觀點(diǎn)回顧 | 對(duì)剩余污泥不必“談燒色變”

水處理網(wǎng)訊:剩余污泥處理/處置目前在我國已成為比污水處理更為棘手的問題。有關(guān)污泥處理、處置，“扔（填埋）”和“燒（焚燒）”兩種極端方式目前并存。但對(duì)于大城市而言，填埋“無地自容”已成為現(xiàn)實(shí)問題，這就使得其它處置方式被迫上馬，如，堆肥、厭氧消化、干化焚燒等等。從資源/能源回收與投資/運(yùn)行費(fèi)用綜合比較評(píng)價(jià)來看，干化焚燒不失為一種可持續(xù)的選擇方式，因此，變“土葬（填埋）”為“火葬（焚燒）”的終極方式未來將成為一種主流。然而，很多人對(duì)污泥焚燒“談燒色變”，唯恐焚燒尾氣帶來二噁英、重金屬以及NOx、甚至NxO等新的環(huán)境問題。

事實(shí)上，污泥焚燒與垃圾焚燒一樣，并非新生事物，對(duì)它們的實(shí)踐幾十年前在歐洲等國便已開始。特別是早先以污泥厭氧消化為主的歐洲國家，對(duì)厭氧消化殘留污泥回田應(yīng)用受阻的情況下，焚燒不得不再被輔以“斷后”。如果你身臨其境一些處于市區(qū)的國外污泥焚燒廠，只見白煙（蒸氣）而聞不到異味情況會(huì)作何感想？附近居民與工作人員也不會(huì)因冒白煙而頻頻向政府投訴，因?yàn)樗麄兿嘈耪谋O(jiān)管，排放尾氣中不含對(duì)人體的有害成分。為此，我們?cè)?019年對(duì)污泥焚燒尾氣主要成分進(jìn)行了理論與實(shí)際的分析，從產(chǎn)生原理、潛在危害到控制/處理技術(shù)、成套設(shè)備等方面進(jìn)行全面審視，以揭開污泥焚燒神秘的面紗，并以發(fā)達(dá)國家相應(yīng)技術(shù)報(bào)告作為佐證，目的是消除國人“談燒色變”的心理障礙，以推動(dòng)污泥干化、焚燒的應(yīng)用。

01 尾氣污染物的生成

二噁英生成、危害及其影響因素

二噁英類物質(zhì)是多氯代二苯并-對(duì)-二噁英 (PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃(PCDFs) 的總稱，屬于氯代三環(huán)芳香族化合物。由于其具有一定的毒性，我國以及歐美等發(fā)達(dá)國家固體廢物焚燒二噁英排放濃度標(biāo)準(zhǔn)：0.1ng-TEQ/m3。污泥焚燒過程中二噁英的生成機(jī)理主要有兩種: ①高溫氣相反應(yīng)生成; ②低溫異相催化反應(yīng)生成。二噁英的產(chǎn)生會(huì)造成人體免疫功能降低、生殖和遺傳功能改變、惡性腫瘤易發(fā)等健康問題。而在抑制二噁英的產(chǎn)生上，研究發(fā)現(xiàn)污泥中氯元素對(duì)二噁英生成起著至關(guān)重要的作用，以及城市生活垃圾加煤（含S）焚燒可有效抑制二噁英的生成。更有趣的是有試驗(yàn)表明，污泥單獨(dú)焚燒時(shí)噁英排放濃度最高值僅為0.0917ng-TEQ/m³。因此，在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下，二噁英排放濃度已低于歐盟規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

重金屬遷移、危害及影響因素

污泥中的重金屬主要有 8 種，按其在污泥中的含量依次排序?yàn)椋?/p>

Zn＞Cu＞Cr＞Pb＞Ni＞As＞Cd＞Hg

表2列出了我國市政污泥主要重金屬含量(均值) 以及焚燒煙氣重金屬排放標(biāo)準(zhǔn)。

污泥在焚燒過程中，重金屬因溫度和揮發(fā)性不同其存在形式也不盡相同，揮發(fā)性大小依次為：Hg＞Cd＞Pb＞As＞Cr＞Cu＞Zn＞Ni。所以，污泥焚燒過程中捕獲的重金屬并去除的主要是Hg、Cd及Pb。事實(shí)上，污泥中Hg與Cd含量很低，Pb的含量也不是很高，因此焚燒進(jìn)入煙氣中的這3種重金屬含量很低。然而，固體廢物焚燒過程中氯的存在是導(dǎo)致重金屬更易向煙氣中遷移的主要原因。但剩余污泥中氯的含量很低，從而抑制了重金屬的遷移，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下，三種重金屬含量均低于我國規(guī)定值。

