邱明海

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

在充分調(diào)研重慶市現(xiàn)狀污水廠污泥處理的實(shí)際情況基礎(chǔ)上，針對(duì)重慶污泥處置缺口及規(guī)劃期限內(nèi)污泥增量，經(jīng)多方案論證，確定污泥熱干化廠建于重慶華能珞璜電廠預(yù)留用地內(nèi)，工程建設(shè)分三期建設(shè)。一期規(guī)模為600 t/d(含水率80%)，考慮到污泥含水率波動(dòng)范圍為(75%～82%)，最大處理固體通量為150 t DS/d。遠(yuǎn)期規(guī)模為600 t/d，建設(shè)時(shí)間根據(jù)相關(guān)環(huán)保規(guī)劃、污泥處置設(shè)施變化及污泥產(chǎn)量實(shí)際情況確定，遠(yuǎn)景規(guī)模為600 t/d，建設(shè)時(shí)間根據(jù)重慶相關(guān)環(huán)保規(guī)劃發(fā)展，污泥遠(yuǎn)景增量情況確定。

1 污泥泥質(zhì)

污水處理廠的產(chǎn)泥與污水的性質(zhì)有著密切的關(guān)系，在進(jìn)行污泥處理后，需針對(duì)污泥的泥質(zhì)特性作出有效的處置，解決污泥的最終出路，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。

表1中為主城主要污水廠的平均泥質(zhì)分析成果，其中重金屬含量存在一定波動(dòng)，少部分天數(shù)重金屬指標(biāo)超過(guò)了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》(GB/T 24600—2009)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486—2009)，同時(shí)，除雞冠石污水廠外，其他污水廠污泥有機(jī)質(zhì)在50%左右變化。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的理化指標(biāo)、重金屬指標(biāo)、有機(jī)成分指標(biāo)，結(jié)合相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，污泥處置方式可采用污泥協(xié)同焚燒或建材制作等處置途徑[1-4]，同時(shí)，由于焚燒和建材制作均對(duì)大氣有一定程度污染，根據(jù)重慶市大氣污染防治規(guī)劃——《重慶市“藍(lán)天行動(dòng)”實(shí)施方案》，新建此類(lèi)設(shè)施有一定困難，故建議盡量利用熱電廠現(xiàn)有設(shè)施處置污泥。污水廠脫水污泥干燥基的高位熱值為6.5～11.2 MJ/kg，經(jīng)獨(dú)立熱干化處理后，可采用電廠摻燒的方式進(jìn)行處置，并能替代一部分的燃煤，回收利用熱能。

2 華能珞璜熱電廠介紹

目前，重慶主城區(qū)常備火電廠為華能珞璜電廠，位于重慶市江津珞璜鎮(zhèn)，北臨長(zhǎng)江、西靠渝黔鐵路，距市中心35公里。華能珞璜電廠是國(guó)家“七五”重點(diǎn)能源建設(shè)項(xiàng)目，屬火力發(fā)電，電廠一、二期工程先后成套引進(jìn)法國(guó)阿爾斯通公司4臺(tái)單機(jī)容量36萬(wàn)kW亞臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐型式為W型火焰、亞臨界參數(shù)、中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)、雙拱爐膛、固態(tài)排渣、燃煤汽包爐，三期建設(shè)2臺(tái)單機(jī)容量60萬(wàn)kW亞臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，至此，珞璜電廠總裝機(jī)容量達(dá)到了264萬(wàn)千瓦，每小時(shí)持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)7 700噸蒸汽。一、二期機(jī)組單套高峰無(wú)煙煤耗量約170 t/h，三期機(jī)組單套高峰無(wú)煙煤量耗約300 t/h。一、二期冷卻水系統(tǒng)采用直接冷卻水系統(tǒng)，三期冷卻水系統(tǒng)采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，冷卻塔為自然通風(fēng)冷卻塔，共兩座，單座冷卻水量為74 200 m3/h。

