污泥干化焚燒熱處理技術(shù)作為最快捷、最徹底實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化的最終處置技術(shù)，在國(guó)外已發(fā)展成為主流的成熟技術(shù)之一。而在我國(guó)，霧霾問(wèn)題的日益加劇，對(duì)污泥干化焚燒熱處理技術(shù)而言成為一個(gè)挑戰(zhàn)，社會(huì)輿論也儼然已把生活垃圾焚燒妖魔化，污泥干化焚燒熱處理技術(shù)著“去”和“留”的局面。國(guó)外成熟應(yīng)用的技術(shù)，為何在我國(guó)卻面臨妖魔化?這是一個(gè)非常值得警惕的問(wèn)題。針對(duì)“十二五”污泥處理處置規(guī)劃，建立污泥焚燒平臺(tái)，能夠及時(shí)地澄清一些理念。在此，從污泥焚燒國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)、誤讀解析、清潔焚燒技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面，與大家一同分享我對(duì)污泥焚燒處理問(wèn)題的若干思考。
國(guó)內(nèi)、外污泥干化焚燒熱處理技術(shù)的定位
隨著科技的進(jìn)步，污泥處理處置技術(shù)也在不斷突破，由最原始的海洋投棄逐漸發(fā)展為自然干燥，隨后又演化到穩(wěn)定化的厭氧消化和機(jī)械脫水堆肥，最后再發(fā)展為減量化的干燥焚燒，目前又提出了燃料化的炭化等技術(shù)。從發(fā)展歷程來(lái)看，填埋、焚燒、堆肥已成為污泥最終處置的主要基石。因此，完全否定污泥干化焚燒技術(shù)顯然有失偏頗。正確定位污泥焚燒是高污染技術(shù)還是解決污染的關(guān)鍵技術(shù)，這是首要解決的問(wèn)題。
干化焚燒被確定為污泥處置污染防治最佳可行技術(shù)之一
自2009年以來(lái)，我國(guó)環(huán)境保護(hù)部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部以及科技部等部委，紛紛頒布了《污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》、《污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南》以及《城鎮(zhèn)污水廠(chǎng)污泥處理處置技術(shù)規(guī)范》等多項(xiàng)污泥處理處置的相關(guān)政策、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。這些文件明確了污泥干化焚燒技術(shù)在我國(guó)的定位及應(yīng)用條件。其中，《污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》(2009年)明確提出：經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的大中城市，可采用污泥焚燒工藝。鼓勵(lì)污泥焚燒廠(chǎng)與垃圾焚燒廠(chǎng)合建;在有條件的地區(qū)，鼓勵(lì)污泥作為低質(zhì)燃料在火力發(fā)電廠(chǎng)焚燒爐、水泥窯或磚窯中混合焚燒。該技術(shù)政策的頒布促進(jìn)了污泥干化焚燒項(xiàng)目的建設(shè)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已建成的項(xiàng)目接近40個(gè)，主要在建項(xiàng)目有30個(gè)。環(huán)保部出臺(tái)的《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南》(2010年)則確定了兩個(gè)污泥處理最佳可行技術(shù)：厭氧消化和污泥堆肥;確定了兩個(gè)污泥處置最佳可行技術(shù)：土地利用和污泥干化焚燒。文件細(xì)化了單獨(dú)焚燒、混燒和摻燒的排放限值，以及相關(guān)環(huán)節(jié)的污染控制策略及技術(shù)經(jīng)濟(jì)適用性等。之后出臺(tái)的《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處理處置技術(shù)指南》(2011年)給出了不同技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)先序。例如，厭氧消化后污泥優(yōu)先考慮土地利用;不具備土地利用條件時(shí)，采用焚燒和建材利用。綜上所述，干化焚燒技術(shù)是政策標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)規(guī)定的一項(xiàng)最佳可行技術(shù)，是我國(guó)污泥處理處置的主流技術(shù)之一。
污泥干化焚燒在發(fā)達(dá)國(guó)家的定位及發(fā)展
