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污泥焚烧协同干化系统设计
污泥焚烧乃终极处置方式，是目前以欧洲为代表的发达国家实践路径。然而，国内对焚烧则仍处于争议之中，尽管一些发达省市迫不得已走上了此路。其实，有关污泥焚烧应关注优化措施，而不是争论不休，因为国人担心的问题早已解决或根本就不存在。本期就介绍最近发表在《Waste Management》上的题为《A novel dual circulating fluidized bed technology for thermal treatment of municipal sewage sludge with recovery of nutrients and energy》文章，提出一种污泥焚烧技术和焚烧处置方案，并针对污泥焚烧路径的一些“争议”进行了讨论，包括能量平衡、尾气污染、灰分资源回收潜力等。
图1 过程示意图
图1是该污泥焚烧处置的方案流程图，构造上主要包括两个单元，流化床干化单元和流化床焚烧单元，这也是该方案的亮点之一——干化单元和焚烧单元统筹设计和运行。含水率80%的污泥首先进入干化单元，并与从焚烧单元返回的热砂混合(停留100~300s)，减低含水率，进入焚烧炉前干物质比重可升高至98wt%。继而，干化后的污泥和砂子混合物送入流化床焚烧炉单元，在850℃环境下维持1000s即可实现焚烧减量，灰分体积占进料污泥体积的8%。该方案工艺整体置于低压环境下运行，能有效防止恶臭气体逸散泄漏。
从该污泥焚烧方案的示范（罗瓦涅米污泥焚烧厂处理量10000t/a）运行结果来看，该方案有以下几方面的优势，也是值得我们借鉴的地方：
1）能量自给自足，该工艺除了启动阶段需要外源能量输入辅助外，正常连续运行阶段完全实现能量平衡，不需要额外的能量输入。对于污水处理厂剩余污泥，其含水率较高导致无法自持燃烧，需要进行预先干化。因此，干化单元是污泥焚烧处置的主要能耗单元之一。此文工艺方案将干化单元和焚烧单元统筹设计、协同运维的方式实现了“干化-焚烧”整体的能量平衡。实际上，对于将污泥外运集中式污泥焚烧方案来说存在一些矛盾，比如污泥外运对于运输能耗和干化能耗需求的矛盾。将污泥含水率降的越低，则运输能耗则越低，但厂内需提供干化耗能（可利用污水余温热能），但是污泥干化至过低含水率也会影响后续焚烧的进料等过程;如果厂内避免干化能耗，则会导致运输能耗增高。基于此，该“干化-焚烧”统筹设计方案不仅避免了该矛盾，其紧凑型设计也适用于分散式污泥焚烧处置。
图2 主要能量流动图
2）降低灰分资源回收的重金属等污染风险，本文所介绍的“干化-焚烧”统筹设计方案在灰分的回收处理上也进行了优化。如图1所示，焚烧单元的灰分随烟气携带进入灰分回收/烟气处置单元，共包括两个模块：高温旋风分离器和袋式除尘器。在高温旋风分离器模块，大部分灰分颗粒(大于95wt%)，即所谓粗灰会在此被收集。由于旋风分离器模块的温度依然较高，大部分重金属仍处于气相中，并将随烟气输送至下游，即袋式除尘器。在袋式除尘器模块，温度降低，重金属则会包含进此处的细灰中。因此，该两模块利用温度对灰分进行了选择性回收，已避免重金属的影响。
3）尾气排放达标，SS燃烧过程中会释放多种大气污染物，其中NOX、CO、SOX（SO2）、HCl、HF、总有机碳（TOC）、颗粒物（粉尘）、多氯代二恶英和呋喃（二噁英）以及重金属是主要的环境污染物。这些污染物的形成取决于操作条件以及污泥性质。燃烧温度在850℃时，会将有机物完全破坏，包括污染物（病原体、药物残留、微塑料等）。且干燥烟气中的不凝结（恶臭）气体从冷凝水中分离并进入反应器被氧化；烟气中的重金属则会被收集在袋式除尘器中。文章提及的焚烧示范厂进行了为期7天的试运行，由图3可以看出在30分钟和24小时平均值各组分均保持在限量浓度以下，实现了尾气的达标排放。
图3 污染物排放量与限值对比图
然而，从另一方面来说，考虑到邻避效应或规模效应，大城市的污泥焚烧一般都会集中建设，且远离污水处理厂，这时候该如何考虑干化和焚烧的能量协同呢？实际上，北建大中-荷中心对于污泥干化耗能提出了解决方案，即充分利用出水余温热能厂内供给污泥干化，降低污泥含水率，不仅可降低运输带来的成本和碳排放，还可以将焚烧的能量回收再利用。该路径的关键是开发高效的余温干化设备，北建大中-荷中心自主设计的干化设备目前已完成调试实验。另外，北建大中-荷中心也曾进行过匡算，污泥脱水、干化后直接焚烧无论能量回收还是投资与运行成本方面均较其它处置方式（厌氧消化+焚烧、热水解+厌氧消化+焚烧）具有明显系统优势。也就是说，污泥焚烧处置并不是一个孤立的工艺方式，而更应该从系统性角度协同考虑整个污泥处理处置流程。
因此，该方案基于以上三个方面证明了国内对污泥焚烧是高能耗工艺、尾气排放产生大气污染物及回收污泥灰分存在重金属的担忧是多余的，该方案为我国的污泥焚烧工艺发展提供了一定思路和参考。
【参考文献】
[1] “十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划.
[2] 低碳战略下的污泥自持焚烧发展方向.E20水网固废.
[3] 郝晓地,陈奇,李季,江瀚.污泥焚烧无须顾虑尾气污染物[J].中国给水排水.
