目前，污泥處理主要包括農(nóng)業(yè)利用、土地填埋、海洋傾倒，建材材料和污泥焚燒等。市政污泥中含有大量有害物質(zhì)，如致病性病原體、有機毒物和重金屬等，會造成環(huán)境污染及危害人們的身體健康。因此，對污泥進行減量化、無害化和資源化處理成為迫在眉睫的難題。
污泥焚燒可有效減小體量，殺死致病細菌，重金屬元素隨燃燒遷移至煙氣和灰渣當中，煙氣經(jīng)凈化處理后可降低重金屬的排放，灰渣可根據(jù)重金屬含量分類利用。焚燒法為污泥的安全處置提供了有效途徑，按照是否添加燃料可分為獨立焚燒和混合焚燒兩種方式。由于污泥熱值低、含水量大，單獨焚燒效果欠佳，且存在設備投資巨大、燃燒后有害氣體處置難度大等缺點，單獨焚燒尚未大規(guī)模推廣實施。混合焚燒可利用已有燃燒設備(如煤粉爐，垃圾爐)及污染物凈化設備，并可通過適當改造來進行。混合焚燒具有投資少、改造周期短、運行成本低、燃燒穩(wěn)定及污染物有效控制等諸多優(yōu)點，眾多國內(nèi)外學者對此展開深入研究。Luts等對已有燃煤鍋爐進行合理改造，進行了混燒干化污泥試驗，研究表明摻燒污泥后對鍋爐效率，燃燒控制以及污染物排放濃度等影響有限，試驗證明在燃煤鍋爐摻燒污泥具有切實可行性。王丹通過理論研究與試驗相結合的方法研究了污泥和煤混合燃燒的特性，發(fā)現(xiàn)在煤粉中摻混污泥，能夠顯著改善爐內(nèi)燃料的燃燒特性，并提出污泥與煤混合比不宜大于1:4。
1、摻燒污泥技術路線
二十世紀七十年代末由鼓泡床發(fā)展起來的循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術，經(jīng)過數(shù)十年的技術改進，現(xiàn)已具有燃料適應性廣、燃燒效率高、污染物排放少、穩(wěn)定性強、鍋爐整體結構簡單等諸多優(yōu)勢。循環(huán)流化床鍋爐廣泛應用在燃料復雜的熱電站中，將循環(huán)流化床鍋爐運用于焚燒污泥工程具有顯著的優(yōu)勢。
由污水處理廠產(chǎn)生的市政污泥在經(jīng)簡單的機械脫水后具有較高的含水量(80~90%)，由于污泥中的水分在污泥燃燒期間會吸收大量的熱量，污泥的熱值會隨其含水量降低而升高。因此，在焚燒污泥時，必須要控制污泥混合的比例。
摻燒污泥根據(jù)是否進行干化處理可分為兩類：一是將市政污泥經(jīng)過簡單的脫水后直接混摻煤粉進行燃燒;二是將簡單脫水濕污泥先進行干化處理再進行摻燒。
第一類為循環(huán)流化床直接摻燒含水量75%-80%的濕污泥，為確保燃燒的穩(wěn)定性，摻燒濕污泥的份額不宜過大，洪揚生等通過試驗研究了摻燒污泥量對130t/hCFB燃煤鍋爐的影響，在不同負荷下?lián)綗蕿?1.5%的濕污泥，發(fā)現(xiàn)濕污泥摻燒量最高為15%時，鍋爐能夠穩(wěn)定良好運行。李魯濤測試了75t/h循環(huán)流化床摻燒含水率80%~85%濕污泥的運行情況，發(fā)現(xiàn)鍋爐可最多摻燒30%的濕污泥，當污泥摻入量控制在20%以內(nèi)時，對鍋爐運行狀況影響較小。因此，摻燒濕污泥具有實踐可行性，但摻燒比例須根據(jù)鍋爐運行狀況進行調(diào)整且不宜過大。循環(huán)流化床鍋爐摻燒濕污泥技術可分為污泥給料系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)，脫水后的市政污泥通過自卸車運至電廠里的污泥倉中，污泥通過給料系統(tǒng)輸送至爐膛內(nèi)與煤粉進行混合燃燒，離開爐膛的煙塵經(jīng)旋風分離器旋離出的物料，由返料器送回爐膛進行循環(huán)燃燒，分離出的煙氣經(jīng)脫硝裝置，除塵裝置，脫硫裝置達到超低排放標準后排入大氣。其工藝如圖1所示。
