污泥焚燒

污泥由有機物和無機物組成，是一種含水率較高的複雜物質。一般污泥中含自由水70%～75%，絮狀水20%～25%，毛細管水和結合水1%。高水分污泥直接進入焚燒爐內，對燃燒過程會產生一些不利的影響，如焚燒温度下降、着火過程延遲、爐內温度波動等。降低污泥含水率對降低污泥焚燒設備及處理費用是至關重要的。一般來説，將污泥的含水率降至與揮發物含量之比小於3.5，可以形成自燃，節約燃料。

污泥含水率高，能量會在污泥燃燒的過程中隨水分的蒸發而被帶走，如果能量不足以維持污泥燃燒，就要添加輔助燃料。輔助燃料的選擇一般依賴於污泥的含水率、污泥性質和燃燒空氣的温度。

一般來講，提高焚燒温度有利於廢物中有機毒物的分解和破壞，並可抑制黑煙的產生。但是在高温情況下，污泥的升温速度快，水分和揮發分的析出速度也快，會使污泥在焚燒初始階段易於破碎，增加飛灰損失。同時過高的焚燒温度不僅增加了燃料的消耗量，而且會使廢物中氧化氮的數量增加，重金屬的揮發性提高。引起二次污染。合適的温度是在一定的停留時間下由試驗確定的。

停留時間與固體廢物粒度的1～2次方成正比，加熱時間近似地與粒度的平方成比例。因此，確定廢物的在燃燒室內的停留時間時，考慮固體粒度大小很重要。採用不同的投泥方式停留時間的特點不同。採用間斷的投泥方式時，投加週期和污泥投入量是決定污泥在爐內停留時間的兩個重要因素。停留時間越長焚燒的處理效果越好。採用連續投入污泥的方式時，污泥投入量和其在爐內的停留時間是決定焚燒量的兩個重要因素。此時，輔助燃料應提供的熱量和焚燒污泥量取決於污泥在爐內的停留時間。停留時間越長焚燒處理效果越差。

空氣是影響污泥焚燒的一個重要因素。污泥焚燒時必須有氧氣助燃，氧氣通常由空氣供應。空氣量不足燃燒不充分，空氣量過多時．加熱空氣會消耗過多的熱量，一般以50%～100%的過量空氣為宜。

影響污泥焚燒的因素還包括揮發物含量以及泥氣混合比等。污泥中揮發物含量越高，含水率越低，則越易於維持自燃，當含水與揮發物之比小於3.5時，能維持自燃 ^[1]  。

污泥焚燒是一種常見的污泥處置方法，它可破壞全部有機質，殺死一切病原體，並最大限度地減少污泥體積，焚燒殘渣相對含水率約為75%的污泥僅為原有體積的10%左右。當污泥自身的燃燒熱值較高，城市衞生要求較高，或污泥有毒物質含量高，不能被綜合利用時可採用污泥焚燒處理處置。污泥在焚燒前，一般應先進行脱水處理和熱幹化，以減少負荷和能耗，還應同步建設相應的煙氣處理設施，保證煙氣的達標排放。

污泥焚燒還有利用垃圾焚燒爐焚燒、利用工業用爐焚燒、利用火力燒煤發電廠焚燒、污泥單獨焚燒等多種方法。

垃圾焚燒爐大都採用了先進的技術，配有完善的煙氣處理裝置，可以在垃圾中混入一定比例的污泥一起焚燒，一般混入比例可達30%左右。

主要利用瀝青或水泥的工業焚燒爐，焚燒乾化後的污泥，污泥的無機部分(灰渣)可以完全地被利用於產品之中。通過高温焚燒至1200℃，污泥中有機物有害物質被完全分解，同時在焚燒中產生的細小水泥懸浮顆粒，會高效吸附有毒物質，而污泥灰粉一併熔融入水泥的產品之中。

經過國外發電廠焚燒污泥研究證明，污泥投入量為耗煤總量的10%以內，對於煙氣淨化和發電站的正常運轉沒有不利影響 ^[2]  。

污泥單獨焚燒設備有多段爐、迴轉爐、流化牀爐、噴射式焚燒爐、熱分解燃燒爐等。焚燒處理污泥速度快，不需要長期儲存，可以回收能量，但是，其較高的造價和煙氣處理問題也是制約污泥焚燒工藝發展的主要因素。當用地緊張、污泥中有毒有害物質含量較高、無法採用其他處置方式時，可以考慮污泥的幹化焚燒。上海市桃浦污水處理廠和石洞口污水處理廠，由於污泥不適合土地利用，分別採用直接焚燒和幹化焚燒工藝，併成功運行多年，取得了較好的效果，焚燒處理是一種有效的處理處置技術 ^[3]  。

污泥焚燒工藝系統由三個子系統組成，分別為預處理、燃燒、煙氣處理與餘熱利用。在預處理方面，主要表現為對前置處理過程的要求和預乾燥技術的應用。污泥焚燒系統的原料一般以脱水污泥餅為主，前置處理過程包括濃縮、調理、消化和機械脱水等。考慮到焚燒對污泥熱值的要求，一般擬焚燒的污泥不應再進行消化處理。污泥脱水的調理劑選用既要考慮其對污泥熱值的影響，也要考慮其對燃燒設備安全性和燃燒傳遞條件的影響，因此腐蝕性強的氯化鐵類調理劑應慎用；石灰有改善污泥焚燒傳遞性的作用，適量(量過大會使可燃分太低)使用是有利的。預乾燥對污泥焚燒自持燃燒條件的達到有很大的幫助，1990年以後的新建大型污泥焚燒設施，均已應用了預乾燥單元技術。