華能珞璜電廠作為重慶最大的主力發(fā)電廠，可考慮作為污泥協(xié)同焚燒重要處置點(diǎn)。

2 處理工藝及能量物料平衡

本工程所處理的脫水污泥含水率為80%左右，含水率高，需要將污泥先干化處理后再進(jìn)入熱電廠焚燒爐與煤按照一定的比例摻燒。運(yùn)行工況取決于干化和焚燒系統(tǒng)的能量平衡。珞璜熱電廠采用煤粉爐，耗煤量為600-1 000萬(wàn)t/年，污泥與煤的摻燒比約為0.9%，根據(jù)國(guó)內(nèi)外類(lèi)似工程的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究表明，污泥與煤的摻燒比在10%以下時(shí)，粉煤爐摻燒污泥基本不影響其正常運(yùn)行，考慮本工程污泥與煤摻燒比例極低(1%以下)，而干化到含固率為90%所需的熱耗非常高，并且粉塵防爆的安全投入較大，因此，本工程設(shè)計(jì)污泥干化程度為含水率30%。污泥干化需要熱源，使用何種熱源，需要根據(jù)工藝的需求量以及經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性進(jìn)行綜合權(quán)衡，根據(jù)本項(xiàng)目周邊條件，毗鄰珞璜熱電廠，在該電廠供熱范圍內(nèi)，具有地理優(yōu)勢(shì)。該電廠在發(fā)電同時(shí)可釋放大量低溫、低壓蒸汽，這些蒸汽正適合作為污泥干化的熱源，可將蒸汽作為該工程的干化能源。工藝流程為熱干化+熱電廠摻燒工藝，即：利用熱電廠蒸汽對(duì)脫水污泥進(jìn)行干化，干化后的污泥作為燃料與煤混燒后用于發(fā)電供熱。濕污泥進(jìn)廠過(guò)地磅后倒入濕污泥接收儲(chǔ)存料倉(cāng)，由污泥泵送至圓盤(pán)干燥機(jī)內(nèi)，利用飽和蒸汽作加熱介質(zhì)，間接加熱污泥。污泥干化過(guò)程產(chǎn)生廢氣(蒸汽和空氣混合物)經(jīng)除塵和冷凝兩級(jí)處理，廢氣經(jīng)冷凝后產(chǎn)生的廢水排入污水管道，經(jīng)本工程污水處理設(shè)施預(yù)處理后外排，最終進(jìn)入珞璜工業(yè)園區(qū)污水處理廠處理。不凝尾氣經(jīng)尾氣冷凝器降溫后由尾氣引風(fēng)機(jī)抽引至珞璜電廠鍋爐焚燒處理后達(dá)標(biāo)排放。維持干燥機(jī)及輔助設(shè)備、系統(tǒng)管路微負(fù)壓運(yùn)行，防止高濃度的臭氣外溢。

本工程規(guī)模為600 t/d(含水率為80%)，共6條線，每條線規(guī)模為100 t/d。工藝流程共包括7個(gè)部分，分別為濕污泥接收、儲(chǔ)存與輸送系統(tǒng)；干化主系統(tǒng)(含干燥機(jī)、尾氣處理系統(tǒng))；干污泥輸送及儲(chǔ)存系統(tǒng)；蒸汽與凝結(jié)水回用系統(tǒng)；循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；除臭系統(tǒng)；電氣、儀表及其控制系統(tǒng)。

單套系統(tǒng)工藝流程及能量物料平衡如圖1所示。

圖1 工藝流程及能量物料平衡圖Fig.1 Process Flow & Energy & Material Balance Chart

3 摻燒污泥對(duì)機(jī)組鍋爐煤耗影響

根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，燃煤熱值每降低0.42 MJ/kg，對(duì)于1 000 MW等級(jí)機(jī)組而言，鍋爐熱效率降低約0.10%，供電煤耗增加約0.33 g/(kW·h)；600 MW等級(jí)機(jī)組鍋爐熱效率降低約0.10%～0.18%，供電煤耗增加0.55～0.58 g/(kW·h)；300 MW等級(jí)機(jī)組鍋爐熱效率降低約0.16%～0.20%，供電煤耗增加約0.6～0.79 g/(kW·h)。

本工程摻燒1%質(zhì)量比的污泥后，混煤熱發(fā)熱量從20 315 kJ/kg降低至20 107 kJ/kg，降低了208 kJ/kg，以300 MW等級(jí)機(jī)組燃料熱值每降低0.42 MJ/kg增加供電煤耗0.695 g/(kW·h)計(jì)算，約影響供電煤耗0.343 g/(kW·h)。

根據(jù)以上分析，增加污泥摻燒量降低了燃料成本，對(duì)煤耗存在一定影響，但影響程度很小。

4 工藝設(shè)計(jì)

