污泥單獨(dú)焚燒工藝在上海的演變發(fā)展

影響工藝演變的因素眾多，其中包括污泥本身性質(zhì)、污泥處置出路穩(wěn)定性、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景、相關(guān)行業(yè)管理部門協(xié)同需求等。以下僅從演變內(nèi)因即污泥本身特性之重金屬含量方面進(jìn)行相關(guān)分析。

2006至2013年間，有研究團(tuán)隊(duì)曾對(duì)全國(guó)57個(gè)城市88座城市污水處理廠污泥重金屬含量進(jìn)行分析。按研究分析結(jié)果，污泥中的部分重金屬含量及其相對(duì)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 24188）的超標(biāo)率見(jiàn)表2。

目前，廢水與污水同網(wǎng)、源頭廢水污染物濃度超標(biāo)納網(wǎng)等問(wèn)題客觀存在，污水處理產(chǎn)生的污泥的泥質(zhì)存在諸多不確定性，這可從上述城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的重金屬濃度超標(biāo)中得以印證。污泥作為污水處理的產(chǎn)物，源頭上具有“污染物”的特性。在此情形下，加上受到污泥處置出路穩(wěn)定性、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景、相關(guān)行業(yè)管理部門協(xié)同需求等問(wèn)題的影響，污泥穩(wěn)定化后進(jìn)行土地利用的工藝路線及污泥協(xié)同焚燒進(jìn)行建材利用的工藝路線受阻也就不足為奇了。

相反地，污泥單獨(dú)焚燒工藝相對(duì)其他污泥處理工藝而言可適應(yīng)于不確定的污泥特性，同時(shí)具有減量效果最大化、末端處置需求最小化、不受制于相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及相關(guān)行業(yè)管理部門協(xié)同需求的綜合優(yōu)勢(shì)。因此，污泥單獨(dú)焚燒至少在近階段是我國(guó)污水處理廠污泥處理的必選方案之一。

04 上海三大片區(qū)部分污泥工程概況

4.1 石洞口片區(qū)

4.1.1 污泥焚燒一期工程

石洞口污泥焚燒一期工程處理規(guī)模為64tDS/d（折合213t/d脫水污泥）,處理工藝采用流化床干化+流化床焚燒+煙氣處理，處理對(duì)象為上海市石洞口污水處理廠產(chǎn)生的污泥。煙氣處理執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GWKB 3-2000）和《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996)；臭氣控制執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）。

4.1.2 污泥焚燒改擴(kuò)建工程

石洞口污泥焚燒改擴(kuò)建工程處理規(guī)模：72tDS/d（360t/d脫水污泥）,處理工藝采用槳葉式干化+流化床單獨(dú)焚燒+煙氣處理，處理對(duì)象為石洞口、吳淞、桃浦污水處理廠產(chǎn)生的污泥。煙氣處理執(zhí)行上海市地標(biāo)《生活垃圾焚燒污泥控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）。

4.1.3 污泥焚燒二期工程

石洞口污泥焚燒二期工程處理規(guī)模為128tDS/d （640t/d脫水污泥），處理工藝采用污泥常規(guī)脫水處理+部分槳葉式干化/部分外接半干污泥+流化床單獨(dú)焚燒處理，處理對(duì)象為石洞口污水處理廠、泰和污水處理廠等產(chǎn)生的污泥。煙氣處理執(zhí)行上海市地標(biāo)《生活垃圾焚燒污泥控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執(zhí)行上海市地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/982-2016）。

4.2 竹園片區(qū)污泥焚燒工程

竹園片區(qū)污泥焚燒工程處理規(guī)模為150 tDS/d（折合750t/d 脫水污泥），處理工藝采用槳葉式干化+流化床單獨(dú)焚燒+煙氣處理，處理對(duì)象為竹園第一污水處理廠、竹園第二污水處理廠等污水處理廠產(chǎn)生的污泥。煙氣處理執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996)，二噁英達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2001)；臭氣控制執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）。

4.3 白龍港片區(qū)

4.3.1 污泥消化干化工程

白龍港污泥消化干化工程處理規(guī)模204tDS/d（折合1 020t 脫水污泥）,處理工藝采用二級(jí)濃縮+厭氧消化+脫水+流化床干化工藝，處理對(duì)象為上海市白龍港污水處理廠產(chǎn)生的污泥。