應用較多的污泥焚燒爐形式主要是流化牀和卧式州轉窯兩類。前者包括沸騰流化牀和循環流化牀兩種。其共同特點是氣、同相的傳遞條件均十分優越；氣相湍流充分，固相顆粒小，受熱均勻，已成為城市污水廠污泥焚燒的主流爐型。但流化牀內的氣流速度較高，為維持牀內顆粒物的粒度均勻性，也不宜將焚燒温度提升過高(一般為900℃左右)，因此對於有特定的耐熱性有機物分解要求的工業源污水廠污泥(或工業與城市污水混合處理廠污泥)而言，在滿足其温度、氣相與固相停留時間要求方面，會有一些困難。因此，對此類污泥的焚燒，卧式迴轉窯成為較適宜的選擇。污泥卧式迴轉窯焚燒爐，結構上與水平水泥窯十分相似，污泥在窯內因窯體轉動和窯壁抄板的作用而翻動、拋落，動態地完成乾燥、點燃、燃盡的焚燒過程；同轉窯焚燒的污泥固相停留時間長(一般大於1h)，且很少會出現“短流”現象；氣相停留時間易於控制，設備在高温下操作的穩定件較好(一般水泥窯燒製最高温度大於1300℃)：但逆流操作的卧式迴轉窯，尾氣中含臭味物質多，另有部分揮發性的毒害物質，帶配置消耗輔助燃料的二次燃燒室(除臭爐)進行處理；順流操作迴轉窯則很難利用窯內煙氣熱量實現污泥的乾燥與點燃，需配置爐頭燃燒器(耗用輔助燃料)來使燃燒空氣迅速升温，達到污泥乾燥與點燃的目的。因此，水平迴轉窯焚燒的成本一般較高。

污泥焚燒煙氣處理子系統的技術單元組成在20世紀90年代主要包含酸性氣體(SO₂、HCl、HF)和顆粒物淨化兩個單元。大型污泥焚燒廠酸性氣體淨化多采用爐內加石灰共燃(僅適用於流化牀焚燒)、煙氣中噴入幹石灰粉(乾式除酸)、噴人石灰乳濁漿(半乾式除酸)三種方法之一。顆粒物淨化採用高效電除塵器或布袋式過濾除塵器。小型焚燒裝置則多用鹼溶液洗滌和文丘裏除塵方式進行酸性氣體和顆粒物脱除操作。以後為了達到對重金屬蒸氣、二噁英類物質和NO₂的有效控制，逐步加入了水洗(降温冷凝洗滌重金屬)、噴粉末活性炭和尿素還原脱氮等單元環節。這些煙氣淨化單元技術的聯合應用可以在污泥充分燃燒的前提下，使尾氣排放達到相應的排放標準。

污泥焚燒煙氣的餘熱利用，主要方向是自身工藝過程(以預乾燥污泥或預熱燃燒空氣)為主．很少有餘熱發電的實例。關鍵是與城市生活垃圾相比，當量服務人口的污水廠污泥的低位熱值量僅為垃圾的1/30左右，餘熱發電缺乏必要的規模和經濟條件。焚燒煙氣餘熱用於污泥乾燥等時，既可採用直接換熱方式，也可通過餘熱鍋爐轉化為蒸汽或熱油能量間接利用 ^[4]  。

(1) 可迅速、有效地使污泥得到無菌化和減量化的目的，其產物為無菌、無臭的無機殘渣，含水率為零．其中多環芳烴類污染物不復存在，其他有機污染物含量出幾乎為零(重金屬離子不能被有效去除，沉積物、煤灰中)，其體積大為縮小，且在惡劣的天氣條件下不需存儲設備，使污泥最終處置極為便利。

(2) 污泥能滿足熱能自持的需要，使川焚燒法處置可能是經濟有效的。

(3) 污泥燃燒產物可以有效進行後續的處理與處置。從焚燒的產物來看，幹污泥顆粒可用做發電廠燃料的摻和料，也可通過乾餾提取焦油、焦炭、燃料油和燃氣等；污泥焚燒灰可做水泥添加劑、污泥磚、污泥陶粒等建築材料；污泥細菌蛋門可製造蛋白塑料、膠合生化纖維板等；污泥氣可用做燃料，還可製造四氯化碳、氫氰酸、有機玻璃樹脂、甲醛等化工產品；污泥灰也可以作為混凝土混料的細填料。

(4) 污泥焚燒可以從廢氣中獲得剩餘能量，用來發電。在脱水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏鬆劑和同硫劑等添加劑製成合成燃料，該合成燃料可用於工業和生活鍋爐，燃燒穩定，熱工測試和環保測試良好，是污泥有效利川的一種理想途徑。

焚燒是一種比較成熟的同體廢物無害化處置技術，在世界範圍內有着廣泛的應用，但污泥焚燒成本高、污染物產生量大，雖然通過附加的煙氣處理和飛灰處理等方法可以控制污染物的排放，但是需要投入大量的資金，增加了污泥的焚燒成本。因此，降低處理成本是焚燒處置亟待解決的問題。