污泥干化焚烧项目中的污染识别及污染控制技术分析_朱铭铭.pdf
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1、通过调查上海市城镇污水厂典型泥质和国内常见的干化焚烧工艺,识别梳理污泥干化焚烧项目的产污环节和产生的“三废”污染物。调查对比国内外污泥干化焚烧污染物常见的源头控制、过程控制和末端治理技术,为同类型项目的污染识别和污染控制技术提供技术支撑。在污染识别完整、选取污染控制技术可行的前提下,污染物能够达标排放,且对周边环境的不利影响较小,从而真正实现城镇污水污泥的减量化、资源化和无害化。关键词:污泥干化焚烧;环境影响评价;污染识别;污染控制技术中图分类号:TU992.3 文献标识码:A 文章编号:2096-3815(2023)03-0131-050引言近年来,随着改革开放的深入和经济的高速发展,城镇规
2、模不断扩大,人口不断增加,城市化率不断提高,区域污水量也在不断增加。污泥处理工程是污水处理的延伸,是杜绝因污水处理产生污泥二次污染的重要保障,可从根本上解决污泥的出路问题,减少外运的“跑、冒、滴、漏”。1城镇污水厂污泥泥质以上海市某区为例,该区共设置10座城镇污水处理厂,除了服务范围内的城镇生活污水,每座污水厂还汇入了其服务范围的工业废水。通过10座污水厂的泥质检测数据统计分析,该区城镇污水处理厂的污泥泥质成分如表1所示,污泥干基高位热值基准为3 300 kcal/kg。表1 上海市某区城镇污水处理厂的污泥泥质成分(绝干污泥)指标碳(Car)氢(Har)硫(Sar)氧(Oar)氮(Nar)氯(
3、CLar)灰分(Aar)水分(H2O)合计(ar)可燃分(B)数值/%28.3 4.567 1.265 15.13 4.8780.03 45.83010024.662污泥干化焚烧厂的主要工艺流程污泥干化焚烧厂主要包括湿污泥接收系统、污泥干化系统、污泥焚烧系统、烟气处理系统和炉渣、飞灰处理系统。城镇污水厂脱水污泥(一般含水率约为80%)经干化处理后进入焚烧炉,入炉焚烧时含水率降至55左右,焚烧过程中通过余热锅炉回收热量,回收的热量用于污泥干化。典型污泥干化焚烧处置的工艺流程为:进厂的湿污泥经干化系统加热干化降低含水率后,进入焚烧炉焚烧处理,焚132建筑科技2023 年 第 3 期评估与检测Ass
4、essment And Testing3污泥干化焚烧厂的典型污染识别3.1废气3.1.1臭气城镇污水厂污泥中的硫酸盐和有机物,在微生物的生物化学反应作用下会释放出H2S、氨、硫醇等恶臭物质1。因此,湿污泥接收过程中,卸料大厅、接收仓、储仓会产生恶臭气体。污泥干化过程中,干化机内部采用负压抽风,干化载气进入焚烧炉处理,但干化过程中仍会有少量恶臭气体。3.1.2焚烧烟气焚烧烟气中的主要污染因子包括颗粒物、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、氨(NH3)、汞(Hg)、砷(As)、镉(Cd)、铅(Pb)、Cd+铊(Tl)、二噁英等。其中,颗粒物主
5、要来源于污泥中的灰分、焚烧烟气中的烟尘和烟气处理系统投加药剂后尾气中的粉尘;酸性气体HCl、HF、SO2主要来源于污泥中含Cl、F、S等化合物的燃烧分解;CO来源于含碳化合物的不完全燃烧;Hg、As、Cd、Pb、Cd+Tl主要来源于污泥中的重金属成分高温燃烧过程中产生的气态物质或气溶胶;二噁英主要来源于含多氯二苯并对二噁英(PCDD)或多氯二苯并呋喃(PCDF)的化合物的不完全燃烧、含氯有机物的热解重排反应2、无机氯化物和有机化合物在飞灰中金属化合物的催化作用下反应合成;NOx主要由空气中的氮气在高温下热氧化产生;NH3主要来源于脱硝过程中的氨逃逸。3.2废水3.2.1脱酸废水焚烧尾气经静电除
6、尘、干法脱酸、活性炭吸附和布袋除尘处理后,送湿法洗涤塔处理。焚烧烟气中的酸性物质与碱液发生中和反应,最终形成含盐的脱酸废水排放。废水的主要成分为粉尘和洗涤产物,含有可溶性的氯化物、氟化物、总铜和总锌等,还有微量的Hg、Pb、镍(Ni)、As、Cd、铬(Cr)等一类污染物。3.2.2其他废水其他废水主要包括:(1)除臭系统采用酸洗碱洗的工艺,在臭气处理的过程中,臭气中的酸性物质和碱液发生中和反应、碱性物质和酸液发生中和反应,最终形成含盐除臭系统排水;(2)清洗污泥运输车辆产生的废水;(3)污泥干化过程中,污泥中的水分随着干化机载气排出干化机,经冷凝器冷凝后,干化载气中的大部分水蒸气形成冷凝水;(
7、4)余热锅炉定期产生的排污水;(5)道路车间地面冲洗产生的废水。以上废水中的主要污染物包括化学需氧量(以下简称“CODCr”)、五日生化需氧量(以下简称“BOD5”)、氨氮(NH3-N)、总磷(以下简称“TP”)、悬浮物(以下简称“SS”)。3.3固体废物3.3.1炉渣焚烧后的污泥中的灰分大部分被烟气携带走,只有一小部分从炉底排渣口排出(由炉压控制),炉渣的主要成分是图1典型污泥干化焚烧处置工艺流程图烧烟气经余热锅炉回收热量后,再通过后道的烟气处理系统去除烟气中的污染物,余热锅炉、静电除尘器底部灰渣和布袋除尘器收集的飞灰作为固体废物委托外部单位处置。具体的工艺流程如图1所示。133建筑科技20