第二類一般采用“熱干化-煤泥混燃”一體化方式。初始含水率為80%-90%的濕污泥通過污泥干化工藝干化為含水率為30%-40%左右的半干化污泥，可使鍋爐有更好的燃燒性能。曹通等用鍋爐輔助蒸汽把含水率約65%的污泥通過污泥干化系統(tǒng)把含水率降至30%-40%，然后與煤粉摻混送入循環(huán)流化床燃燒，試驗表明干化焚燒具有較好的實用型與經(jīng)濟性;盛洪產(chǎn)等通過計算分析研究了干化后含水率為43.1%的污泥與煤混合燃燒后鍋爐特性，指出污泥摻燒質(zhì)量分數(shù)應控制在60%。因此，將濕污泥進行干化后與煤混燃可有效降低對鍋爐特性的影響?！盁岣苫?煤泥混燃”一體化技術主要由濕污泥干化系統(tǒng)、污泥儲運系統(tǒng)、鍋爐燃燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成。其中，污泥干化系統(tǒng)按照污泥與熱媒介直接接觸情況可分為兩類：第一類是利用鍋爐排煙或熱風直接對污泥進行干化，如轉鼓干化工藝、流化床干化、帶式干化工藝;第二類是用熱風，蒸汽及其他熱介質(zhì)間接進行干化，如槳葉式干化工藝、圓盤式干化工藝等。由于熱氣流與污泥直接接觸會造成熱源的二次污染等危害，因此，中國多數(shù)污泥摻燒電廠采用間接干化工藝。“熱干化-煤泥混燃”工藝流程如圖2所示。
2、超低排放
隨著社會的發(fā)展，人們?nèi)找骊P注污染物的排放，這給工業(yè)生產(chǎn)排放提出了更高的要求。隨著超低排放政策的推進，大部分火力發(fā)電機組均進行了超低排放建設和改造，這為污泥摻燒產(chǎn)生的污染物超低排放處置提供了有效途徑，循環(huán)流化床鍋爐在進行摻燒污泥時，通過適當運行調(diào)整可達到超低排放的環(huán)保要求。
2.1 煙塵排放控制
市政污泥灰分含量相對較高，干基灰分含量可達40%-50%，并且循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥所需的過?？諝庀禂?shù)會高于燃燒煤粉時的空氣系數(shù)。同時，污泥中含有較高的水分，在爐內(nèi)蒸發(fā)產(chǎn)生大量的水蒸氣，混入煙氣從爐內(nèi)排出，這大大增加了鍋爐的煙氣排放量。此外，經(jīng)循環(huán)流化床燃燒后，污泥顆粒產(chǎn)生的灰粒粒徑較小，在高煙速環(huán)境中快速流出鍋爐。污泥中硫分含量偏高，摻燒時為達到脫硫效果會在循環(huán)流化床內(nèi)投入更多的石灰石，混合燃燒產(chǎn)生的硫酸鈣、未完全反應的氧化鈣等會增加煙塵量的排放量。因此，摻燒污泥后，同等工況條件下的循環(huán)流化床鍋爐會產(chǎn)生更多的煙氣量和煙塵濃度，這給電廠除塵提出了更高的要求。循環(huán)流化床鍋爐除塵設備主要包括靜電除塵器、布袋除塵器、水膜除塵器。為滿足超低排放的要求，目前大部分循環(huán)流化床鍋爐采用組合式的除塵設備，如布袋除塵+濕式電除塵工藝。
煙塵中的重金屬含量是摻燒污泥過程中所需重視的問題，我國市政污泥中的重金屬主要包括Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As等，且As、Hg等較易揮發(fā)，如處置不當對生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害，在摻燒污泥時，重金屬隨著燃料燃燒遷移至灰渣與煙氣當中，須通過有效措施控制重金屬的排放。循環(huán)流化床燃燒技術適宜的燃燒溫度、穩(wěn)定的停留時間及較高的灰塵分離效率能把大部分重金屬遷移至灰渣中，抑制了重金屬向大氣環(huán)境的排放。污泥中的重金屬主要以氧化物、氫氧化物、硅酸鹽、不溶性鹽、有機絡合物和硫化物等形式存在，以自由離子形式存在的較少，盧更等研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床爐內(nèi)脫硫添加的石灰石能夠有效固化重金屬，將其轉化為穩(wěn)定化合物。循環(huán)流化床鍋爐摻燒污泥時，通過控制石灰石添加量可有效減少重金屬的排放。
2.2 二噁英排放控制