4.3.2 污泥焚燒工程

白龍港污泥焚燒工程處理規(guī)模486 tDS/d （折合2 430t/d脫水污泥）,處理工藝采用污泥離心脫水+流化床干化+流化床單獨(dú)焚燒處理，處理對(duì)象為白龍港污水處理廠、虹橋污水處理廠等產(chǎn)生的污泥。煙氣處理執(zhí)行上海市地標(biāo)《生活垃圾焚燒污泥控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執(zhí)行上海市地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/982-2016）。

05 污泥焚燒工藝發(fā)展趨勢(shì)

5.1 污泥處理處置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)趨于合理

系統(tǒng)科學(xué)的污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)是引導(dǎo)污泥妥善處理處置、選取合理技術(shù)路線的重要前提。我國(guó)前些年陸續(xù)出臺(tái)了污泥處理處置相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為我國(guó)污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展和提高、促進(jìn)我國(guó)污泥處理處置行業(yè)的健康發(fā)展發(fā)揮了積極的作用，但不容回避的是其中個(gè)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容尚待商榷。以下兩項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別廢止與澄清在一定程度上反映了我國(guó)污泥處理處置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)總體上趨于科學(xué)合理化。

（1）《關(guān)于廢止、修改部分生態(tài)環(huán)境規(guī)章和規(guī)范性文件的決定》于2020年12月25日由生態(tài)環(huán)境部審議通過(guò)，并于2021年1月4日發(fā)布施行，其中包括廢止發(fā)布于2010年11月26日的《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環(huán)辦〔2010〕157號(hào)）。在該通知中要求“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運(yùn)出廠界的 ,必須將污泥脫水至含水率50%以下”。

（2）2019年6月11日，生態(tài)環(huán)境部于《關(guān)于市政污泥單獨(dú)焚燒飛灰可否衛(wèi)生填埋的回復(fù)》中明確：按照《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2016）》第八條“對(duì)不明確是否具有危險(xiǎn)特性的固體廢物，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法予以認(rèn)定”的規(guī)定，需要對(duì)生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥、一般工業(yè)固體廢物的專用焚燒爐產(chǎn)生的飛灰進(jìn)行危險(xiǎn)特性鑒別。經(jīng)鑒別具有危險(xiǎn)特性的，屬于危險(xiǎn)廢物，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其主要成分和危險(xiǎn)特性確定所屬?gòu)U物類別，并按代碼“900-000-xx”(xx為危險(xiǎn)廢物類別代碼)進(jìn)行歸類管理。經(jīng)鑒別不具有危險(xiǎn)特性的，不屬于危險(xiǎn)廢物。

5.2 污泥燃煤電廠摻燒有待嚴(yán)格規(guī)范

5.2.1 現(xiàn)行大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

表3列出了與燃煤電廠及污泥焚燒廠相關(guān)的國(guó)家、上海地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

如上所述，《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）不適用于污泥于燃煤電廠的協(xié)同焚燒。因此，僅從燃煤電廠及污泥焚燒廠相關(guān)的國(guó)家、上海地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，鑒于電廠摻燒污泥存在的 “煙氣污染物稀釋排放”問(wèn)題，污泥于燃煤電廠的摻燒有待在國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)層面加以嚴(yán)格規(guī)范。

5.2.2 上海電廠摻燒污泥實(shí)踐

2019年10月，上海上電漕涇發(fā)電有限公司2×1 000MW超臨界機(jī)組摻燒城鎮(zhèn)污水處理廠污泥技改項(xiàng)目的環(huán)境影響報(bào)告表獲批(滬環(huán)保許評(píng)〔2019〕47號(hào))。本項(xiàng)目擬建設(shè)在上海金山區(qū)上電漕涇發(fā)電有限公司，計(jì)劃年最大摻燒10萬(wàn)t的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥，機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間約230 d，摻燒比例不高于5%。項(xiàng)目摻燒的污泥為含水率60%的城鎮(zhèn)污水處理廠污泥，用密閉專用車輛運(yùn)輸至電廠內(nèi)煤場(chǎng)的地下應(yīng)急煤斗，不存儲(chǔ)，即到即燒。該項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告表的審批意見(jiàn)明確了如下內(nèi)容：

（1）燃煤鍋爐污泥摻燒比不應(yīng)高于 5%；嚴(yán)格落實(shí)污泥進(jìn)廠要求及泥質(zhì)保障措施，污泥泥質(zhì)應(yīng)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》（GB/T 24602-2009）中的相關(guān)要求。嚴(yán)禁接收固廢屬性為危險(xiǎn)廢物的污泥進(jìn)廠摻燒。