在美國(guó)，土地利用、焚燒和堆肥作為美國(guó)三大污泥處置技術(shù)，其比例分別為61%、22%和17%。1973年，美國(guó)聯(lián)邦法案40 CFR Part60就對(duì)污泥摻燒比及污染物排放限值提出了具體要求。1993年美國(guó)政府頒布了《40 CFR Part503》法案，提出了土地利用、焚燒、填埋的優(yōu)先序，并針對(duì)焚燒提出了具體要求。之后，2011年對(duì)該法案進(jìn)行了修訂，針對(duì)流化床及多爐膛焚燒爐提出了更嚴(yán)格和具體的指標(biāo)要求。
日本自上世紀(jì)60年代開(kāi)始了污泥焚燒應(yīng)用。80年代左右，流化床焚燒爐成為主流設(shè)備，90年代后日本開(kāi)始采用污泥熔融爐，實(shí)現(xiàn)污泥燃料化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本各類(lèi)污泥焚燒設(shè)備已達(dá)700多臺(tái)，焚燒污泥比例超過(guò)68%，熔融量超過(guò)10%，堆肥達(dá)到11%，填埋量逐年減少。
在歐盟國(guó)家，德國(guó)于1962年率先建設(shè)并開(kāi)始運(yùn)行了歐洲第一座污泥焚燒廠(chǎng)，之后污泥焚燒在英國(guó)、法國(guó)、盧森堡、丹麥、德國(guó)、奧地利、荷蘭等國(guó)家廣泛應(yīng)用，處理污泥所占各國(guó)比例在20%-40%不等，而荷蘭、德國(guó)已超過(guò)40%。
綜上所述，我們可以看到，污泥焚燒是美國(guó)鼓勵(lì)的主流技術(shù)之一，是日本應(yīng)用最多最廣的處理處置技術(shù)。從歐盟國(guó)家整體來(lái)看，污泥焚燒也是主流技術(shù)之一。
對(duì)污泥干化焚燒技術(shù)多有誤讀
回顧我國(guó)及世界發(fā)達(dá)國(guó)家污泥處理處置技術(shù)及政策的發(fā)展，不難發(fā)現(xiàn)，污泥干化焚燒在各國(guó)都有合適的地位。然而近年來(lái)，我國(guó)反對(duì)污泥焚燒的聲音卻越來(lái)越高漲，究其主要原因，對(duì)污泥焚燒技術(shù)路線(xiàn)及技術(shù)本身的誤讀沒(méi)有得到很好的解答。歸納起來(lái)，對(duì)污泥焚燒技術(shù)的誤讀主要有以下幾點(diǎn)：
第一、普遍誤認(rèn)為干化焚燒是一種高能耗工藝。
根據(jù)實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)外很多案例可以達(dá)到能量的自給，即自持焚燒。同樣國(guó)內(nèi)也在研究自持焚燒，即當(dāng)污泥含水率和有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到一定的區(qū)域范圍時(shí)，污泥焚燒無(wú)需外加能源。此外，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)好氧堆肥和污泥焚燒的工程實(shí)例進(jìn)行實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，兩種工藝在能耗上處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，污泥焚燒是一個(gè)可以完全處置的工藝，而堆肥技術(shù)卻仍需要考慮輔料消耗以及后續(xù)存儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中消耗的能量。
第二、主觀(guān)認(rèn)為干化焚燒是一種高碳排放工藝。
從污泥處理到污泥處置的全工藝碳排放對(duì)比結(jié)果顯示：污泥經(jīng)脫水干化(含水率5%時(shí))后制作水泥熟料工藝，碳排放為負(fù)值;而污泥脫水(含水率75%時(shí))后焚燒工藝的碳排放量遠(yuǎn)低于脫水石灰干化(含水率70%)后填埋/土地利用等工藝。因此，從碳元素生命周期來(lái)進(jìn)行客觀(guān)評(píng)價(jià)，可以說(shuō)污泥焚燒不能定性為高碳排放工藝。
第三、污泥焚燒是否會(huì)和垃圾一樣，成為重大的二惡英污染源問(wèn)題。
污泥焚燒確實(shí)會(huì)產(chǎn)生二惡英，這是不爭(zhēng)的事實(shí)，然而它并不像垃圾一樣會(huì)產(chǎn)生含有大量二惡英的含氯化合物。因此，是否排放大量的二惡英，需要用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明。日本對(duì)各類(lèi)二惡英排放源進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，污泥焚燒年排放二惡英的量遠(yuǎn)低于城市垃圾以及醫(yī)療廢棄物兩個(gè)數(shù)量級(jí)，與汽車(chē)尾氣二惡英排放量相當(dāng)。在我國(guó)，清華大學(xué)在環(huán)保公益項(xiàng)目支持下，對(duì)某600t/d污泥直接焚燒的示范項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，總排放二惡英達(dá)到國(guó)際最新標(biāo)準(zhǔn)(<0.1ng TEQ/m3)，與日本的數(shù)據(jù)得到一定程度上的驗(yàn)證。因此，我們不能一方面呼吁去除垃圾焚燒妖魔化的情況下，一方面又制造污泥的妖魔化。