市政污泥中有大量的含氯物質(zhì)，焚燒過程中可能會產(chǎn)生劇毒且致癌的二噁英。研究發(fā)現(xiàn)焚燒污泥過程中二噁英生成特性：二噁英的產(chǎn)生取決于燃料的燃燒溫度，爐內(nèi)停滯時間，湍流度及過?？諝庀禂?shù);許多金屬(Cu、Al等)對二噁英的生成具有催化作用;25%～90%的二噁英在焚燒溫度為487℃～643℃的高溫煙氣中生成，當煙氣溫度超過850℃并且超過2s時，二噁英的分解速度遠大于聚合物的反應速度，其分解率可高達98%。循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)溫度可均勻保持在850℃左右，強烈的湍流環(huán)境及較長的爐內(nèi)停留時間，以及通過分級配風的方式，可以充分燃盡污泥中的含碳物質(zhì)，從而顯著降低二噁英的生成濃度。燃煤及污泥中含有的硫分可降低促進二噁英生成的催化劑活性，同時研究發(fā)現(xiàn)當循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)添加氧化鈣時，煙氣中的二噁英含量顯著減少。當溫度達到200℃以下時，二噁英會以固態(tài)形式吸附在煙塵表面，循環(huán)流化床爐膛內(nèi)產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)省煤器，空氣預熱器后，溫度能夠降低至200℃以下，經(jīng)過除塵設備時，含二噁英煙塵能夠被有效去除。循環(huán)流化床自身的諸多優(yōu)異特性及完善的煙氣處理工藝能夠有效降低二噁英的排放濃度，實現(xiàn)有毒物二噁英的超低排放。
2.3 SO2排放控制
市政污泥中含有大量無機硫和有機硫，其中，在氧化性氣氛中有機硫被直接氧化生成二氧化硫，而在還原性氣氛中，會生成中間產(chǎn)物后被氧化成二氧化硫;污泥中的無機硫結構較為穩(wěn)定，在高溫環(huán)境中不易分解，在燃燒后會存積于灰渣中。污泥燃燒過程中影響SO2產(chǎn)生的因素主要有：污泥含硫量、爐內(nèi)反應溫度、過量空氣系數(shù)、污泥含水率、氣流湍流程度等。污泥中的水分含量對SO2的排放濃度有較大影響，在爐膛內(nèi)大量水分從污泥顆粒團中析出，在高溫環(huán)境中爆裂時會產(chǎn)生大量的H2和CO，有利于形成H2S和FeS，從而減少SO2的析出量。當爐膛內(nèi)摻燒濕污泥含水率高于40%時，SO2排放濃度顯著降低;增加循環(huán)流化床內(nèi)過量空氣系數(shù)能夠降低SO2排放濃度。大量研究發(fā)現(xiàn)市政污泥灰中含有的大量氧化鈣具有顯著的固硫效果，煤與污泥進行摻燒時，混燒的污泥量越大對硫的固化效果越好。同時，循環(huán)流化床鍋爐擁有較為成熟的爐內(nèi)脫硫技術：爐內(nèi)湍流環(huán)境使脫硫劑能夠與SO2充分的混合、接觸;物料較長時間停留提供了充足的反應時間;合適的反應溫度保障反應穩(wěn)定進行;脫硫劑與煙氣不斷循環(huán)摩擦，顯著提升了脫硫劑的使用效率。為滿足超低排放要求，大部分循環(huán)硫化床鍋爐裝設有煙氣脫硫設備，煙氣脫硫根據(jù)反應物的形態(tài)可分為濕法脫硫、干法脫硫和半干法脫硫。
2.4 氮氧化物排放控制
燃煤和污泥中的含氮物質(zhì)在燃燒過程中會產(chǎn)生氮氧化物。氮氧化物危害人們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，與大氣中物質(zhì)反應造成光化學煙霧和酸雨，因此，國家制定了嚴格的氮氧化物排放標準。市政污泥中部分氮以胺基形式存在，在污泥干化過程中，有部分氮會以氨氣的形式析出，因此，干化污泥中的氮含量要比機械脫水污泥偏低。循環(huán)流化床摻燒污泥過程中排放的氮氧化物可分為熱力型、快速型及燃料型，其中燃料型為氮氧化物主要部分排放 >
3、結論
(1)利用循環(huán)流化床摻燒污泥能夠實現(xiàn)市政污泥的安全、穩(wěn)定處理。循環(huán)流化床摻燒污泥有直接摻燒濕污泥、熱干化-煤泥混燃兩種技術路線。
(2)循環(huán)流化床爐內(nèi)湍流的流場環(huán)境、適宜的燃燒溫度、物料的循環(huán)利用等諸多優(yōu)異特性有效減少了污染物的生成與排放，同時，燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過成熟的脫硝、除塵，脫硫工藝處理后，能夠實現(xiàn)煙氣的超低排放。( >
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