略述城市污水厂污泥热化学处理技术

简介： 简略地叙述了污水厂污泥热化学处理方法的现状 及发展趋势。并就污泥焚烧处理与污泥热解处理进行了分析和比较。
关键字：焚烧 污泥处理 低温热解

A Simple Disussion on Heat-Chemical Treated Methods of
Sludge in the Municipal Wastewater Treatment Plant

Wang Xun

Abstract:　This paper presents a brief account of the curren t situation and developing trend of heat-chemical treated methods of sludge of wastewater p lant.Furthermore,sludge incinerational treatment and sludge heat-decomposed tre atment are analysed and compared.
Key words:　incineration; sewage sludge treatment and dispo sal; low-temperature pyrolysis
Wang Xun:　Lect.,Dept.of Environmental Engineering,WUST 4300 70,China.

　　随着城市污水处理的普及，城市污水厂污泥将大量增加，这些污泥如不经处置直接排放，会 产生严重的污染。目前污泥处理方法种类繁多，但大都存在一些弊端，如处理不彻底，易产 生新的二次污染等。污泥热化学处理方法(污泥受热发生化学反应使之稳定、减容的方法)具 有灭菌效果好，处理迅速，占地相对较少，处置后污泥稳定并可利用其所含有机物实施能源 回收等优点。可达到使污泥处置减量化、无害化、资源化的目的。因此被认为是很有前途的 污泥处理方法，受到了广泛关注。
　　污泥热化学方法主要可分为：焚烧法；低温热解法。

1　污泥焚烧
　　污泥焚烧是将污泥置入焚烧炉内，在过量空气加入情况下，进行完全焚烧。焚烧后最终污泥 含水率为0，其中多环芳烃类污染物不复存在，其它有机污染物含量也几乎为0(重金属离子 不能被有效去除，沉积在煤灰中)，其体积大为缩小，使污泥最终处置极为便利。
1.1　焚烧工艺流程与要素
　　污泥焚烧处理流程如图1所示。a.污泥含水率的多少是污泥焚烧处理中的一个关键因素。它直接影响污泥焚烧设备和处理费用(当污泥挥发物含量高，含水率低时，通常能维持自燃)。因此降低污泥含水率对于降低污 泥焚烧设备及处理费用是至关重要的。一般如将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时，可形成自燃，节约燃料^［2］ 。b.温度、时间、氧气量、挥发物含量也是焚烧能否取得成功的基本条件。温度超过800 ℃时 ，有机物才能燃烧。但此时污泥燃烧会产生大量恶臭性刺激气体。为消除此种气体，一般将 温度升至1000 ℃或加设二次燃烧设备。焚烧时间越长，焚烧越彻底。但会增加能耗，因此一般污泥焚烧时间为0.5～1.5 h^［5］。氧气是焚烧的动力，通常由空气供应(空气量不足，燃烧不充分，空气量过多，加热空气 会消耗过多的热量，也不适宜)。一般采用50%～100%过量空气^［2］。污泥挥发物含量一般可反映出污泥含潜在热量的数量。这部分热量可用于污泥焚烧，但往往 不足以支持燃烧，因此还需从外界补充热能。c.污泥预处理。污泥在进入焚化炉前加以必要的预处理，能使焚烧更有效地进行。将污泥粉 碎可使投入炉内污泥均匀，保障燃烧充分。污泥预热，可使其含水率下降，降低污泥焚烧时所耗能源。此工序应根据焚烧炉型、设置或 免除。

