中国建设科技网>科技资讯>黑臭水体

王凯军:污泥清洁焚烧技术的升级与应用

    文章来源:中国给水排水 刘秋琳、常风民 发布时间:2017年07月07日 点击数: 字号:

一、 污泥焚烧是魔鬼,还是天使?

  近几年,作为主流技术之一,污泥焚烧一直在国内外承担着污泥处理的重任。国外发达国家如日本、美国及部分欧盟国家等,都将焚烧作为污泥处置的主流技术之一,且均得到广泛应用。而在我国,污泥焚烧却一直受到国人的质疑和误解。科学上认识清楚、国际上应用成熟的技术,为何在我国会面临如此尴尬的局面?为何污泥焚烧处理会被“妖魔化”?

  1 污泥干化焚烧工艺被国人严重误读

  总的来看,国人对于污泥干化焚烧的误解,主要体现在如下三个方面。一是认为污泥干化焚烧是一种高能耗工艺。国际上污泥焚烧能量可以达到自给,而从吨泥的能耗上看,污泥焚烧工艺(~100kW/t)与堆肥工艺(>100kW/t)也相当。另外,堆肥后续需要考虑储存、运输等能耗,焚烧则可以实现彻底处理处置;二是认为污泥焚烧是一种高碳排放工艺。有人说污泥焚烧会产生大量的温室气体,这种说法也是不对的,因为污泥中的碳属于中性碳源,如烧秸秆一样,不会增加大气中的温室气体;三是认为污泥焚烧特性与垃圾相同,都是二噁英排放源。其实,污泥排放二噁英远远低于垃圾排放的二噁英,这部分内容以前详细阐述过,在此不再详细分析。

  2 污泥干化焚烧是我国既定的技术路线

  从政策上来讲,我国政府一直是支持污泥进行干化焚烧处理的。自2009年以来,我国环保部、住建部、科技部等国家部委,纷纷颁布了《污泥处理处置及污染防治技术政策》、《污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》、《城镇污水厂污泥处理处置技术规范》等多项与污泥处理处置相关的政策、规范及标准,明确了污泥干化焚烧技术在我国的定位及应用条件。其中,《污泥处理处置及污染防治技术政策》(2009年)明确提出:经济较为发达的大中城市,可采用污泥焚烧工艺。鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建;该技术政策的颁布,促进了污泥干化焚烧项目的建设。据不完全统计,目前已建成的污泥干化焚烧项目接近40个,主要在建项目近30个。环保部出台的《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南》(2010年)则确定了两个污泥处置最佳可行技术——土地利用与污泥干化焚烧。该文件还细化了单独焚烧、混烧和掺烧的排放限值,以及相关环节的污染控制策略及技术经济适用性等。《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》(2011年)则给出了不同技术应用的优先序。例如,厌氧消化后污泥优先考虑土地利用;不具备土地利用条件时,采用焚烧和建材利用。

  综上所述,干化焚烧技术是政策标准范围内规定的一项可行的技术,是我国污泥处理处置的主流技术之一。

  3 污泥干化焚烧技术是国际污泥主流技术之一

  在美国,作为美国三大污泥处置技术,土地利用、焚烧和堆肥的比例分别为61%22%17%。美国颁布联邦法典,对污泥焚烧应该遵循的要求不断升级。2011年,美国颁布40联邦法案,针对流化床和多炉膛焚烧炉提出了PMHCldioxins/furans(二噁英/芙兰)、HgNoxSO2CdPbCO的不同指标要求。在日本,污泥焚烧一直是污泥处理的主导工艺。1960s,日本开始了污泥焚烧技术,主要在川崎市、一宫市、名古屋市、东京都等地,其后,流化床焚烧炉成为主流工艺。90年代后,日本开始采用污泥熔融炉,燃料化(炭化、与电厂混烧)及作为水泥原料等。污泥焚烧也是欧盟的主流技术之一。自1962年德国率先建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂以来,污泥焚烧在英国、法国、卢森堡、丹麦、德国、奥地利、荷兰等国不断增加,所占比例均超过了20%。尤其是在荷兰、奥地利及德国,污泥焚烧比例已经达到了40%甚至更高。

二、十年磨一剑:自主创新的污泥焚烧技术

  彼得·德鲁克曾经说过,“要进行系统化的创新,企业需要在每隔6~12月就打开企业的天窗,看一看外面的世界。”只有自主创新才能迅速发展,而在我国,很多人并不接受自主创新。目前,污泥焚烧正处于一个升级转型、蜕变重生的转折点。总的来看,污泥处理工艺从海洋投弃到自然干燥、厌氧消化、脱水堆肥,再到干燥焚烧等的演变,污泥处置经历了由“低级”到“高级” 的演变历程。可以看到,日本由于土地资源紧张,以焚烧资源利用为主,逐渐向清洁性的热解炭化方式转变;而我国目前仍是以填埋处理为主,但新建的资源化处理方式以焚烧和土地利用为主体,特别在我国的长三角、珠三角、京津冀地域,人口密集,土地资源紧张,污泥焚烧成为主流技术也是发展过程的自然选择。

