摘要：随着市政污水处理厂的不断增加，城市污泥大幅增长，污泥半干化-焚烧一体化是污泥无害化、减量化和资源化的有效途径之一，本文通过计算污泥半干化-焚烧过程中物料平衡和热量平衡，同时对排放物进行分析，从而评价市政污泥处理对生态环境的影响，研究的结果表明：每处理100 t湿污泥，需要掺烧4.89t无烟煤，在焚烧的过程中，在没有净化工艺的前提下，SO2和HCl的排放都超过排放的标准，当采用净化工艺时，烟气中的SO2和HCl都能达到排放标准，在所有流程中，汞、二噁英、CO和NOX的含量均没有超过法规的限定值；同时产生的飞灰中富集了大量的金属，未经处理不适合排放；炉渣浸出的金属浓度较低，处置和处理对环境的影响不大。
论文关键词：市政污泥,半干化,焚烧,环境影响
污泥处理、处置的主要方法有卫生填埋，污泥农用，污泥焚烧，污泥干化和热处理。市政污泥焚烧处理具有减容性以及高温杀菌等优点[2]，国内外对循环流化床焚烧污泥技术已经有了一定的研究[3~5],但这些研究都是针对独立的焚烧系统而言的，本文对市政污泥进行半干化-焚烧一体化进行研究，针对市政污泥半干化、焚烧一体化流程的特点和排出污染物的特征，对污染物进行定量的分析，同时对最终排入到环境中的污染物质进行了评价，为进一步完善该流程各个环节提供参考。
1.市政污泥半干化、焚烧一体化工艺分析
1.1 污泥的工业分析和元素分析
以某污水处理厂的脱水污泥为研究对象，污泥样品的工业分析和元素分析结果见表1
表1 市政污泥成分分析
Table 1 Proximate and ultimate analysis of Sewage sludge
分析项目
Units
收到基ar
空干基ad
干燥基d
无灰基daf
工业分析
水分(M)
Total
%
84.99
-
-
-
Analysis
%
-
9.25
-
-
灰分 (A)
%
5.77
34.86
38.42
-
挥发分 (V)
%
8.58
51.88
57.16
92.81
固定碳(FC)
%
0.67
4.02
4.43
7.19
元素分析
全硫S
%
0.22
1.36
1.50
-
碳C
%
4.95
29.95
33.00
-
氢H
%
0.91
5.48
6.04
-
氧O
%
2.30
13.93
15.35
-
氮N
%
0.86
5.17
5.70
-
1.2 工艺流程
该工艺采用低温干化和高温焚烧两套系统串联运行，对市政污泥进行半干化-焚烧。即首先采用干燥机干燥污泥，使其含水率由80%降至45%，然后把半干化的污泥通入流化床焚烧炉进行焚烧，并利用焚烧炉余热锅炉产生的蒸汽作为干燥湿污泥的热源，本系统能达到能量平衡是指单位时间内焚烧的干污泥释放出来的热量等于干燥相同质量湿污泥的热量和各损失之和。当系统热量不平衡时，在焚烧炉内添加无烟煤，使系统保持能量平衡。当正常运行时，对污泥半干化产生的尾气，半干化和焚烧过程中产生的飞灰，焚烧产生的废水和炉渣进行分析，根据污染物的特征评价对生态环境的影响。工艺流程见图1：
图1 工艺流程图
Fig1. Flow process diagram of Drying and incinerating system
1.3 烟气净化系统
污泥干化过程产生的尾气采用加入除臭剂的液体洗涤吸收法处理，洗涤液的pH值要保持在10以上，洗涤液中的杂质浓度达到一定程度以后由洗涤液泵送至污水治理厂处理[6]。尾气处理的工艺流程见图2：
 图2尾气处理的工艺流程
Fig 2. Flow process diagram of exhaust gas treatment
污泥焚烧产生大量带飞灰的烟气，这些烟气中含有多种有毒物质，如氮氧化物，二氧化硫，粉尘，二噁英等，易形成二次污染。
污泥焚烧烟气处理装置由旋流分离器、排烟处理塔、集尘装置、排气引风机及烟囱等组成。在烟气净化系统中，采用在线监测设备对排出的烟气进行检测。
1.4 污泥干化的物质能量平衡
系统参数为：
污泥种类：市政污泥 污泥干化处理能力：100t/d
初始污泥的含水率80% 干化后污泥的含水率45%
利用0.4MPa，150℃的饱和蒸气作为热源
1.4.1 物料平衡计算
表 2 物料平衡计算
Table 2 Material balance calculation
名称
符号
单位
结果
绝干污泥的质量
G0
kg/h
833.2
干燥后污泥的质量
G2
kg/h
1515.2
干燥后污泥中含水量
G3
kg/h
682
水分蒸发量
W
kg/h
2651.3
耗气量
L
kg/h
3600
1.4.2 热量平衡计算
表3 热量平衡计算
Table 3 Heat balance calculation
名称
符号
单位
结果
干固体吸热量
Q1
kJ/h
48118
干燥后物料中含水部分热量
Q2
kJ/h
156950
水分加热和蒸发部分热量
Q3
kJ/h
6797264
物料吸收总热量
Qx
kJ/h
7002332
蒸汽放热量
Qf
kJ/h
7010262
物料吸收总热量Qx=Q1+Q2+Q3
2 讨论与分析
2.1 系统能量平衡的条件
由物料平衡和热量平衡可知，干燥污泥时需耗气量3600 kg/h，市政污泥的低位发热量为6430 kJ/kg。从焚烧的角度上分析，要使燃料单独燃烧达到自持，一般要求燃料的低位发热量大于6300kJ/kg的热值，为了满足系统的能量平衡将80％水分含量的污水污泥加热干燥到45％水分含量，则需要焚烧半干化污泥量168 t/d，然而干燥器的干燥能力100 t/d，环境论文因此单独焚烧城市污泥不能满足系统热量需求，需要掺烧燃煤。通过污泥与煤掺烧热平衡计算，则每处理100 t湿污泥，需要掺烧4.89t的无烟煤才能满足系统的热量需求。当系统的热量达到平衡时，混合燃料的元素分析见表4。
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