（2）污泥摻燒過(guò)程中產(chǎn)生的燃燒廢氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、 汞及其化合物應(yīng)達(dá)到《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/963-2016）的要求，氯化氫、二噁英及鎘、鉈及其化合物、銻、 砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物應(yīng)達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768-2013）的要求。

（3）應(yīng)按《上海市大氣污染防治條例》提出的要求，嚴(yán)格控制廢氣的無(wú)組織排放。加強(qiáng)污泥卸料及運(yùn)輸過(guò)程摻燒的異味廢氣的控制，卸料區(qū)域增設(shè)植物液霧化噴淋系統(tǒng)，輸煤皮帶加裝防塵防臭罩，確保廠界氨、硫化氫及臭氣濃度達(dá)到《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/1025-2016）限值要求。

（4）各類固體廢物應(yīng)分類收集，按《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》和本市有關(guān)規(guī)定要求分別妥善處理。危險(xiǎn)廢物貯存場(chǎng)所設(shè)置應(yīng)符合《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18597-2001）及2013年修改單的要求。應(yīng)做好脫硫污泥的固體廢物屬性鑒別工作，并加強(qiáng)廢物在廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程的管理措施，防止存放、裝運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染。危險(xiǎn)廢物應(yīng)委托有資質(zhì)單位處置。

（5）本項(xiàng)目技改后煙粉塵、二氧化硫、氮氧化物的總排放量不得超出排污許可證中規(guī)定的許可排放量。

在實(shí)際操作中，項(xiàng)目運(yùn)行單位還要求接收處理的污泥收到基的低位熱值不得低于350 kcal/kg，接收處理的污泥中不能摻加生石灰，且所添加物質(zhì)中不能含氯離子、氟離子及其他對(duì)后續(xù)焚燒處理有較大損害的物質(zhì)。上海電廠摻燒污泥的實(shí)踐從實(shí)踐層面證明污泥于燃煤電廠摻燒有待嚴(yán)格規(guī)范。

5.2.3 上海燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)

上海于2021年6月1日起實(shí)施《燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/1291-2021)。按該標(biāo)準(zhǔn)，污泥摻燒比不應(yīng)大于5%，且排放的氯化氫、汞及其化合物、鎘/鉈及其化合物、二噁英類等污染物的限值僅為《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/768-2013）規(guī)定排放限值的1/5。該地方性燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，或?qū)⒊蔀槲覈?guó)污泥于燃煤電廠摻燒工藝應(yīng)用的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

5.2.4 “雙碳”研究

2021年3月18日，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織舉辦中國(guó)碳達(dá)峰碳中和成果發(fā)布暨研討會(huì)，發(fā)布了《中國(guó)2030年前碳達(dá)峰研究報(bào)告》、《中國(guó)2060年前碳中和研究報(bào)告》以及《中國(guó)2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望》，其中提出，中國(guó)的煤電總量控制在2025年達(dá)峰，峰值為11億kW，到2030年下降至10.5億kW，到2050年下降至3億kW左右，2060年煤電裝機(jī)全部退出。在“雙碳”的大背景下，燃煤電廠的轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。在此背景下，盲目再行污泥的電廠摻燒必將證明是具有多重風(fēng)險(xiǎn)的。

5.2.5 污泥處理的德國(guó)實(shí)踐

在德國(guó)，隨著污泥法的施行，德國(guó)逐步轉(zhuǎn)向單獨(dú)焚燒處理，2029年基本廢棄協(xié)同焚燒處理。僅已實(shí)現(xiàn)磷回收的污水污泥或者僅有低含磷量的污泥（如工業(yè)污泥）才繼續(xù)適用于燃煤電廠、水泥窯、生活垃圾焚燒廠的協(xié)同處置。目前，雖然我國(guó)尚未出臺(tái)對(duì)污泥中磷回收的強(qiáng)制性政策文件，但我國(guó)磷礦占有量同樣較低，基于自然界中的磷平衡問(wèn)題，出臺(tái)類似的污泥中磷回收強(qiáng)制性政策文件及技術(shù)要求僅是時(shí)間問(wèn)題。在此發(fā)展趨勢(shì)下，污泥單獨(dú)焚燒處理是我國(guó)污水處理廠污泥處理必選方案之一。

