馬津麟，張蒙雨

（中城院（北京）環(huán)境科技股份有限公司，北京 100120）

1 研究背景

在“十三五”期間，中國(guó)共建成生活垃圾焚燒廠254 座，累計(jì)在運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠已超過(guò)500 座，焚燒設(shè)施處理能力達(dá)58 萬(wàn)t/d，全國(guó)初步形成了新增處理能力以焚燒為主的生活垃圾處理發(fā)展格局?？梢?jiàn)，近五年來(lái)，中國(guó)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，處理處置能力得到了大幅度提升。此外，中國(guó)生活垃圾無(wú)害化處理率在“十三五”期間也顯著提升，“十三五”期間，中國(guó)新建垃圾無(wú)害化處理設(shè)施500 多座，城鎮(zhèn)生活垃圾設(shè)施處理能力累計(jì)超過(guò)127 萬(wàn)t/d，生活垃圾無(wú)害化處理率達(dá)到99.2%。全國(guó)城市和縣城生活垃圾基本實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理，僅尚有0.8%的缺口，即僅有1 萬(wàn)t 左右的處理能力的缺口。

然而“十四五”規(guī)劃提出，到2025 年底全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力會(huì)達(dá)到80 萬(wàn)t/d 左右，即在“十四五”期間，中國(guó)將新增12 萬(wàn)t/d 的生活垃圾焚燒處理能力，遠(yuǎn)大于目前中國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理能力的缺口。雖然，有些衛(wèi)生填埋場(chǎng)會(huì)隨著生活垃圾焚燒設(shè)施的啟用而轉(zhuǎn)變?yōu)轱w灰以及應(yīng)急填埋場(chǎng)，從而填補(bǔ)一定量的生活垃圾處理能力的缺口。但是，考慮到全國(guó)正在逐步推進(jìn)生活垃圾分類收運(yùn)、分類處理，大量規(guī)劃和建設(shè)以堆肥、厭氧處理為主工藝的廚余垃圾處理處置設(shè)施以及多地的生活垃圾收運(yùn)體系，尤其是農(nóng)村垃圾的收運(yùn)體系的建設(shè)尚未健全，因此可以預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，中國(guó)部分生活垃圾焚燒處理設(shè)施將面臨著處理能力過(guò)剩，部分垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施將處于長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，不利于生活垃圾焚燒發(fā)電廠的穩(wěn)定運(yùn)行與生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

實(shí)際上，中國(guó)現(xiàn)有部分生活垃圾焚燒處理廠已經(jīng)面臨入場(chǎng)垃圾不足的問(wèn)題了。但與此同時(shí)，目前大量一般工業(yè)有機(jī)固體廢棄物、市政污泥、餐廚垃圾以及醫(yī)療廢物等尚未得到妥善的處理處置。這些廢棄物中，許多均可采用焚燒的方式進(jìn)行處置，尤其是像污泥這樣含有大量有機(jī)物的高熱值固體廢棄物。因而，這幾年來(lái)，生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置其他有機(jī)固體廢棄物的理念越來(lái)越受到認(rèn)可，眾多新建生活垃圾焚燒項(xiàng)目從可行性研究階段就充分考慮將焚燒廠服務(wù)區(qū)域內(nèi)的其他有機(jī)固體廢棄物協(xié)同處置，充分發(fā)揮生活垃圾焚燒廠的潛力。

在中國(guó)，生活垃圾焚燒處理廠協(xié)同處置其他有機(jī)固體廢棄物有政策支撐，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定。例如：GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中提出“在不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達(dá)標(biāo)和焚燒爐正常運(yùn)行的前提下，生活污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥和一般工業(yè)固體廢物可以進(jìn)入生活垃圾焚燒爐進(jìn)行焚燒處理”。

2 生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置市政污泥的技術(shù)研究

近年來(lái)，污泥處理處置問(wèn)題愈發(fā)受到關(guān)注，尤其是污水處理廠所產(chǎn)生的市政污泥。隨著眾多衛(wèi)生填埋場(chǎng)的封場(chǎng)以及國(guó)家對(duì)提高污泥無(wú)害化處理與資源化利用的倡導(dǎo)，傳統(tǒng)的污泥脫水后送至衛(wèi)生填埋廠填埋的處置方式越來(lái)越受到限制。污泥厭氧發(fā)酵技術(shù)存在產(chǎn)品出路困難等問(wèn)題，因而，與生活垃圾焚燒項(xiàng)目協(xié)同處置則成為近年來(lái)被推廣的污泥處置方式之一。2009 年，國(guó)家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、國(guó)家環(huán)境保護(hù)部和國(guó)際科學(xué)技術(shù)部三部委聯(lián)合發(fā)布的《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）》中鼓勵(lì)污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建，且污泥焚燒的煙氣處理需滿足GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)規(guī)定。2020 年7 月，國(guó)家發(fā)改委和住建委發(fā)布的《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》中強(qiáng)調(diào)要加快推進(jìn)污泥無(wú)害化處置和資源化利用，鼓勵(lì)采用“生物質(zhì)利用+焚燒”的處置模式。