图1　污泥焚烧流程图

1.2　设备
　　a.污泥焚烧设备现有多种型号，其中最常见的为立式多段炉^［3］。这种炉以逆流方 式运作，热效率很高。之所以不像一般城市垃圾采用炉排式燃烧，主要是因为污泥类废物一 般 都很粘稠，点燃后易结成饼或表面灰化覆盖在燃烧物外表上，使火焰熄灭。需不断搅拌，反 复更新燃烧表面，使污泥得以充分氧化。在多段炉内各段均设有搅拌面，物料在炉内停留时 间也很长，方能使污泥完全燃烧^［4］。为保障工艺顺利进行，除焚烧炉外还需添置污泥器(带粉碎机)，多点鼓风系统，热量回收装 置加(当设二次燃烧设备时，尤要注意此点)，辅助热源(起动燃烧器)和除灰设备等辅助设备 。多段焚烧炉存在的问题主要是机械设备较多，需要较多的维修与保养。耗能相对较多，热效 率较低，为减少燃烧排放的烟气污染，需要增设二次燃烧设备。
　　此外运用较多的还有转窑(回转)炉和流化床炉等。处理效果与多段炉相差不大。
　　b.烟气处理系统。污泥焚烧产生大量带飞灰的烟气，这些烟气中含有多种有毒物质，如二恶 英、甲硫醇、SOx等，形成二次污染。烟气处理工艺复杂、技术难度大、处理成本昂贵。而且废气的潜在性危害，有些还处在环保 工作者的进一步认识、研究之中，如二恶英等。因此，对烟气的治理决不能掉以轻心。
　　据现有资料看，绝大多数国外污泥焚烧设备，已从过去的静电除尘器与干式洗涤法相结合的 处理法，转变成为高性能静电除尘器与湿式洗涤设备和脱硝设备相组合的处理方法。少数新 厂为 去除二恶英、呋喃等有毒物质，还采用了袋滤式除尘设备与其它设备相组合的方式。如美国 1991年建成的一套污泥焚烧设备就采用了干式洗涤器、消石灰喷雾、袋滤式除尘器，可有效 地去除二恶英。日本川崎重工采用了湿式洗涤器、袋滤过滤器、脱硝反应塔。目前，国际上 除了采用袋滤式除尘器外，还广泛通过改善焚烧炉的燃烧状态以解决这一问题。即保持高温 、保持燃烧时间，使污泥得以完全燃烧。污泥焚烧的废气处理工序还有待进一步完善，还有很大的潜力可挖。污泥焚烧后，体积大为缩小，如美Aypernon污水厂每日进消化池污泥9443 m³，经消化后 为7930 m³，脱水后为1160 m³，焚烧后体积为99 m³，为进泥体积的1.05%。大大减 轻了污泥最终处置的负担。污泥焚烧后的灰渣可以采用安全的土地填埋方法予以处置。污泥焚烧的主要缺点在于能耗太大。如日本污泥焚烧耗能量占污泥处置耗能量的70%。每年 因此耗重油3.9×10⁵ m³，且焚烧装置设备复杂，建设和运用费用高于一般污泥处 理方法。因此，国内除少量专门系统外，还没有污泥焚烧设施投入使用。

2　污泥热分解
　　污泥热分解是一种新兴的污泥热处理工艺。将污泥在无氧或低于理论氧气量的条件下，加热 到一定温度(高温：500～1000 ℃，低温：＜500 ℃)，使固体物质分解为油、不凝性气体 和炭三种可燃物。部分产物作为前置干燥与热解的能源，其余能源回收。由于高温热分解耗 能大，目前研究重点放在低温热分解上。
2.1　工艺流程及产物
　　污泥低温热分解工艺流程如图2：

图2　污泥低温热解处理流程图

　　德国哥庭根大学的研究者，已创造出了一种能将污泥转化为液体和固体燃料的间歇式反应工 艺^［9］。此工艺中，干污泥在无氧环境下被加热至300～350 ℃大约30 min。加拿大环保研究人员作了进一步研究。他们对美、加、英三国的18种不同污水厂污泥进行了 检测后，H.W.Campbell 和 T.R.Bridle得出了如下数据：
　　从表1可看出，相同条件下，不同性质污泥经热解后，产物率是不相同的。生污泥油产率明 显高于消化污泥。在热解产物中，不凝性气体热值很低，产率也不高，但带有很强烈的臭味 。其中含有CO，H₂S，CH₄，甲硫醇，二甲硫，三甲硫，氨等。这类气体属可燃性气体， 可通过燃烧脱臭。所产生热能作为补充能源用，但要增加相关设备。

表1　污泥热分解数据表^［8］