5.3 碳循環(huán)與污泥單獨(dú)焚燒

按Water Environment Federation (WEF) 《Wastewater Solids Incineration Systems》，化石燃料燃燒產(chǎn)生的碳不是自然碳循環(huán)的一部分，可能會(huì)導(dǎo)致氣候變化；相反地，污水污泥是自然界中碳循環(huán)的一部分，故污泥單獨(dú)焚燒本身在理論上并不會(huì)增加大氣中的碳含量。

以下結(jié)合工程實(shí)踐，統(tǒng)一基于100 tDS/d的處理量，分別定量給出了常規(guī)脫水污泥(含水率按80%)在不同熱值情況下的干化焚燒熱平衡、不同含水率的脫水污泥在一定熱值情況下的干化焚燒熱平衡、常規(guī)脫水污泥(含水率按80%)在不同熱值情況下的干化焚燒系統(tǒng)理論碳排放、不同含水率的脫水污泥在一定熱值情況下的干化焚燒系統(tǒng)理論碳排放,見(jiàn)表4~表7。

從表4~表7可見(jiàn)，污泥熱值及進(jìn)污泥干化焚燒系統(tǒng)的含水率會(huì)顯著影響系統(tǒng)熱平衡。其中，進(jìn)系統(tǒng)的污泥含水率對(duì)熱平衡的影響更為顯著，在較低污泥熱值的條件下可通過(guò)降低進(jìn)系統(tǒng)的污泥含水率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱平衡。隨著污泥熱值的逐步提高，污泥單獨(dú)焚燒的碳排放會(huì)相應(yīng)得到優(yōu)化。

5.4 污泥焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)有待顯著提高

5.4.1 國(guó)家、上海地方標(biāo)準(zhǔn)與歐美標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比

從表8可見(jiàn)，國(guó)家及上海地方關(guān)于污泥焚燒的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)與歐美標(biāo)準(zhǔn)相比，眾多標(biāo)準(zhǔn)的限值顯著較高，其中部分標(biāo)準(zhǔn)限值存在幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差距。

06 結(jié)論與展望

（1）“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要明確了“推廣污泥集中焚燒無(wú)害化處理 ”。國(guó)家發(fā)展改革委與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》明確了“在土地資源緊缺的大中型城市鼓勵(lì)采用生物質(zhì)利用+焚燒模式”?！渡虾Ｊ形勰嗵幚硖幹靡?guī)劃（2017-2035）》延續(xù)了“污泥單獨(dú)焚燒為主”原則。

（2）國(guó)內(nèi)眾多城市污水處理廠污泥重金屬及近年部分城市重金屬含量情況，加之污泥處置出路穩(wěn)定性、相關(guān)協(xié)同處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及其行業(yè)管理部門協(xié)同需求等多因素，污泥單獨(dú)焚燒至少在近階段是我國(guó)污水處理廠污泥處理必選方案之一。

（3）發(fā)展趨勢(shì)方面：我國(guó)污泥處理處置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)漸趨合理，如澄清界定污水污泥焚燒飛灰是否危廢從而有助于污泥焚燒飛灰的資源化利用。工程實(shí)踐、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、我國(guó)2060年前碳中和要求等表明，污泥于燃煤電廠摻燒有待在國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)層面加以嚴(yán)格規(guī)范。污泥處理的德國(guó)實(shí)踐表明，污泥單獨(dú)焚燒而非協(xié)同焚燒處理是污泥處理主要發(fā)展方向。按Water Environment Federation WEF《Wastewater Solids Incineration Systems》，在碳循環(huán)方面，污泥單獨(dú)焚燒屬于自然碳循環(huán)而無(wú)碳排放增量，一定條件下可實(shí)現(xiàn)熱能凈零需求、甚至熱能與電能的凈零需求；相反，化石燃料的焚燒不屬于自然碳循環(huán)而存在碳排放增量。污泥熱值及進(jìn)污泥干化焚燒系統(tǒng)的含水率會(huì)顯著影響系統(tǒng)熱平衡，進(jìn)系統(tǒng)的污泥含水率對(duì)熱平衡的影響更為顯著，在較低污泥熱值的條件下可通過(guò)降低進(jìn)系統(tǒng)的污泥含水率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱平衡。隨著污泥熱值的逐步提高，污泥單獨(dú)焚燒的碳排放會(huì)相應(yīng)得到優(yōu)化。與歐美標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比結(jié)果、多工程實(shí)踐表明，我國(guó)污泥焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)有待顯著提高。