4.1 濕污泥接收、存儲(chǔ)與輸送系統(tǒng)

本工程共有6條污泥干化生產(chǎn)線，單條處理能力為100 t/d，每條線均可獨(dú)立運(yùn)行，不受其他生產(chǎn)線線運(yùn)行的干擾，工藝調(diào)配靈活。每條生產(chǎn)線配備6座濕泥料倉(cāng)，每座均可獨(dú)立運(yùn)行，每格有效容積為150 m3，料倉(cāng)采用地下式結(jié)構(gòu)，每座料倉(cāng)直徑為7.2 m，倉(cāng)深為3.7 m，每座底部均設(shè)置有滑架撥料系統(tǒng)。其出泥泵系統(tǒng)完全獨(dú)立，每座下部設(shè)置1臺(tái)高壓螺桿泵，變頻控制，可根據(jù)污泥系統(tǒng)實(shí)際情況調(diào)整轉(zhuǎn)速，有效降低污泥中砂粒對(duì)定子和轉(zhuǎn)子的磨損，并且其輸出量可得到精確計(jì)量。主要設(shè)備參數(shù)如下：濕泥料倉(cāng)共6套，料倉(cāng)容積150 m3，存泥時(shí)間36 h?；軗芰舷到y(tǒng)6套，液壓站功率為11 kW。濕污泥進(jìn)料泵共6臺(tái)(變頻)，單臺(tái)流量為10 m3/h，單臺(tái)功率為22 kW。

4.2 圓盤(pán)干燥機(jī)系統(tǒng)

圓盤(pán)干燥機(jī)共6套。采用變頻調(diào)速控制，干化用熱源為低品位蒸汽，參數(shù)為減溫減壓至 0.5 MPa·G的飽和蒸汽，裝機(jī)功率90 kW，外形尺寸為10 100 mm× 3 000 mm×3 550 mm，盤(pán)片直徑為2 100 mm，傳熱面積為411 m2，全容量為26 m3，轉(zhuǎn)速為0～9 r/min(變頻)，干化方式采用間接傳熱。

4.3 尾氣除塵器

干化尾氣處理系統(tǒng)采用旋風(fēng)除塵器，最大程度降低尾氣中含塵率，進(jìn)一步減少后部設(shè)備、風(fēng)道的積塵、結(jié)垢頻率。尾氣除塵器采用高效蝸殼漸變式分離器技術(shù)，旋風(fēng)除塵效率達(dá)到90%以上，壓損控制在1 000～2 000 Pa。尾氣除塵器放灰方式采用自動(dòng)濕法放灰。排出的廢渣經(jīng)螺桿泵送至濕泥料倉(cāng)與進(jìn)廠污泥混合后進(jìn)入干燥機(jī)干化處理。尾氣除塵器內(nèi)部同時(shí)配套沖洗水機(jī)構(gòu)。尾水除塵器共6臺(tái)，與干燥機(jī)一一對(duì)應(yīng)。

4.4 尾氣冷凝器

干化尾氣處理系統(tǒng)配套的尾氣冷凝器，采用間接式管殼換熱型式，采取一一對(duì)應(yīng)型式，即一臺(tái)干燥機(jī)配套一臺(tái)冷凝器。尾氣冷凝器配置了雙管程結(jié)構(gòu)，尾氣走管程，冷卻水走殼程，最大限度的減少了內(nèi)部積塵。內(nèi)部同時(shí)配套了沖洗水機(jī)構(gòu)；同時(shí)冷凝器設(shè)置有酸洗接口，用于定期除垢。尾氣冷凝器共6臺(tái)，單臺(tái)冷卻水量為278 t/h(溫升為6 ℃)。

4.5 尾氣引風(fēng)機(jī)

尾氣引風(fēng)機(jī)將污泥干化過(guò)程中蒸發(fā)出來(lái)的水蒸汽從干燥機(jī)內(nèi)抽出，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部形成負(fù)壓環(huán)境，保證廢氣不外溢，抽出的尾氣由長(zhǎng)度約1 200 m的風(fēng)管送至電廠鍋爐送風(fēng)機(jī)入口處，經(jīng)鍋爐送風(fēng)機(jī)送至爐膛焚燒。通過(guò)計(jì)算，考慮設(shè)備性能要求及風(fēng)管沿?fù)p和局損，配置3臺(tái)變頻尾氣引風(fēng)機(jī)，2用1備，單臺(tái)風(fēng)量為12 000 m3/h，全壓為14 000 Pa，功率為75 kW。

