污泥熱處理技術(shù)值得關(guān)注的幾個問題與展望

污泥是城市污水廠在污水處理過程的副產(chǎn)品，除初沉池采用物理方法攔截下的組份相對簡單的物化污泥外，大量的是來自二沉池生物處理后過剩的有機(jī)物及其它攔截下來的有毒有害物質(zhì)，又稱生化污泥。

污泥熱處理技術(shù)及其關(guān)注的問題

污泥是污水處理廠在污水處理過程的副產(chǎn)品，除初沉池采用物理方法攔截下的組份相對簡單的物化污泥外，大量的是來自二沉池生物處理后過剩的有機(jī)物及其它攔截下來的有毒有害物質(zhì)，又稱生化污泥。這些曾在污水處理中發(fā)揮重大作用、而又根據(jù)需要退出“戰(zhàn)斗”的微生物及其組成的菌膠團(tuán)，往往處于亢奮狀態(tài)，這些處于高度的活性狀態(tài)的菌膠團(tuán)常常隨著環(huán)境的改變而發(fā)生快速的變異，尤其表現(xiàn)在污泥所持有的高致病菌、高重金屬含量等特征上，從而引發(fā)出民眾對污泥處置二次污染的擔(dān)憂。

隨著近年來人們對污泥微觀研究的深入，應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，污泥熱處理技術(shù)正受到人們前所未有的關(guān)注。據(jù)資料介紹，從最早的污泥燒制陶粒、制磚技術(shù)開始，到如今污泥干化-焚燒技術(shù)(上海石洞口)，污泥煙氣余熱干化技術(shù)(浙江義烏)，污泥噴霧干燥-回轉(zhuǎn)式焚燒技術(shù)(浙江蕭山臨浦)，污泥一體化干化循環(huán)流化床焚燒技術(shù)(杭州七格)。這么多的污泥熱處理技術(shù)形成了百花齊放爭葩斗艷的繁榮景象，但是民眾倍加關(guān)注的劇毒二惡英的問題，污泥干化過程中惡臭排放和尾氣治理問題，以及業(yè)主關(guān)注的污泥干化粘結(jié)的，污泥熱處理高能耗的問題都越加突出。

最近，有關(guān)污泥熱解技術(shù)從美、日、德等發(fā)達(dá)國家進(jìn)入我國，國內(nèi)也有同濟(jì)大學(xué)、哈工大等在研究，目前正尋求國內(nèi)示范工程階段，該技術(shù)的發(fā)展大有后來者據(jù)上的趨勢，領(lǐng)跑污泥熱處理技術(shù)，被稱之為第四代污泥熱處理技術(shù)。

污泥熱處理的技術(shù)關(guān)注點是什么?污泥熱處理技術(shù)發(fā)展前景如何?污泥熱處理運行管理如何強化?

1.二噁英生成的疑慮

污泥中的含氯有機(jī)物的一定范圍的溫度作用下生成二噁英，由于二噁英以其危害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于污泥本身及其人們已知的其它物質(zhì)，受到人們的特別關(guān)注，也是污泥熱處理技術(shù)中首先會直接面對的問題。

分析認(rèn)為：在污泥熱處理過程中產(chǎn)生二噁英的途徑主要有四種：直接釋放、高溫氣相生成、前驅(qū)物固體催化合成、從頭合成。直接釋放是指固廢中本身所含有二噁英并且在焚燒過程經(jīng)過不完全的分解破壞后繼續(xù)存在，與其他途徑產(chǎn)生的二噁英相比較，這部分的量是相當(dāng)小的。高溫氣相生成是由不同的二噁英前驅(qū)物(如氯酚、多氯聯(lián)苯)在高溫和氧氣的條件下反應(yīng)生成二噁英。前驅(qū)物固體催化是二噁英前驅(qū)物在低溫燃燒區(qū)在受到催化劑(金屬或其氧化物)作用反應(yīng)生成。從頭合成是通過形成二噁英的基本元素(碳、氧、氯、氫)在催化劑作用下發(fā)生氧化和縮合反應(yīng)生成二噁英。

從以上四個形成二噁英的過程中，可以得出產(chǎn)生二噁英的條件為：有形成二噁英的基本元素(碳、氧、氯、氫)或前驅(qū)物，一定的溫度范圍、金屬催化劑以及氧化所需的氧氣。

