近年來，我國的污染水處理產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展，在治理水污染方面起到了十分重要的作用。然而，污水處理廠產(chǎn)生的污泥問題日益突出。污泥是污水處理的伴生產(chǎn)物，含水率高，體積龐大，組成成分極其復(fù)雜且難以處理。污泥的處置方式可以歸納為填埋、堆肥、焚燒、土地利用和建材利用等。填埋棄置的處置方式成本較低，操作簡便，是最常用的污泥處置方式之一，但極易造成二次污染，且大量土地資源被占用。堆肥法費時較長，占地大，臭味大。由于城市污泥通常含有較高濃度的重金屬，其堆肥后的產(chǎn)品以園林綠化用途為主，不能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。土地利用法是將經(jīng)過處理后的污泥作為農(nóng)用泥土或者園林綠化泥土。建材利用法是將污泥制成輕質(zhì)材料、建筑磚、水泥、陶粒等加以利用。
污泥焚燒一般是指將污泥脫水或者干燥后，送入焚燒爐進行焚燒。直接焚燒要求污泥滿足一定的含水率、低位發(fā)熱量、酸堿度、可燃有機物含量等。鑒于此，通常將直接焚燒技術(shù)應(yīng)用于污泥處置時，需要先將污泥進行一定程度的干燥處理。而且，可以使用焚燒污泥產(chǎn)生的尾部廢氣作為熱源干燥污泥，這樣可以減少高熱廢氣給環(huán)境帶來的熱污染，還能顯著提升能量利用效率。只要工藝選擇恰當、設(shè)施設(shè)備運行良好、操作運行規(guī)范時，甚至可以減少或者不添加輔助燃料，實現(xiàn)污泥焚燒的穩(wěn)定燃燒。
將具有較好燃燒特性的其他燃料(如煤、生活垃圾、生物質(zhì)等)與污泥進行混合燃燒也是污泥焚燒方式的一種。混合燃燒設(shè)備不需要配套的干燥系統(tǒng)，只需要額外建立污泥與燃料的混合輸送系統(tǒng)即可，系統(tǒng)簡單，操作方便，運營成本也大大降低。因此，在許多污泥處理方法中，焚燒技術(shù)被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ弧＝Y(jié)合我國的實際情況，污泥與火電廠煤粉鍋爐摻混燃燒的處理方法是比較可行的。
1、污泥焚燒設(shè)備
發(fā)展初期，爐排爐、帶式爐、流化床、回轉(zhuǎn)窯爐和旋風爐等多用于污泥的焚燒。隨著科技的發(fā)展，流化床鍋爐逐漸取代最早的多段豎爐，并發(fā)展出道爾奧利弗型、回旋型、干燥段型等，逐漸成為污泥焚燒的主流設(shè)備。
流化床技術(shù)應(yīng)用于污泥焚燒具有以下優(yōu)點：流化床鍋爐床料自身儲熱能力強，在運行過程中，床料處于湍動狀態(tài)，因此床料之間的熱量傳遞可瞬間完成，容易實現(xiàn)溫度場和物料場的均勻分布。質(zhì)量交換和熱量傳遞速率快，當出現(xiàn)局部低溫或高溫時，熱量能夠瞬間從其他床料處傳來，使床內(nèi)溫度重新恢復(fù)均勻，因而能夠?qū)Υ矁?nèi)溫度實現(xiàn)較好的把控。流化床的構(gòu)造并不復(fù)雜，且其燃燒效率高，在較低的過量空氣系數(shù)條件下依然能夠保持流化態(tài)燃燒，穩(wěn)定性較好。燃料適應(yīng)性好，能廣泛應(yīng)用于各種特質(zhì)的燃料，在處理含有大量易揮發(fā)物質(zhì)(如含油污泥等)時，也不存在爆炸的風險。能夠有效降低SO2和NOx等酸性氣體的排放，在環(huán)保方面具有重大意義。
在各類焚燒裝置中，對于污泥的焚燒處理，流化床焚燒爐不僅能夠有效地解決污泥本身的一些缺點，如細顆粒含量較高、燃燒不充分以及不穩(wěn)定等問題，而且在煙氣排放方面，能降低酸性氣體含量，抑制二噁英的生成，若配合適當?shù)奈矚鉂崈籼幚硐到y(tǒng)，則完全可以滿足環(huán)保要求。因此，在燃煤電廠進行污泥摻燒時，流化床焚燒設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。
2、燃煤電廠摻燒污泥的研究現(xiàn)狀與典型污泥焚燒案例
2.1燃煤電廠混合燃燒污泥的研究現(xiàn)狀
污泥焚燒工藝在20世紀90年代以后逐漸成熟。在德國、丹麥、日本等許多發(fā)達國家，焚燒處理法得到了迅速發(fā)展，且應(yīng)用非常廣泛。隨著國際環(huán)保標準的提高，污泥焚燒法因具有減量和無害化的優(yōu)勢，受到越來越多研究者和企業(yè)的重視。
OGADAT等人研究了流化床中濕污泥顆粒的燃燒過程。在加熱過程中，污泥中80%的碳析出，污泥的焚燒主要是一個氣相焚燒的過程。段峰等人研究了不同煤種與污泥之間的摻燒狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合燃料各有其最優(yōu)摻燒比。LECKNERB等人分別在兩種不同規(guī)格的循環(huán)流化床鍋爐上進行了污泥與煤和生物質(zhì)的混合燃燒實驗。結(jié)果表明，當污泥摻混比少于25%時，污泥與煤或生物質(zhì)在循環(huán)流化床內(nèi)的摻混燃燒可以實現(xiàn)氣相污染物的有效控制，并滿足歐盟和德國的排放標準要求。時正海等人在1MWth循環(huán)流化床燃燒試驗平臺上對污泥和煤混合燃料進行了燃燒試驗，并對燃燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體、二噁英和飛灰等氣相污染物進行了監(jiān)測。結(jié)果表明，進行爐內(nèi)脫硫處理時，可以將污染物控制在國家排放標準以內(nèi)。高穎佳研究對比了污泥與煤在不同混合比例和不同煅燒溫度下灰渣的特性。結(jié)果表明，赤鐵礦和鈣長石的存在導致混合物料的熔融溫度降低，而煤灰中莫來石的存在會使混合物的熔融溫度增加。