4.6 干污泥輸送及儲(chǔ)存系統(tǒng)

經(jīng)干燥機(jī)干化后的干污泥經(jīng)全密封輸送機(jī)輸送至干污泥倉(cāng)，干燥機(jī)出口設(shè)置1個(gè)倒Y型分配器，對(duì)應(yīng)1套刮板輸送機(jī)，刮板輸送線采用2套水平刮板輸送機(jī)，每套負(fù)責(zé)3臺(tái)干化機(jī)的出泥，干泥料倉(cāng)采用2套大傾角刮板輸送機(jī)。共設(shè)置2座干污泥料倉(cāng)，單倉(cāng)容積為90 m3。干泥料倉(cāng)配套滑架撥料、螺旋輸送、除塵及抑塵系統(tǒng)。其中Y型分配器3 套，固體輸送能力2～5 m3/h，長(zhǎng)度約為2 m。水平刮板輸送機(jī)共2 套，輸送能力為9 t/h，功率為15 kW。大傾角刮板輸送機(jī)共2套，輸送能力為9 t/h，功率為22 kW。

4.7 蒸汽及凝結(jié)水回用系統(tǒng)

本工程干化用蒸汽的參數(shù)為減壓后的0.5 MPa·G飽和蒸汽，蒸汽耗量為20.75 t/h，蒸汽來(lái)自華能珞璜電廠，通過(guò)蒸汽管道由電廠送至本廠區(qū)內(nèi)。同時(shí)配置一套減溫減壓裝置，流量為24 m3/h，使蒸汽壓力和溫度降至0.5 MPa·G、159 ℃的飽和蒸汽。0.5 MPa·G的飽和蒸汽進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)放熱后在底部凝結(jié)成液態(tài)水，通過(guò)干燥機(jī)底部的一套疏水閥組排出機(jī)體，排出的蒸汽凝結(jié)水經(jīng)疏水冷卻器冷卻至90 ℃以下后流入蒸汽凝結(jié)水箱暫存，再由一套凝結(jié)水泵增壓后連續(xù)泵送至廠區(qū)供熱單元給水系統(tǒng)回用。

4.8 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

新建一套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，主要作用是不凝氣降溫，系統(tǒng)冷卻用循環(huán)水用量約1 800 t/h，其中，6臺(tái)尾氣冷凝器，單臺(tái)冷卻水耗量275 t/h，2臺(tái)疏水冷卻器，單臺(tái)冷卻水耗量75 t/h。循環(huán)水與尾氣介質(zhì)不接觸，不受污染，循環(huán)水源來(lái)自電廠冷卻水。冷卻水泵共設(shè)置3臺(tái)，2用1備，單臺(tái)流量為900 m3/h，揚(yáng)程為45 m，功率為185 kW。

4.9 除臭系統(tǒng)

本工程臭氣源分2大類(lèi)，一類(lèi)是干燥機(jī)尾氣冷凝高濃度廢氣，另一類(lèi)是污泥卸料站、濕污泥料倉(cāng)、干污泥料倉(cāng)、廢液池、污泥干化車(chē)間冷凝單元等產(chǎn)生的臭氣。第一類(lèi)干燥機(jī)尾氣冷凝產(chǎn)生的高濃度廢氣由引風(fēng)機(jī)輸送至電廠鍋爐鼓風(fēng)吸風(fēng)口進(jìn)入爐膛焚燒，風(fēng)量為24 000 m3/h。第二類(lèi)臭氣具有體量大，濃度低特點(diǎn)，就地處理，采用“水洗+生物濾池”組合的除臭處理工藝，預(yù)留活性炭吸附裝置位置及接口，風(fēng)量為60 000 m3/h，主要處理車(chē)間內(nèi)臭氣，產(chǎn)臭源附近設(shè)置除臭風(fēng)口，換氣次數(shù)8～12次/h。

4.10 廢水處理系統(tǒng)