高溫焚燒是在氧化氣氛下進(jìn)行，具有生存二惡英的必要條件，人們往往采用提高爐溫(800℃/2秒以上)，來避免它的產(chǎn)生，但是這種方法只能降低而無法徹底的消除二噁英的生成。

污泥熱解過程由于是在無氧環(huán)境下進(jìn)行，從源頭上抑制了二噁英的合成。其次，經(jīng)過凈化處理后的熱解氣不存在具有催化作用的物質(zhì)(金屬或其氧化物)，熱解氣的燃燒過程是一個徹底而潔凈的氧化過程。

另據(jù)國外報道稱，熱解過程不但能有效的防止二噁英的產(chǎn)生，還可以處理被二噁英污染的土壤或物質(zhì)，二噁英的有效去除率達(dá)到99%。

2.干化過程的防粘結(jié)和尾氣處理

污泥熱處理技術(shù)前段，一般是污泥干化的過程，即將包絡(luò)在污泥中的水采用熱能預(yù)以汽化并排除，以滿足不同的熱處理技術(shù)的要求。

由于污泥有機(jī)物組份、活性、變異和其它物理特征，決定了在降低含水率的過程中無法避免的污泥粘結(jié)問題和大量的臭氣逸出，若處理不當(dāng)，造成示范工程失敗，以至名利俱損也時有發(fā)生。筆者認(rèn)為，污泥熱處理技術(shù)中防粘結(jié)和除臭措施及其實效是技術(shù)含金量的重要成色。

城市污泥在干燥過程中有一特殊的膠粘相階段(含水率為60%-40%左右)。在這一極窄的過渡段內(nèi)，污泥極易結(jié)塊，表面堅硬、難以粉碎，而里面卻仍是稀泥，這為污泥的進(jìn)一步干燥和滅菌帶來極大困難，且能耗比達(dá)到常態(tài)的2.5倍。解決這一問題的有效手段就是干料返混，干燥器進(jìn)料前先將一定比例含固率>90%的干泥顆粒返回混合器與濕污泥混合，其過程中干粒起到如珍珠核的作用，濕污泥只是薄薄地包裹在干粒外面?？刂苹旌系谋壤?，使混合物的含水率降到30%～40%，這樣使污泥直接越過膠粘相，大大減輕了污泥在干燥器內(nèi)的粘結(jié)，干燥時只需蒸發(fā)顆粒表層的水分，使干燥容易進(jìn)行，能耗降低。

國外對污泥處理的管理非常嚴(yán)格，它必須是環(huán)境安全的，不能產(chǎn)生二次污染。所以國外的污泥干化技術(shù)很重視尾氣處理和臭味控制。早期的ESP直接加熱系統(tǒng)，引入外部空氣經(jīng)加熱后通入干燥器，蒸發(fā)污泥中的水分并運送污泥。離開干燥器后熱風(fēng)與干污泥顆粒分離，然后經(jīng)過除塵、熱氧化除臭后排放。由于熱風(fēng)的量很大，使得尾氣處理成本非常高，這一缺陷使人們一度將興趣轉(zhuǎn)到了間接加熱系統(tǒng)上。后來，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)鼓式直接加熱工藝，采用了氣體循環(huán)回用的設(shè)計，使這一缺陷得到明顯改善。在其干燥工藝中，熱風(fēng)經(jīng)過除塵、冷凝、水洗后，85%返回轉(zhuǎn)鼓，只有15%需經(jīng)過熱氧化除臭后排放。這減少了尾氣處理的負(fù)擔(dān)，更重要的是大大減少了外部空氣的引入量，將轉(zhuǎn)鼓內(nèi)氧氣的含量維持在很低的水平，從而很大程度上提高了系統(tǒng)的安全性能。對于間接加熱系統(tǒng)，尾氣的量要小得多，相應(yīng)尾氣處理的負(fù)擔(dān)要輕得多。間接加熱干化后的尾氣經(jīng)冷凝、水洗后送回燃燒爐，將產(chǎn)生臭味的化合物徹底分解，所以其尾氣能滿足很嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。另外，無論是直接加熱或間接加熱系統(tǒng)，干燥設(shè)備內(nèi)部都采用適當(dāng)負(fù)壓，避免了臭氣的外泄，工廠的污泥倉、干燥車間、成品倉等構(gòu)筑物內(nèi)的氣體都抽走集中處理。

所以，不管是何種熱處理技術(shù)，選擇什么樣的干化系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的，這決定了這種熱處理技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性以及有沒有二次污染的關(guān)鍵。

