吴汕 李一 罗建军 伍爽 奎加喜

摘 要：城市生活污泥是城市污水处理过程中产生的副产物，含有病原微生物、有机污染物、重金属等危害因子。但是，污水处理厂产生的生活污泥含水率较高，通常在80%左右，给污泥的处理带来了极大困难。本文介绍了一种新型高温无害化处理生活污泥的技术，即自蔓延热解焚烧技术。实践证明，该技术能有效解决高含水率生活污泥的减量化、无害化及资源化处置问题，同时能大大降低处理能耗及成本。

关键词：生活污泥;自蔓延热解焚烧;高温;无害化

Abstract： Municipal sewage sludge is a by-product in the process of municipal sewage treatment. The main pollutants existing in domestic sludge are organic pollutants， pathogenic microorganisms， heavy metals and so on. Because of the high water content of sewage sludge produced by sewage treatment plants， usually around 80%， it brings great difficulties to sludge treatment. This paper introduced a new technology of high temperature harmless treatment of domestic sludge， which is self propagating pyrolysis incineration technology. The practice shows that the technology can effectively solves the problem of high water content of sludge and greatly reduces energy consumption.

Keywords： sewage sludge;self-propagation pyrolytic incineration;high-temperature;innocuity disposal

1 研究背景

城市生活污泥是城市污水处理过程中产生的半固态或固态物质，含有大量的微生物病原体、有机物和胶体等[1]。随着城市人口不断增加，城市污水处理量也与日俱增，随着产生的生活污泥量不断提升。截至2017年底，全国生活污水处理量将近1.7亿m2/d，污泥产生量以含水率80%计，总量近4 500萬t/a。

污泥除含水率高（约80%）以外，还含有大量的有毒有害物质，如难降解的有机物、病原微生物、重金属等[2]。若对其处置不当，极易造成土壤和水体污染，其释放的恶臭有害物质也能污染大气环境，最终威胁人类健康和生态环境。

国内外现有的生活污泥处理技术主要有固化填埋、厌氧消化、好氧消化、干化、焚烧等。本文主要介绍了一种处置高含水率生活污泥的工艺方法，即自蔓延热解焚烧技术，并探讨了工程应用效果。

2 国内外污泥处置技术现状

污泥的处置就是采用合适的技术措施来为污泥提供出路，不仅要符合相关法规，还要兼顾经济和环境问题[3]。污泥处理的目标是实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化。

2.1 国外污泥处置技术现状

欧洲国家污泥处理方法有厌氧消化、好氧消化、干化、焚烧等，但大多数国家均采用厌氧、好氧的处理技术。在德国、法国和英国，也较常使用机械脱水的方式，常用的包括离心脱水、带式压滤、板框压滤等[4]。此外，部分欧盟国家仍采用填埋的处置方法。随着《欧共体城市废水处理法令》（91/271/EC）及相继颁布的《欧盟填埋指导原则》等文件的实施，污泥的土地利用（直接利用或堆肥后利用）及焚烧后资源利用逐渐成为欧洲国家的主要处置方式[5]。而日本的处理处置方式主要是焚烧，占比将近70%，其他处理方式还有熔融、堆肥、干化等。

2.2 国内污泥处置现状

我国污泥处理处置技术路线基本上与国外技术路线相同，主要包括浓缩、脱水、填埋、土地利用、干化焚烧等技术[6-10]，其他如污泥制砖、制陶粒等方式也有研究应用案例[11-13]。

卫生填埋是目前我国普遍采用的处置方法。这种处置方法简单、易行、成本低，但对进场污泥要求较高，且填埋仍存在渗滤液、恶臭气体等问题。

污泥土地直接利用具有投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点;但目前，我国关于污泥土地利用的政策体系还不完善，真正的土地安全利用仍然十分有限。

污泥焚烧是最彻底的处理方法，其能够使有机物全部碳化，杀死病原体，最终使污泥转化为炉渣，实现污泥减量化、稳定化和无害化。国内常见的焚烧方式包括单独焚烧、电厂协同处置、水泥窑协同处置，目前仅在国内经济发达地区的应用较为广泛。

3 基于自蔓延热解焚烧技术处置生活污泥的工艺流程

3.1 核心技术原理

本文提出采用自蔓延热解焚烧技术，在实现生活污泥无害化、减量化、稳定化处理的同时，达到节能减排的目的，其技术原理如下。

在自蔓延热解焚烧装置中，载有待处置物料生料的运动单元在经过点火装置时，表层物料被点燃，随着载料单元向前逐步推进，污泥料层的表面经点火作用形成的热解燃烧层，在微负压抽风作用下依靠物料自身热值自行由表面逐渐向下推进直至污泥料层底部，最后完成污泥的热解焚烧。同时，热解燃烧层产生的高温烟气在负压状态下通过下部料层对下部湿污泥进行预热、干燥，从而有效利用污泥焚烧过程中产生的热量，提高系统热效率，也为处理高含水率污泥提供了可能性。

