排出。
在布袋除塵器前視情況噴入消石灰和活性炭粉末與煙氣中的有害成分進行反應。主要通過投加消石灰對酸性氣體進行去除，通過投加活性炭對重金屬、二噁英及呋喃等進行吸附去除。
經(jīng)過布袋除塵器濾袋時，煙氣中的粉塵被截留在濾袋外表面，從而得到凈化。
濕式洗滌塔用于中和煙氣中的酸性物質(zhì)，進塔煙氣中酸性氣體與噴淋的 NaOH 溶液進行中和反應，脫酸后的煙氣經(jīng)過洗滌塔頂部除霧器去除液滴后，通過洗滌塔頂煙道排出，進入煙氣再熱器，煙氣再熱后進入引風機。
為了應對日益提高的環(huán)保標準，提高污泥干化焚燒工程煙氣處理系統(tǒng)達標排放的穩(wěn)定性，滿足應急工況下煙氣處理的高要求，本工程在煙氣處理系統(tǒng)末端設置物理吸附單元。
通過引風機使爐膛內(nèi)保持一定的負壓，確保焚燒和煙氣處理系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，經(jīng)過凈化的達標煙氣進入煙囪( 60 m) 高空排放。進煙囪前煙道設置煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時對煙氣進行檢測，以便調(diào)整工藝參數(shù)，保證煙氣達標。
2. 8 除臭系統(tǒng)
2. 8. 1 除臭控制標準
廠界標準同時滿足上海市地方標準《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標準》( DB 31 /982—2016) 、 《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》( GB 18918— 2002) 和《惡臭污染物排放標準》( GB 14554—93) 的要求。
為滿足臭氣控制標準，同時改善運行人員的工作環(huán)境，減少臭氣對周邊區(qū)域的影響，本工程除臭設計重點考慮臭氣處理的可靠性、針對性以及全面性。
2. 8. 2 除臭設計范圍
根據(jù)需除臭構( 建) 筑物位置、臭源特性，對各需除臭區(qū)域進行系統(tǒng)劃分。需除臭的構( 建) 筑物主要為儲泥池、污泥接收間、污泥脫水車間、污泥干化車間。
2. 8. 3 除臭工藝方案
根據(jù)臭氣性質(zhì)等因素，本工程在產(chǎn)生臭氣的廠房內(nèi)設置離子送風裝置，通過管道收集并經(jīng)過化學洗滌裝置、生物除臭裝置和活性炭吸附裝置處理，之后達標排放。
3 工程特點及若干思考
3. 1 工程特點
① 工程規(guī)模大
白龍港污水處理廠目前為亞洲最大的污泥處理廠，本工程處理對象包括白龍港提標到一級 A 后 280 × 104 m3 /d 污水處理產(chǎn)生的污泥和虹橋污水處理廠建成投產(chǎn)后 20 × 104 m3 /d 污水處理產(chǎn)生的污泥。污泥處理規(guī)模為 486 tDS /d，折合脫水污泥( 含水率 80% ) 2 430 t /d，為國內(nèi)乃至亞洲最大的城鎮(zhèn)污泥處理工程之一。
② 污泥種類多、泥質(zhì)變化大
本工程處理的污泥種類多，從污水處理廠的污泥種類看，包括初沉污泥、剩余污泥、化學污泥; 從現(xiàn)狀處理流程看，包括消化污泥、未消化污泥，進入本
工程的污泥為上述幾種或全部污泥的混合污泥; 從進入本工程干化焚燒系統(tǒng)的污泥含水率來看，包括含水率約 80% 的脫水污泥、含水率約 30% 的現(xiàn)狀廠內(nèi)干化污泥、含水率約 40% 的虹橋污水廠污泥。
從監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，白龍港污水處理廠污泥泥質(zhì)變化顯著，從污泥熱值來看，干基高位熱值變化范圍為 10 ～ 19 MJ/kg，峰谷值相差近一倍。
同時，本工程服務范圍內(nèi)的虹橋污水處理廠目前尚未建成，可以預見，工程的污泥泥質(zhì)尚存在不確定性，將來建成后實際泥質(zhì)可能存在一定變數(shù)。
③ 環(huán)保標準高
隨著對環(huán)保的日益重視，上海市陸續(xù)出臺了相關的地方環(huán)保標準，涉及到本工程的相關標準主要有《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準》( DB 31 / 768—2013) 、《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標準》( DB 31 /982—2016) 等，上述標準均嚴于相應的國家標準。
④ 工程運行可靠性要求高
本工程污泥處理規(guī)模特別大，承擔著上海市中心城區(qū)大量的污泥處理任務，如果污泥處理設施不能穩(wěn)定可靠地運行，片區(qū)內(nèi)每天 2 430 t /d( 含水率為 80% ) 的污泥將對污水廠及周邊環(huán)境將造成極大的危害。因此，本工程安全、可靠、穩(wěn)定運行的要求特別高。
3. 2 若干思考
① 厭氧消化和干化焚燒工藝的結合
白龍港污水廠內(nèi)已經(jīng)建成污泥厭氧消化處理設施，受填埋庫存限制，現(xiàn)將厭氧消化污泥進行干化焚燒處理以進一步減容減量。厭氧消化和焚燒工藝相結合的污泥處理路線在國內(nèi)尚屬首次。國外有采用該工藝的案例，如德國漢堡科勃蘭霍夫污水處理廠污泥處理采用厭氧消化 + 脫水 + 干化 + 焚燒的處理工藝，平均污泥處理量約為 120 tDS /d。
污泥經(jīng)厭氧消化有助于減小干化焚燒規(guī)模，減少干化焚燒設施的工程投入。對于國內(nèi)已建成的污泥厭氧消化設施，若厭氧消化污泥出路存在問題，可考慮對厭氧消化的污泥進行干化焚燒處理。
② 焚燒灰渣的鑒定
本工程焚燒飛灰采用兩級除塵處理工藝，目前對本工程的危廢性質(zhì)界定: 一級除塵飛灰為一般固廢，二級除塵飛灰為危廢。
目前的界定方法有失準確，應按照“危險廢物鑒別標準”進行鑒定，并根據(jù)鑒定結果進行相應處置或綜合利用。
③ 開展污泥焚燒標準研究
污泥干化焚燒工程標準還不夠完善，部分已有標準需修訂完善。如污泥焚燒的煙氣排放標準參考生活垃圾焚燒煙氣排放標準，但污泥和垃圾的組成具有較大差異，需要根據(jù)污泥自身特點開展研究，并制定相應的污泥焚燒煙氣排放標準。
④ 加快污泥焚燒灰渣資源化利用
本工程污泥焚燒灰渣處置路線目前尚以衛(wèi)生填埋為主、資源化利用為輔。目前仍沒有完全明確資源化利用途徑，為此，需研究資源化利用技術與途徑，打通污泥干化焚燒處理處置全流程，實現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟。
4 結語
在環(huán)保要求日益嚴格的大環(huán)境下，污水與污泥污染所引發(fā)的各種問題日益受到全社會的關注與重視，甚至對社會的安定、國民經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