3.尋求污泥熱能自持平衡點

采用循環(huán)流化床直接焚燒濕污泥，通過回收熱能用于預(yù)干化污泥，并輔以適當(dāng)降低排煙溫度的技術(shù)措施，使該系統(tǒng)在污泥干基高位發(fā)熱量3143kcal/kg，含水率達(dá)到75%時，實現(xiàn)污泥熱能自持平衡。資料表明，采用噴霧干化焚燒系統(tǒng)時，當(dāng)污泥干基高位發(fā)熱量3600 kcal/kg 含水率80%時污泥可實現(xiàn)自持燃燒。

采用高溫有氧焚燒系統(tǒng)，消耗在預(yù)熱空氣中的能量占31.5%左右，而實際獲得的有效氧含量只占到全部空氣量的21%，而占78%的氮氣，對高溫焚燒的能量提供絲毫沒有貢獻(xiàn)，卻帶走了大量的熱能(按試驗數(shù)據(jù)計算高達(dá)總量的20%)。同時易生成NOX加重了尾氣難度。

與焚燒工藝相比，熱解工藝產(chǎn)生的廢氣量要小得多，所以尾氣帶出的能量要小的多。雖然在熱解過程中，物料中約8%左右碳被固定在熱解殘渣中，但與焚燒尾氣帶走的能量相比微乎其微。因此，從能量利用角度講，熱解比焚燒的能量利用率更高，能量損失更小。熱解系統(tǒng)中，采用間接加熱干化工藝，當(dāng)污泥干基高位發(fā)熱量3200 kcal/kg 、污泥含水率80%時，系統(tǒng)不需要額外添加輔助燃料。

4.脫水機(jī)械改進(jìn)和工藝完善技術(shù)思路

我國從上世紀(jì)九十年代開始建設(shè)大型城市污水處理工程和污泥用于堆肥的研究開始,訖今走過了一條較為艱難而曲折的發(fā)展道路。北京、上海、廣州、深圳等城市堅持踐行付出重大。一條共同的認(rèn)識是：解決污泥問題必須從整個污泥處理處置的工藝完整性考量。

機(jī)械脫水是污泥處理工藝不可或缺和分割的重要環(huán)節(jié)，也是熱處理工藝能量是否自平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一般要達(dá)到熱平衡時,當(dāng)污泥含水率達(dá)到80%時,污泥干基的高位發(fā)熱量在3200-3600 kcal/kg,而一般城市污水廠污泥往往無法滿足這樣的要求,怎么辦?如何進(jìn)一步降低含水率成為必要,而加強機(jī)械脫水效率是首先途徑。

有人提出從水力同向、薄層脫水、延長路徑、適當(dāng)施壓等四個方面的理念著手開展對新型脫水機(jī)械的改進(jìn)和研發(fā)。

調(diào)整脫水工藝鏈也是提高脫水效率的重要技術(shù)措施。實際證明，污泥中存在的大量微生物，在一定的熱環(huán)境下進(jìn)入“失活”狀態(tài)，容易使得污泥中的物理態(tài)和生物態(tài)的水由于環(huán)境的變化而變得較易被機(jī)械脫除，在熱處理能量自持平衡的大前提條件下，適當(dāng)設(shè)計回流部分熱能以改善脫水環(huán)境，當(dāng)熱產(chǎn)出大于熱投入時，即形成了工藝的良性循環(huán)，從而獲得在一般污水廠污泥熱值條件下熱處理自持平衡點。

5.展望

污泥熱處理技術(shù)特別是熱解技術(shù)，通過與改進(jìn)脫水機(jī)械相結(jié)合的熱利用的優(yōu)化設(shè)計，通過技術(shù)手段，能完全解決二噁英生成、污泥熱干化粘結(jié)和尾氣處理達(dá)標(biāo)三大難題，獲得污泥處理熱能自持平衡的完整工藝。這種建立在污泥無害化基礎(chǔ)上的處理工藝，處理程度更具減量化、穩(wěn)定化，較其它處理工藝技術(shù)比較更具先進(jìn)性。

污泥處理熱能自持平衡，即在不添加外來輔助燃料的條件下對污泥的穩(wěn)定處理，使得運行費用大為降低并得到控制。

從工程投資方面看，據(jù)調(diào)查噸污泥(含水率80%)處理工程投資25-30萬元是可以被市場接受的。如某省最近三年污泥工程建設(shè)規(guī)模為9000噸(污泥含水率80%)/日，投資額在21億元，噸污泥工程投資額在23萬元以上。