3.2 工艺流程

工艺流程主要包括生活污泥预处理、自蔓延热解焚烧、烟气净化三部分。

第一，生活污泥预处理。污水处理厂出厂生活污泥可先经过深度脱水或者直接按一定的比例与添加剂在混料设备中混合均匀，添加剂可以根据各地情况选择农业废弃物（如稻壳、秸秆）或园林废弃物。

第二，自蔓延热解焚烧。预处理后的污泥送至自蔓延热解焚烧装置上，经点火后，在风机抽风形成负压状态下，自蔓延热解焚烧完全。对于焚烧后的残渣，可进行资源化利用，将其作为生产水泥或园林肥料的材料。

第三，烟气净化部分。焚烧产生的烟气在焚烧部分进入烟气净化系统中，经过除尘、除臭、脱硫、脱硝等处理达标后排放。

3.3 技术特点

自蔓延热解焚烧技术具有以下技术优势和特点：在自蔓延热解焚烧过程中，下层湿物料可以被上层物料热解焚烧的高温烟气预热、干燥，改善了物料的着火条件，因此，对处置污泥的热值要求不高;热利用效率高，处置能耗低;可对高含水率（80%）污泥直接进行处理，无需预脱水或预干化。

4 工程案例

4.1 工程概况

以采用该技术的重庆某污水处理厂处置规模为100 t/d的生活污泥处置中心项目为例，分析该技术的处置效果。

该污水处理厂的污泥，干基高位热值为9 666 kJ/kg，湿基高位热值为2 028 kJ/kg。预处理时，添加污泥总重量为8%～10%的稻壳，以改善混合物料的透气性和补充部分热值。

4.2 工程实施效果

生产过程中，自蔓延热解焚烧处置平均温度达925 ℃，对残渣多次取样分析，残渣残存率平均值为20.2%，热酌减率平均值为2.3%，污泥处置后的残渣的浸出毒性满足《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3—2007）的标准限值，也满足《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010）的标准限值，生活污泥的减量化、无害化效果明显。

表1是污泥处置残渣资源化利用指标检测结果。检测结果表明，污泥经过自蔓延热解焚烧处置后，焚烧残渣除了有机物含量达不到标准要求以外，其他指标均满足标准要求，换言之，可以将污泥处置残渣中添加部分有机物辅料作为园林绿化用泥（肥料），参照的标准为《城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》（GB/T 23486—2009）。

5 結语

近年来，我国城市生活污泥的产生量日益增加，而对生活污泥的减量化、无害化及资源化处置需求则不断提升。

焚烧作为污泥处置方式之一，其减量化和无害化效果明显，已被广泛接受。但是，传统的回转窑焚烧、流化床焚烧以及水泥窑协同焚烧存在成本高、处置规模受限、设备腐蚀严重、运行成本高等问题，仅在国内少数经济发达地区采用，大部分地区仍采用填埋等粗放式的处理方式。

本文介绍的自蔓延热解焚烧技术，能直接处置高含水率污泥，减量化、无害化效果明显，处置残渣能实现资源化利用，处置工艺热效率高，处置成本低，是未来污泥处置的热门技术。

参考文献：

[1]丁镠.城市污水处理厂污泥处理处置现状与技术研究分析[J].绿色科技，2017（20）：90-93.

[2]陈宛如，龚丽芳.城市污水处理厂污泥深度脱水中试研究[J].环境工程，2013（S2）：296-298.

[3]刘钊.中国污泥处理处置现状及分析[J].天津科技，2016（4）：1-2.

[4]Alexandros Kelessidis， Athanasios S.Stasinakis. Comparative study of the methods used for treat-ment and final disposal of sewage sludge in European countries[J]. Waste Management， 2012（6）：1186-1195.

[5]韩天雪.国内外污泥处理处置技术回顾与展望[J].环境与发展，2018（2）：92-93.

[7]王磊.城市生活污泥干化方法研究[D].合肥：合肥工业大学，2010.

[8]陈思武，蒋丽红.生活污泥的处理和综合利用[J].化工科技，2009（2）：55-58.

[9]黄瑛，余磊磊，王瑞慧，等.城市污水处理厂污泥深度脱水中试研究[C]//2013中国环境科学学会学术年会.2013.

[10]陈祥，徐福银，包兵，等.污泥处理产物和产品园林利用的分析[J].给水排水，2017（6）：41-44.

[11]蔡昌凤，徐建平，褚倩，等.粉煤灰/污泥烧结陶粒的研制与应用[J].环境污染与防治，2007（1）：26-29.

[12]曲烈，王渊，杨久俊，等.城市污泥-玻璃粉轻质陶粒制备及性能研究[J].硅酸盐通报，2016（3）：970-979.

[13]林子增，孙克勤.城市污泥为部分原料制备黏土烧结普通砖[J].硅酸盐学报，2010（10）：1963-1966.