經(jīng)水量平衡計(jì)算，600 t/d的濕污泥通過(guò)圓盤(pán)干燥機(jī)干化為171.4 t/d的半干污泥，產(chǎn)生428.6 t/d受污染的冷凝水，同時(shí)考慮沖洗等其他污水，確定設(shè)計(jì)廢水量為500 t/d。結(jié)合類(lèi)似項(xiàng)目污水水質(zhì)情況，確定廢水處理的進(jìn)水水質(zhì)：CODCr濃度為1 500 mg/L，BOD5濃度為750 mg/L，TN濃度為400 mg/L，NH3-N濃度為350 mg/L，出水水質(zhì)達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31962—2015)B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后，通過(guò)排水管道就近接入珞璜工業(yè)園區(qū)污水處理廠，處理后達(dá)標(biāo)排放。

污水處理工藝采用冷卻+多段AO工藝，污水首先通過(guò)調(diào)節(jié)池，保證污水均質(zhì)均量，并通過(guò)冷卻塔進(jìn)行降溫；接著通過(guò)多段AO生物接觸氧化法，利用生物膜的作用去除污染物；生化池的出水進(jìn)入斜板沉淀池進(jìn)行固液分離；污泥池污泥輸送至脫水機(jī)房，污泥脫水后外運(yùn)至干化車(chē)間濕污泥料倉(cāng)。

5 環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益

本工程第一部分投資為14 008.86 萬(wàn)元，總投資為17 300.13萬(wàn)元，處理成本為244.60元/t，單位經(jīng)營(yíng)成本為165.51元/t。本項(xiàng)目實(shí)施后，按污泥處理第一年收費(fèi)單價(jià)為238元/t計(jì)算，并考慮3年調(diào)價(jià)因素，項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為6.92%，大于行業(yè)基準(zhǔn)收益率(5%)。項(xiàng)目稅前投資回收期為10.43年，小于行業(yè)基準(zhǔn)投資回收期(18年)。本工程雖然未能進(jìn)行國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的具體指標(biāo)計(jì)算，但從工程本身特點(diǎn)來(lái)看，國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益也是好的。

本工程更重要的是環(huán)境效益和社會(huì)效益，污泥處理工程為城市基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，服務(wù)社會(huì)為主要目的，是改善環(huán)境的必要條件，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)為外部效果。通過(guò)本工程與電廠協(xié)同處置，解決了污泥的最終出路，將進(jìn)一步改善重慶市主城區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，改善重慶的水環(huán)境和空氣環(huán)境，其受益者是重慶市全體市民。投資效益基本上是間接的經(jīng)濟(jì)效果，污泥處置工程的實(shí)施改善周邊生態(tài)環(huán)境，使地價(jià)增值，減少細(xì)菌的滋生，減少疾病，從而降低醫(yī)藥費(fèi)開(kāi)支，提高城市衛(wèi)生及人民健康水平，有利于改善重慶市的投資環(huán)境，對(duì)重慶市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有積極意義。

6 結(jié)論

(1)按照《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》的規(guī)定，污水廠產(chǎn)生的污泥應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化及資源化處理處置，由于污水廠污泥普遍存在有機(jī)物含量低，不能實(shí)現(xiàn)能量自平衡，需要補(bǔ)充外部能源，以及污泥項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中存在廢水廢氣對(duì)周邊環(huán)境有較大影響的問(wèn)題，目前此類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施難度較大。本項(xiàng)目選址在華能珞璜發(fā)電廠預(yù)留用地內(nèi)建設(shè)，系統(tǒng)解決了污泥干化廠能源需求問(wèn)題，同時(shí)解決了運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的水、泥、氣對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了污泥處理處置的目的，符合國(guó)家環(huán)保政策。

(2)污泥經(jīng)獨(dú)立干化后，干污泥最終處置由熱電廠負(fù)責(zé)，干污泥可作為燃料以較小比例與煤混合，進(jìn)入熱電廠焚燒爐與煤摻燒，用于摻燒發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了污泥資源化，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。

(3)污泥干化需要熱源，本干化廠毗鄰珞璜熱電廠，電廠在發(fā)電同時(shí)釋放大量低溫、低壓蒸汽，這些蒸汽正適合作為污泥干化的熱源，可將蒸汽作為該工程的干化能源，并且電廠的蒸汽價(jià)格與其它熱源價(jià)格具有較大的優(yōu)勢(shì)。

(4)干化廠運(yùn)行過(guò)程中干燥機(jī)產(chǎn)生的高濃度廢氣，由于濃度高單獨(dú)處理，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高，本工程采用引風(fēng)機(jī)抽送到電廠焚燒爐內(nèi)燃燒去除，節(jié)省投資和運(yùn)行成本。