污泥熱處理工藝的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具有可行性。

就規(guī)模效應(yīng)分析，高溫焚燒工藝由于設(shè)備容量大較適用于大型污水廠，而低溫?zé)峤夤に嚥捎媒M合式裝備，其規(guī)模適應(yīng)性更強，它不僅適用于對較大規(guī)模污泥量的處理，也適用于中小規(guī)模污泥的處理，特別是適合我國眾多縣級污水廠污泥的處理。

由此分析，筆者認(rèn)為污泥熱處理技術(shù)領(lǐng)先市場前景看好。

6.建設(shè)管理的二點建議

建議一，將脫水車間劃歸污泥工藝段管理

據(jù)調(diào)查，目前在污水處理廠的生產(chǎn)管理上，往往把污泥脫水車間列在污水處理工藝段，即污泥機(jī)械脫水至含水率80%的工作由污水處理段管理，其后為污泥處理部分。筆者認(rèn)為，這種管理分割，容易給污泥處理工藝的完整性帶來技術(shù)上的負(fù)面效應(yīng)，特別當(dāng)人們提出污泥熱處理熱能自持平衡的目標(biāo)時矛盾尤為突出。

由于現(xiàn)代污水處理流程的連續(xù)性，而現(xiàn)有機(jī)械脫水設(shè)備存在諸多不可克服的缺陷，再加上管理上的人為分割，在污水處理階段進(jìn)入末端的污泥脫水處理往往得不到相應(yīng)的重視，反映在管理上會派一些相對體力較弱、知識層次較低的人員在崗，其責(zé)任目標(biāo)又往往被污水處理達(dá)標(biāo)的大目標(biāo)所掩蓋而得不到重視，考核也相對較松。

實踐證明，這種在管理上的分割宜造成污泥管理段的被動，如石洞口廠，由于污泥機(jī)械脫水始終達(dá)不到后序干化焚燒工藝的進(jìn)泥含水率設(shè)計要求，使得污泥處理能耗隨機(jī)械脫水含水率而波動，一度造成運行成本居高不下的原因;采用污泥干化焚燒工藝，技術(shù)余度(或容差)較小，敏感性變強，造成上下游在管理問題上扯皮現(xiàn)象頻現(xiàn)。人為增加的技術(shù)經(jīng)濟(jì)矛盾，在業(yè)內(nèi)形造成負(fù)面印象，人們一度懷疑污泥熱處理技術(shù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性?

筆者在本文中提出，采用熱處理技術(shù)對污泥處理，在處理熱能自持平衡的大前提條件下，適當(dāng)設(shè)計回流部分熱能改善脫水環(huán)境，獲得熱產(chǎn)出大于熱投入良性循環(huán)，是污泥熱處理工藝完整的重要技術(shù)思路，要求在管理做出相應(yīng)調(diào)整，建議將機(jī)械脫水環(huán)節(jié)從污水處理工藝末端提升到污泥處理工藝始端十分必要。

建議二，在污泥處理領(lǐng)域培養(yǎng)和充實熱能類專業(yè)技術(shù)力量

污水處理廠的管理始于城市排水管理，從專業(yè)角度分析，承擔(dān)管理領(lǐng)導(dǎo)者出自環(huán)境專業(yè)和給排水專業(yè)人士居多，在污水處理廠聚集最多的技術(shù)力量也出自上述專業(yè)范圍。

由于對熱能專業(yè)知識略顯欠缺，以致對污泥熱處理技術(shù)的前瞻性認(rèn)識不足。俗語說“水火不相容”，搞水的人去認(rèn)識“火”以致駕馭“火”去處理污泥，無論從認(rèn)識還是從實踐上較常人需更大的“勇氣”和更多的“付出”。當(dāng)人們一旦認(rèn)識到污泥熱處理技術(shù)的前瞻性時，往往已走過較多的彎路和付出的代價，這種現(xiàn)象不僅存在于污水廠等運行管理層，也存在于相關(guān)的工程建設(shè)管理、工程設(shè)計管理和工程建造管理層面上。據(jù)了解，保持石洞口廠安全穩(wěn)定運行的，是一支由熱電專業(yè)人士領(lǐng)軍的團(tuán)隊。

由此分析，認(rèn)識到污泥熱處理技術(shù)發(fā)展的前瞻性形勢，建議在污泥處理領(lǐng)域，培養(yǎng)和充實熱能類專業(yè)技術(shù)力量。