隨著我國城市化進程的加快,城市污水處理率逐年提高,城市污水處理廠的污泥產量也急劇增加。未經適當處理的污泥進入環境后,直接會給水體和大氣帶來二次污染,不但降低了污水處理系統的有效處理能力,而且對生態環境和人類活動構成了嚴重威脅。
目前,污泥的處置方法主要是填埋、堆肥農用和焚燒三種。污泥填埋對土地資源浪費較大,且在運輸過程及在填埋場里的滲濾液均易對環境造成二次污染;污泥堆肥或制復合微生物肥時,由于不能有效去除污泥中的重金屬和有害物質,重金屬離子易在土壤和植物體內積累,使土地利用受到限制。干燥后的污泥可產生16.65~20.93MJ/t的熱能,是一種低熱值的燃料,而且焚燒后的灰渣不會造成二次污染。因此,污泥焚燒是目前污泥無害化、減量化處置最有效的途徑。
1我國污泥處置的現狀
據估算,2003年我國城市污水處理廠每年排放的污泥量(干重)大約為130萬噸,而且年增長率大于10%。如果國內的城市污水全部得到處理,則每年將會產生污泥(干重)約840萬噸,約占我國固體廢棄物總量的3.2%。在我國城市化水平較高的幾個城市與地區,污泥處置問題已十分突出。
目前,在我國污泥處理處置的主要方法中,污泥農用約占44.8%、陸地填埋約占31.0%、其它處置約占10.5%、未經處置約占13.7%。據統計,我國用于污泥處理處置的投資約占污水處理總投資的20%~50%。從以上數據可以看出,我國目前污泥的處理處置處于嚴重滯后狀態。
國內早期建設的污水處理廠,由于沒有嚴格的污泥排放監管,普遍將污水和污泥處理單元剝離開來,為了追求簡單的污水處理率,盡可能地簡化、甚至忽略污泥處理處置單元;有的還為了節省運行費用將已建成的污泥處理設施長期閑置,甚至將未做任何處理的濕污泥隨意外運、簡單填埋或堆放,致使許多大城市出現了“污泥圍城”現象,并已開始向中小城市蔓延,給生態環境帶來了隱患。目前我國雖然開始關注污泥問題,但仍停留在技術層次。
2污泥性質及燃燒可能性
污泥的顆粒較細,密度較小,含水率高且不易脫水,并且有機物含量較高,容易腐化發臭。城市污水中還混有醫院排水和工業廢水,污泥中常常含有寄生蟲卵、細菌和重金屬等有害物質。但污泥中還含有氮、磷、鉀等植物營養素,可作為肥料。干燥污泥具有一定量的熱值,可以燃燒。干化污泥作為燃料,開發潛力很大。
污泥的燃燒熱值與污泥的性質有關,詳見表1。
3污泥的干化處理及焚燒
3.1污泥的干化處理
干化和干燥是污泥深度脫水的一種形式,其應用的能量(推動力)主要是熱能,即用熱能將污泥中的水汽化。污泥干化形式有傳統的自然干化和強化自然干化。干化、干燥技術主要有直接加熱轉鼓干化技術、間接加熱轉鼓干化技術、離心干化技術、間接式多盤干燥技術和流化床污泥干化技術。其特點見表2。
表1不同污泥的燃燒熱值
3.2污泥的焚燒
污泥減容的主要方法是濃縮、脫水以及焚燒。污泥焚燒在日本、德國、奧地利等國應用比例較高(日本污泥焚燒比例達55%),一般大型污水處理廠的污泥均通過焚燒達到無害化處理處置,污泥減容減量化程度高,而且產生的熱能可回收利用,如利用熱交換裝置(如余熱鍋爐)將產生的蒸汽用作供熱采暖或驅動汽輪機發電等。但由于污泥焚燒發電投資較大,操作管理較為復雜,能耗和運行費用均較高,我國幾乎沒有采用,少數發達國家尚在籌建之中。
3.3污泥焚燒處理的設備
污泥焚燒的核心設備是焚燒爐。目前國內使用的焚燒爐主要有立式多層爐、回轉窯爐、流化床爐、噴射焚燒爐等。目前應用較廣泛的是循環流化床焚燒爐,其主體設備為圓柱形塔體,底部裝有多孔板,板上放置載熱體砂作為燃燒床,塔內壁襯有耐火材料,氣體從下部通入,并以一定速度通過分配板,使床內載體“沸騰”呈流化狀態,污泥由塔側或塔頂加入,在流化床層內與高溫熱載體及氣流交換熱量而被干燥、破碎并燃燒,廢氣從塔頂排出,夾帶的載體粒子及灰渣經除塵器捕集后返回流化床內。
循環流化床焚燒爐采用分級送風技術,從不同角度向鍋爐里流動送風,使氣體與氣體及氣體與固體顆粒充分混合,在溫度達到850℃~900℃時,只需3秒鐘,就能使污泥徹底燃燒。污泥燃盡后通過水和氣的形態達標揮發。該技術減少了污泥燃燒的氮氧化物排放量,而且加入一定量的石灰石,還可使污泥在爐內完成脫硫、脫氮。焚燒產生的酸性氣體、二噁英和煙塵,可通過吸附塔和纖維濾袋收集器粘附。
循環流化床燃燒是介于鼓泡床燃燒和煤粉懸浮燃燒之間的一種燃燒方式,它具有這兩種燃燒方式燃燒效率高、低污染的優點,且克服了鼓泡床燃燒難大型化和煤粉爐燃燒脫硫、脫硝費用高等缺點,近年來得到了快速發展。
4結語
與填埋、堆肥相比,污泥干化焚燒可節省大量土地,減少二次污染,同時還充分利用了再生能源,達到了對污泥處理的減容化、無害化、資源化的目的,社會效益顯著。
我國城市污泥焚燒技術日趨成熟,已實現了污泥焚燒設備全部國產化,并顯示了其可靠性和穩定性。城市污泥焚燒發電供熱屬一項新興產業,可解決城市污泥造成的污染。
城市污泥焚燒發電供熱工程具有巨大的社會效益,屬于綜合利用高新技術產業項目。其發展需要各級政府及有關行業的支持配合,因此國家應加大力度研究落實扶持政策,促進該項目的順利實施。目前我國的污泥焚燒發電供熱事業已初露端倪,并已納入產業化軌道,發展勢頭迅猛。
參考文獻:(略)
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