國外關(guān)于污泥直接焚燒和混合燃燒的實驗研究開始得較早，發(fā)展時間也較長，在具體工程應(yīng)用方面處于領(lǐng)先水平。近年來，國內(nèi)也陸續(xù)啟動了污泥直接焚燒和混合燃燒項目的研究，總體來說，污泥焚燒的理論研究取得了一定的進展，但仍有提升的空間。隨著國家政策導向和固廢處理的迫切要求，污泥焚燒技術(shù)，尤其是對污泥與煤的摻燒進行進一步的研究和發(fā)掘很有必要。
3、燃煤電廠摻燒污泥存在的問題
3.1 成本問題與燃料特性對摻燒的影響
運行成本和能耗可以反映污泥焚燒技術(shù)水平和能量利用效率，也是判斷系統(tǒng)優(yōu)劣的重要參數(shù)。制約其發(fā)展的主要因素之一是較高的投資運行成本，比如污泥在焚燒時還應(yīng)同步建設(shè)相應(yīng)的煙氣處理設(shè)施，以保證煙氣排放滿足國家標準。
污泥含水率與熱值息息相關(guān)，如表1所示。污泥含水率過大與煤粉過濕造成的后果相同，但要降低污泥的含水量，系統(tǒng)耗能將增加。當污泥的熱值高且含水率低時，可以減少輔助燃料的投入，降低額外燃料成本。當污泥的熱值低且含水率高時，則需要更多的輔助燃料輸入，將會大大增加運行成本。
3.2 環(huán)境污染與能量回收問題
由于污泥中含有多種污染物，焚燒后煙氣中也相應(yīng)含有多種復(fù)雜的有害污染物(如NOx，SOx，HCl，二噁英等)以及煙塵。污泥的污染物將會給環(huán)境安全和公眾健康帶來一定的影響。
污泥焚燒會產(chǎn)生大量的熱量，但目前污泥能量回收率依然較低。摻燒過程中，過量空氣系數(shù)增大，煙氣量增加，導致煙氣流速較大，這不僅會造成能量的浪費，還將會給煙氣通道內(nèi)的設(shè)備帶來嚴重的磨損和腐蝕。提高污泥焚燒能源的回收率和利用率，既可以降低污泥處理設(shè)備的投入和后期維修的費用，又可以有效利用污泥熱量，避免能源的浪費。
3.3 污泥的燃燒穩(wěn)定性問題
污泥摻燒比例較低，一般不會影響鍋爐的穩(wěn)定運行，對粉煤灰的綜合利用影響不大，也不會對鍋爐煙氣的達標排放產(chǎn)生影響。但是污泥熱值一般都低于煤炭的熱值。隨著污泥摻燒量的增加，爐膛內(nèi)熱量的下降將導致煙氣出口溫度降低。另外，污泥中的揮發(fā)性物質(zhì)含量相對較高，主要燃燒區(qū)域略向爐膛上部移動，煙氣溫度分布不均勻，在低負荷運行時，這可能導致鍋爐運行不穩(wěn)定。因此，需要研究燃煤鍋爐在不同運行工況下，合適的污泥摻燒量和燃燒過程的優(yōu)化調(diào)整，使爐膛燃燒穩(wěn)定，達到最佳運行狀態(tài)。
4、燃煤電廠摻燒污泥的發(fā)展趨勢
目前，污泥的無害化處理以及資源化利用還處于探索階段，焚燒和填埋仍將會在一定時間內(nèi)成為我國污泥處理的主要渠道�？傮w來看，降低污泥摻燒成本、控制污泥燃料特性、注重環(huán)境污染問題、提高能源回收利用率是未來污泥摻燒技術(shù)的主要研究方向。污泥是一種很有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環(huán)境危害，許多國家都在大力發(fā)展污泥處置和利用技術(shù)。雖然目前燃煤電廠摻燒污泥技術(shù)存在上述一些問題，但是根據(jù)國情，結(jié)合實際情況，綜合考慮摻燒工藝和污泥的特點，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，污泥的無害化摻燒必將成為未來最具潛力的處置方法。
5、結(jié)論
(1)城市污水來源復(fù)雜、廣泛，任何點源的間歇性排放，都可能使摻燒產(chǎn)生的污染物排放數(shù)據(jù)大幅跳躍，而每批污泥都進行實時檢測是難以做到的。因此，燃煤電廠摻燒污泥成為污泥處置的發(fā)展方向仍需進行大量的研究和試驗。
(2)雖然燃煤電廠污泥摻燒僅建立污泥輸送系統(tǒng)，省卻污泥干化系統(tǒng)的投資與建設(shè)，系統(tǒng)簡單，操作較為方便，但污染處理費用及設(shè)備損壞維修費用高昂是制約其發(fā)展的主要因素，尚需要相應(yīng)的政策扶持。
(3)燃煤電廠污泥摻燒處理技術(shù)仍需進一步提升以降低處理成本。要真正做到無害化的污泥處置，需要政府、研究機構(gòu)、電廠和污水處理廠等共同努力，建立相應(yīng)的法律法規(guī)，合理規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮，以解決我國污泥無害化處理的問題。(來源：上海電力學院，上海外高橋發(fā)電有限公司)