最后，從國(guó)情發(fā)展的角度來(lái)分析，污泥焚燒利用較多的日本、臺(tái)灣以及韓國(guó)首爾等地區(qū)，經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)，然而人口密度高、國(guó)土面積小等因素導(dǎo)致污泥土地利用受到限制，大多采用焚燒為主的建材綜合利用技術(shù)路線(xiàn)。對(duì)比國(guó)內(nèi)珠三角、長(zhǎng)三角、京津以及部分超大城市，城市人口密度大很多，一些城市不得以必須要選用污泥焚燒作為主要的污泥處理技術(shù)。
綜合以上分析及實(shí)例證明，正確認(rèn)識(shí)污泥焚燒技術(shù)，對(duì)消除其誤讀至關(guān)重要。且調(diào)查表明，影響污泥焚燒有兩個(gè)方面的因素，一是城市發(fā)展，二是污泥性質(zhì)。在此建議，對(duì)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展、人口密集、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的珠三角、長(zhǎng)三角、京津以及部分超大城市，可優(yōu)先考慮污泥干化焚燒的技術(shù)路線(xiàn)。
我國(guó)污泥焚燒應(yīng)用情況及標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題分析
污泥焚燒工藝主要有三種：?jiǎn)为?dú)焚燒，污泥與垃圾、水泥窯的摻燒，污泥與燃煤鍋爐的混燒。這三種工藝在我國(guó)都有很多的工程實(shí)踐。例如：采用流化床干化-流化床焚燒的石洞口項(xiàng)目，是我國(guó)建立的第一個(gè)污泥焚燒工程;采用噴霧干燥-回轉(zhuǎn)窯焚燒的浙江紹興項(xiàng)目，是我國(guó)目前處理能力最大的直接焚燒項(xiàng)目，以及紹興污泥與垃圾的摻燒發(fā)電項(xiàng)目，常州污泥與煤的混燒發(fā)電項(xiàng)目等等。污泥干化焚燒污染物的產(chǎn)生是該工藝受到質(zhì)疑的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)以噴霧干化為核心的直接干燥焚燒和以流化床干化為核心的間接干燥焚燒兩個(gè)工藝進(jìn)行對(duì)比分析(如下圖)，我們來(lái)詳細(xì)解析各個(gè)環(huán)節(jié)的污染產(chǎn)生及污染防控策略。
在以轉(zhuǎn)盤(pán)干燥等間接干燥-焚燒工藝中，預(yù)處理和間接干燥成為第一個(gè)臭氣排放單元;主流的干燥氣體進(jìn)入焚燒單元進(jìn)行處理，最后的煙氣經(jīng)除塵、脫硫脫硝、去除二惡英等凈化處理后排放出去，成為第二個(gè)排放單元;除塵產(chǎn)生的飛灰量大，且富集大量的重金屬和二惡英，成為第三個(gè)排放單元。目前的示范工程除了采用國(guó)外的系統(tǒng)，基本都是這個(gè)技術(shù)路線(xiàn)。第二種以噴霧干燥等直接干燥-焚燒的工藝稍有不同，主要區(qū)別是干燥尾氣沒(méi)有經(jīng)過(guò)焚燒爐，而是直接經(jīng)過(guò)二惡英去除、除塵、脫硫脫硝，以及后續(xù)酸洗或者堿洗處理;直接干燥過(guò)程可能有臭味和揮發(fā)性有機(jī)物的釋放，這些污染物可經(jīng)過(guò)后續(xù)的氧化加以去除。實(shí)際上，不管是直接和間接干燥，都是成熟的工藝，只是對(duì)污染物控制有所側(cè)重、有所不同�？v觀(guān)污泥干化焚燒工藝，污染物主要包括四種類(lèi)型，即傳統(tǒng)污染物：塵，二氧化硫和氮氧化物;二是二噁英/呋喃等物質(zhì);這兩類(lèi)污染物的處理方法基本一致。第三類(lèi)臭氣和第四類(lèi)重金屬有所差異，如上所述間接干化焚燒臭氣除焚燒處理外，存在預(yù)處理和干化單元的無(wú)組織源，重金屬基本沒(méi)有處理而殘留在飛灰/爐渣和氣體中;而直接干燥焚燒臭氣無(wú)組織源很少，干化氣體通過(guò)尾氣凈化工藝處理，重金屬和Hg基本沒(méi)有處理而殘留在爐渣和氣體中。