NOx生成、危害及影響因素

污泥燃燒時(shí)生成的NOx主要包括NO和NO2，并以NO為主( NO2含量很少)。NOx的生成主要與焚燒工況有關(guān)，生成量隨爐膛溫度、過?？諝饬吭龃蠖?。我國固體廢物焚燒NOx排放標(biāo)準(zhǔn)為500 mg/m3。試驗(yàn)表明，污泥焚燒NOx生成量為471.6mg/m3，在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下，NOx生成量已低于我國規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。與二噁英和重金屬類似，已達(dá)標(biāo)排放的煙氣經(jīng)大氣擴(kuò)散和稀釋后，進(jìn)入人體內(nèi)的NOx含量微乎其微，不足以影響人體健康。

02 尾氣污染控制方法

污泥焚燒過程中減少二噁英生成與排放的主要方法是針對(duì)燃燒條件的控制，以減少前驅(qū)物和二噁英的生成。焚燒過程中，燃燒條件需按照“3T+E”的控制原則來進(jìn)行。3T即指：燃燒溫度(Temperature)、停留時(shí)間(Time)、紊流度(Turbulence)；E是過氧控制(Excess)。為滿足控制上述燃燒條件的適用范圍，則須考慮焚燒爐類型和干化污泥形態(tài)。

經(jīng)過比較，干化污泥的均質(zhì)形態(tài)再加上流化床內(nèi)的物料循環(huán)，是控制尾氣污染的最佳組合。同時(shí)，流化床焚燒爐爐溫恒定在850 ℃左右有利于保證燃燒煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間，并且其大的熱容量和良好的物料混合速率可減少過?？諝獾漠a(chǎn)生，使污泥燃盡率大幅提高，二噁英分解徹底，同時(shí)可減少重金屬向煙氣轉(zhuǎn)移以及NOx的生成。

除了實(shí)現(xiàn)“3T＋E”控制原則，在運(yùn)行過程中，常常還會(huì)投加生石灰(CaO)、氫氧化鈣［Ca( OH)2］等堿性物質(zhì)，其作用包括對(duì)SO2、Cl2等酸性氣體脫除、對(duì)生成二噁英前驅(qū)物五氯苯酚(PCP)和六氯苯酚(HCB) 的阻滯，以及捕獲易揮發(fā)重金屬從而減少它們?cè)跓煔庵械暮?。?duì)于低溫冷卻區(qū)(250~450 ℃) 再次合成的二噁英，往往采用驟冷技術(shù)使煙氣溫度迅速冷卻至200 ℃以下，以避免二噁英的再生。

03 尾氣污染物處理技術(shù)及成套設(shè)備

為防止二噁英等尾氣污染物進(jìn)入環(huán)境，尾氣均會(huì)通過凈化設(shè)備進(jìn)行處理，相應(yīng)技術(shù)有洗滌除塵、活性炭吸附以及包括光解催化氧化、催化分解、催化過濾、電子束照射和低溫等離子體等新型技術(shù)。其中，洗滌除塵、活性炭吸附、光解催化氧化、催化分解以及催化過濾不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二噁英的去除，也是去除煙氣中重金屬、NOx最常用的方式。

總之，不論是傳統(tǒng)技術(shù)還是新型技術(shù)，均可以將污泥焚燒產(chǎn)生的少量二噁英、重金屬以及 NOx等污染物進(jìn)一步去除，效率均可達(dá)90%以上。

04 國內(nèi)外應(yīng)用案例

針對(duì)尾氣污染物中的二噁英來說，美國水環(huán)境聯(lián)合會(huì)在正式出版的《Wastewater Solid Incineration Systems》一書中早已提及，沒有必要為市政污泥焚燒系統(tǒng)設(shè)置二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槭姓勰喾贌a(chǎn)生的多環(huán)芳烴物質(zhì)(不僅包括二噁英，還包括呋喃以及多氯聯(lián)苯酚) 的排放值很低。近15年來，德國、英國、西班牙等歐洲發(fā)達(dá)國家研究報(bào)告亦獲得相似結(jié)論：沒有證據(jù)表明污泥焚燒甚至生活垃圾焚燒尾氣會(huì)對(duì)人類健康產(chǎn)生影響。

05 結(jié)語

綜上，針對(duì)污泥焚燒中的尾氣污染物，從產(chǎn)生原理、潛在危害到控制/處理技術(shù)、成套設(shè)備等多角度進(jìn)行分析，亦知，二噁英等尾氣污染物在焚燒過程中的生成濃度本來就不高，再加上成熟的控制與處理技術(shù)，不必過度擔(dān)心這些尾氣污染物的泄漏以及對(duì)人體健康的威脅，同時(shí)美、歐等國家早已發(fā)布技術(shù)報(bào)告予以澄清，無需擔(dān)心污泥焚燒二噁英的產(chǎn)生，它們的產(chǎn)生濃度不經(jīng)處理直接排放濃度便已在控制標(biāo)準(zhǔn)(0.1ng-TEQ/m³) 以下。