  在污泥焚烧方面,我们进行了长达十年的探索与实践,并通过自主创新,对污泥干化焚烧工艺进行了升级,探索出了污泥喷雾干化焚烧工艺,在投资和运行费用上大大低于进口技术。喷雾干化技术的升级优化主要在四个方面:除尘、除臭、脱白和设备的标准化、系列化。在除尘方面,打破传统箱式布袋除尘模式,开发高效园柱式布袋除尘器,并通过内部结构、材质、进风方式等的优化升级,使粉尘的排放量小于10mg/Nm3。在除臭方面,在尾气系统升级安装紫外和臭氧处理系统,通过采用紫外和臭氧及两者协同产生的高氧化粒子的氧化作用去除尾气中的氮氧化物、硫化物及其他有机气体,使得臭气的衰减率达97%以上;在脱白除雾方面,尾气通过板式换热器降温后,凝结大量的水分,同时放出大量的热能,加热环境干空气,与降温脱水后的烟气相混合,从而降低了排空烟气的露点温度,进而达到消减白烟的目的。与此同时,在设备系列化标准化方面,依托水专项建立了500t/d的示范工程,并根据示范工程及运行经验,分别形成了100200300600t/d的系列化产品。同时,也将喷雾干化成功拓展至危废领域,如危废浓缩废液处置,危废浓缩液与污泥的协同处置,降低污泥处理费用。目前,污泥喷雾干化技术已经在全国得到了广泛的应用。据统计,全国已经建立了十余个大型污泥喷雾干化-焚烧技术应用工程,总计污泥处理量超过5000t/d80%含水率)。其中,最大的喷雾干燥单体工程规模达1200t/d,单体运行七年以上,这也是国内单一公司应用最广的焚烧技术。

三、与时俱进,掌握第三代热解处理技术

  热解气化被认为是固废处理第三代处理技术,也是清洁焚烧技术。究其原因,主要体现在如下几个方面:

  1  热解气化过程的清洁化特征

  排放烟气量少。根据排放标准固体(煤)燃烧过量空气系数为1.8,燃油或燃气燃烧的过量系数为1.2,热解产生的气体为燃料产生的烟气量仅为固废直接燃烧烟气量的1/22/3,减少了烟气净化设备的规模及运行费用;

  大气污染物排放少。固废(污泥)热解气化产生的气体为燃料排放的烟尘、SO2NOx、重金属等污染物,比固废直接燃烧少1/2以上;

  抑制或分解二噁英。固废(污泥)热解区的无氧环境可抑制二噁英的合成,可燃气燃烧区无金属催化媒介及高温(>850 )抑制产生或分解原物料存在的二噁英;

  减少温室气体排放,将生物质碳转为生物炭中的碳,50%的碳可被封存。

  2 关于污泥热解的研究历程

  自2008年开始,我们专门成立一个团队,对热解气化进行不断研究与探索。十年来,我们团队沿着内热、外热两条技术路线,在基础研究和示范工程上均做了许多卓有成效的探索与尝试,并将示范工程规模做到了20-50/天。

四、重大装备,热解技术是固体废物处置之重器

  热解技术作为重大装备技术,已经在各个领域得到了广泛应用,成为固体废物处置之重器。除了污泥热解,在垃圾处理、生物质、危废热等处理中,热解处理也越来越被广泛应用。如将热解气化拓展至危废含油污泥、含铬污泥、餐厨垃圾、皮革下脚料等的处置,并用于稻壳、玉米秸秆等生物质的生物炭制备和能量清洁利用,以及活性炭的再生利用等领域。

  备注:王凯军教授还进一步介绍了他带领的团队在一些跨行业领域利用热解技术的工程案例。

  热解气化在油田油泥的无害化处理方面的应用。在我国,油田废油问题一直没有得到有效解决,为此,我们与西安一家企业公司成立了联合研究中心,专门进行废油热解技术研究。大家可以看到,在中试现场经过热解处理,废油完全可以达到土壤的要求。与此同时,20/天的移动式油泥热解集成设备即将加工组建完成。

  热解气化在高盐高浓度废水零排放工艺上的应用。通过干化-热解-气化将颗粒活性炭再生循环利用,解决产生活性炭的危废处理问题。同时,将活性炭吸附的废水的有机物热解气化为合成气,将废液中的有机物转为清洁可燃气,使有机物变为清洁燃气,节能降耗。

  热解气化在餐厨垃圾领域的应用。“十二五”国家科技支撑计划提出,区域化餐厨垃圾联合处置及生物燃气产业化技术研发、商业模式构建与工程示范。

  餐厨垃圾分选轻物质热解处理的“一增三减”是指,结合增加参与有机质热解系统,增加系统净沼气产量的同时,减少沼气自用量、有机物质损失和固体垃圾处理量以及对油脂损失。热解处理可减少处置费用两千元,减少沼气用量3000立方米每天。另外,我们还在进行另一项研究,即通过热解技术,将餐厨垃圾生物处理后的剩余物热解,使合成气转化为沼气,从而提高沼气产量。

  热解气化在农业生物质处理上的应用。以乡镇生物质为原料,通过生物质热解,与热、电、气、炭联产,产生可燃气或热,进一步转为电,产生的生物碳可作为土壤改良剂、清洁燃料或通过进一步活化作为污水吸附剂,形成区域性绿色循环生态园。在玉米秸秆、稻壳等农业生物质方面,我们已经做了了多年的尝试与应用。

五、大势所趋,热解技术前景无限

  总之,热解技术将在固废处理各领域大有可为。未来谁掌握了热解技术,谁就拥有了先导权与话语权。由不可再生的碳基资源向可再生生物基资源转变,已经成为国际趋势。美国能源署将热解作为第三代生物质能源利用的关键技术,日、澳、德等国也在该领域进行了相应的研究。在德国,建成了规模达一百吨的垃圾热解实验工程。在零排放上,热解技术也将成为下步趋势。我国将热解技术用在生物发酵菌渣的处理,在危废处理上前景广阔。作为乡镇的系统解决方案,热解技术在农业废物处理上也将大展拳脚。

  “人必自重而后人重之,业界必先自重,然后国人重之”。作为行之有效的技术,希望污泥焚烧技术,可以在中国得到更多的关注与认可。我们要沿着正确的技术路线,将热解技术这一重大装备发扬光大!