針對(duì)污泥干化焚燒產(chǎn)生的四類(lèi)污染物，雖然我國(guó)尚無(wú)針對(duì)污泥焚燒的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，但是2014年新頒布的垃圾焚燒的標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014)中提出：摻加生活垃圾質(zhì)量超過(guò)入爐(窯)物料總質(zhì)量30%的工業(yè)窯爐，以及生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥、一般工業(yè)固體廢物的專(zhuān)用焚燒爐的污染控制，參照生活垃圾焚燒爐排放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳統(tǒng)污染物、重金屬、二惡英等污染物排放限值提出了比較高的要求，尤其對(duì)二惡英，根據(jù)處理能力提出了更詳細(xì)的要求，然而缺乏對(duì)臭氣、VOC的控制要求。所以說(shuō)三類(lèi)污泥焚燒中已經(jīng)控制了單獨(dú)焚燒和污泥與垃圾混燒兩類(lèi)。對(duì)于污泥與煤的摻燒技術(shù)，雖然在技術(shù)政策、技術(shù)指南以及最佳可行技術(shù)等文件中明確了一些規(guī)定條款，然而并沒(méi)有統(tǒng)一摻燒要求，同時(shí)摻燒標(biāo)準(zhǔn)也存在一定的問(wèn)題。第一、對(duì)燃煤鍋爐摻燒，導(dǎo)致鍋爐熱效率下降;第二、摻燒執(zhí)行燃煤控制標(biāo)準(zhǔn)，而該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)重金屬和二惡英特征污染物沒(méi)有控制要求。即使參照垃圾焚燒提出相應(yīng)的要求，由于摻燒比例較小，一般干物質(zhì)在5%-10%之間，則存在污染物稀釋排放的問(wèn)題。因此，下一步應(yīng)深入探討和控制污泥和煤的摻燒問(wèn)題，盡快制定這方面的標(biāo)準(zhǔn)。
污泥焚燒發(fā)展趨勢(shì)：清潔焚燒技術(shù)
污泥焚燒產(chǎn)生二惡英是不可規(guī)避的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)清潔的焚燒技術(shù)是污泥焚燒的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)能源署和環(huán)保署公布第三代生物質(zhì)能源利用熱解-氣化列為第三代生物質(zhì)能源利用關(guān)鍵技術(shù)，即清潔燃燒。熱解-氣化關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)工藝溫度不同可以分為碳化、熱解以及氣化，三個(gè)概念稍微有差別，但是原理互相涵蓋。碳化或熱解工藝產(chǎn)物主要是可燃?xì)怏w、油和炭。日本、美國(guó)、澳大利亞以及德國(guó)等國(guó)均已開(kāi)發(fā)了熱解處理裝置，日本東京建成了最大的300t/d的污泥碳化工程，我國(guó)也已建立了工程實(shí)例。因此，污泥焚燒的發(fā)展趨勢(shì)將是以熱解氣化為核心技術(shù)的清潔燃燒工藝。之所以稱(chēng)之為清潔燃燒技術(shù)，主要從以下幾個(gè)方面考慮：首先是塵的產(chǎn)生量少，污泥的流化床燃燒或其他燃燒技術(shù)的燃燒介質(zhì)是污泥固相物料;而熱解氣化燃燒的燃燒介質(zhì)是氣態(tài)可燃?xì)怏w，燃燒尾氣含塵量低。其次熱解氣化燃?xì)馊紵矢�，所含有害組分(如SOx、NOx、重金屬等)少，煙氣的排放量及污染物含量均在較低水平，從而大幅降低煙氣的凈化設(shè)備規(guī)模和運(yùn)行費(fèi)用成本再次是二惡英問(wèn)題，二噁英產(chǎn)生需具備四大條件：氧氣;氯化物;金屬觸媒物質(zhì);適宜溫度。無(wú)氧環(huán)境及氯含量較低的污泥熱解過(guò)程抑制了二惡英的形成，所以熱解工藝可以避免或減少二惡英的產(chǎn)生。最后，污泥與煤共熱解解決了城市中污泥焚燒面臨總量控制的障礙，對(duì)于脫水不完全的污泥，在燃燒過(guò)程中需要添加燃煤輔助燃料，因環(huán)評(píng)總量控制要求城區(qū)禁止新增燃煤設(shè)施的要求，而污泥與煤共熱解制取清潔燃?xì)夂笤偃紵苊饬酥苯臃贌济旱膯?wèn)題。綜上分析，熱解氣化技術(shù)有效減少了粉塵、氮氧化物、二氧化硫、惡臭氣體以及二惡英等污染物排放，屬于未來(lái)發(fā)展的清潔燃燒技術(shù)。
本項(xiàng)目組也從小試到中試，再到示范工程，做了相應(yīng)的研究。對(duì)于不同的污泥其熱解趨勢(shì)基本一致，對(duì)于碳、油和熱解氣可通過(guò)溫度控制產(chǎn)物產(chǎn)率，污泥與煤按不同比例共熱解，由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二者具有很好的累加性。最后再將清潔焚燒嵌入到污水處理，研究發(fā)現(xiàn)熱解的固相產(chǎn)物具有很好的生物炭特性，具有很好的空隙結(jié)構(gòu)、豐富的營(yíng)養(yǎng)元素以及較高的熱值等因此可以作為污水處理的吸附劑、土壤改良劑或者作為燃料。