8、23 年 第 3 期评估与检测Assessment And Testing污泥灰分中的大粒径粉尘,属一般工业固体废物。3.3.2静电灰渣焚烧烟气经余热锅炉沉降和静电除尘处理,捕集到的一定量的粉尘,作为静电灰渣,属一般工业固体废物。3.3.3布袋飞灰和废布袋静电除尘后的焚烧尾气在小苏打干法脱酸、活性炭吸附和布袋除尘的过程中产生布袋飞灰和沾染飞灰的废布袋。飞灰的主要成分是重金属和二噁英,其危废属性应鉴定后确认。3.3.4脱酸废水站污泥脱酸废水中含Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等一类污染物,在化学沉淀、絮凝沉淀和混凝沉淀的过程中将产生含重金属的污泥,其危废属性应鉴定后确认。4工艺设备4.1污泥干
9、化设备目前常用的污泥干化工艺按照传热方式分为直接干化和间接干化。直接干化(搅拌式滚筒干化)中,热传递通过湿污泥与热气体的直接接触完成,进气的热量提供了污泥中水分蒸发需要的潜热,蒸发的水分被热气体所携带。间接干化(薄层干化、圆盘干化)中,热传递由湿污泥与热表面的接触来完成,金属壁将污泥和加热介质隔开,蒸发的液体从加热设备中去除。(1)薄层干化机。优点是:污泥以薄层形式摊铺在干化机内壁,传热效率高,密封性较好,停留时间短,当需要调节出泥含固率时,反应较快,不易产生粉尘。缺点是:污泥热值适用范围较小,由于污泥进焚烧炉热值低,容易出现炉温较低的情况,需配合采用高温空预器才能实现自持燃烧。(2)圆盘干化
10、机。优点是:污泥在干化机内时间长,出泥含固率较稳定,污泥热值适用范围广,进焚烧炉热值稳定,可降低辅助燃料的投入。缺点是:密封性较差,干化程度高,干污泥输送有粉尘爆炸的风险,干湿污泥容易混合不均匀。4.2焚烧炉目前国内和国际上应用较多、技术比较成熟的焚烧炉炉型主要有回旋式、固定床和流化床3类。(1)回旋式焚烧炉。适用于固态废物和污泥,进炉废物一般需要进行破碎前处理(小于10 cm),含水率要求小于30%,燃烧温度为800900,烟气在炉内停留时间不超过5 s,废物燃烬时间在0.5 h以内,特别适合低热值燃料。(2)固定床(炉排炉)焚烧炉。固定床主要有炉排炉与回转炉2种,本文主要介绍炉排炉。适用于
11、固态废物,进炉废物基本不需要进行破碎前处理,含水率要求小于50%,燃烧温度为8501 200,烟气在炉内停留时间不超过2.5 s,废物燃烬时间在0.22 h,不适合低热值燃料。(3)流化床焚烧炉。适用于固态废物、液态废物和污泥,进炉废物一般需要进行破碎前处理(小于20 cm),含水率要求小于60%,燃烧温度为800900,烟气在炉内停留时间不超过5 s,废物燃烬时间在数分钟以内,特别适合低热值燃料。5污染控制措施5.1源头控制根据GB/T 246022009城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质,污泥进场前应先对污泥泥质进行测试方可进行污泥干化焚烧,从源头上控制进炉焚烧污泥中的污染物。5.2过程
12、控制5.2.1臭气控制进厂污泥在储坑的停放时间约为7 d,堆放过程中会产生恶臭物质。为避免垃圾坑臭气外溢污染环境,储坑、卸料间、渗滤液处理系统等应保持密闭负压,防止臭气外溢,臭气抽入焚烧炉焚烧。5.2.2NOx控制焚烧烟气中NOx的过程控制主要为燃烧控制法,通过调整焚烧炉内污泥的燃烧工况以减少NOx的产生。广义的燃烧控制法包括喷水降温法及烟气再循环法,狭义的燃烧控制法指的是缺氧燃烧法,也称低氧运转法、两段燃烧法或抑制燃烧法。目前烟气再循环技术是垃圾焚烧领域应用较多的技术,通过将尾部的低氧高温烟气作为二次风通入炉膛,可有效降低最高温度区域的温度,从而减少热力型NOx的产生。5.2.3CO控制焚烧
13、过程中CO的控制主要包括:通过流化床砂流动对污泥进行充分的分散,避免局部的缺氧导致CO的生成;在炉膛内喷入适量的二次空气与烟气混合,使CO和其他还原性气体如NH3、H2、氰化氢(HCN)等,在高温下进一步氧化,最终生成氮气(N2)、氧气(O2)、CO2、H2O2、NOx。5.2.4二噁英控制二噁英在850 以上时极易被分解,燃烧不充分会加剧二噁英的生成。因此,在焚烧过程中应重点关注焚烧温度和燃烧的完全性。焚烧炉运行过程中应确保合理的运行工况,实现3T+E焚烧3,特别是烟气达到850 时,在炉内的停留时间不少于2 s。保证烟气在炉膛内的停留时间和温度,使污泥充分燃烧,在此条件下,二噁英类分解较为
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