生活垃圾焚燒項(xiàng)目協(xié)同處置市政污泥的關(guān)鍵技術(shù)首先在于選擇適宜的污泥干化率與污泥摻燒比例。由于污水廠內(nèi)常對(duì)污泥采用離心機(jī)、板框壓濾機(jī)或者帶式壓濾機(jī)等措施對(duì)污泥進(jìn)行脫水，脫水后污泥的含水率在60%～80%之間，含水率較高，熱值過(guò)低，不適宜直接進(jìn)入焚燒爐焚燒。因此，往往在入爐前，需要對(duì)污泥進(jìn)行干化處理，且常以生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的飽和蒸汽作為干化熱源。污泥入爐時(shí)的含水率越低，入爐熱值越高，其產(chǎn)生的蒸汽量越多，但其干化所消耗的飽和蒸汽量也越多，干化成本也越高，例如，以0.5 MPа 的飽和蒸汽作為污泥干化熱源時(shí)，將每噸含水率為80%的濕污泥干化至40%的含水率，需要0.85～1.0 t/h 的飽和蒸汽[1]。因考慮到成本效益最優(yōu)化的原則以及對(duì)焚燒爐和汽輪發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響，目前實(shí)際項(xiàng)目中往往選擇將污泥干化至含水率35%～50%的狀態(tài)入爐[1-5]。此時(shí)，污泥不處于黏滯區(qū)，利于機(jī)械上料，且其低位熱值為1 800～2 400 kJ/kg，與焚燒廠MCR 工況設(shè)計(jì)熱值相當(dāng)或者略高于MCR 工況設(shè)計(jì)熱值。

目前中國(guó)大多數(shù)專家學(xué)者認(rèn)為當(dāng)污泥在35%～50%的含水率狀態(tài)下入爐時(shí)，污泥摻燒比例為小于等于10%，對(duì)生活垃圾焚燒處理廠的影響較小[1-7]。相關(guān)專家學(xué)者的詳細(xì)研究成果如表1 所示。

表1 污泥摻燒比例的影響研究

此外，現(xiàn)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)的污泥摻燒比例也大多在5%～10%的范圍，入爐污泥含水率的范圍也多為35%～50%，例如，順德區(qū)順控環(huán)投熱電項(xiàng)目設(shè)計(jì)協(xié)同處置污泥700 t/d（以含水率80%計(jì)），其入爐污泥含水率的設(shè)計(jì)值為40%，摻燒比例的設(shè)計(jì)值為7.8%[1]；青島市小澗西二期生活垃圾焚燒與污泥協(xié)同處置工程設(shè)計(jì)協(xié)同處置污泥500 t/d（以含水率75%計(jì)），其入爐污泥含水率的設(shè)計(jì)值為40%，摻燒比例的設(shè)計(jì)值為9.2%[1]。在發(fā)達(dá)國(guó)家，污泥與生活垃圾協(xié)同焚燒處置也是其處理市政污泥的重要方法之一，例如，日本70%以上的市政污泥所采用的處置方式是以10%左右的比例與生活垃圾摻燒[7]。

協(xié)同處置污泥的另一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于污泥上料方式的選擇。由于污泥在熱值、含水率等理化性質(zhì)上與生活垃圾有所不同，因此，為降低對(duì)焚燒爐系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)以及余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響，應(yīng)選擇更有利于污泥與生活垃圾均勻入爐的上料方式，盡量降低入爐垃圾的熱值的波動(dòng)性。目前，主要的污泥上料方式有2 種：一是通過(guò)小車、管道等途徑將污泥均勻拋灑在生活垃圾池中，與生活垃圾混合后進(jìn)入焚燒爐；二是污泥單獨(dú)上料，具體實(shí)現(xiàn)形式包括通過(guò)斗提機(jī)、皮帶輸送機(jī)等機(jī)械輸送方式直接將污泥輸送至焚燒爐給料斗，或者在垃圾池內(nèi)設(shè)置單獨(dú)的干污泥儲(chǔ)倉(cāng)，再配置一個(gè)小型污泥抓斗，將污泥抓至焚燒爐給料斗等。2 種上料方式各有利弊。第一種方式，污泥可以直接進(jìn)入垃圾池，因此與生活垃圾混合的均勻性高，更利于入爐物料熱值的穩(wěn)定；但若采用小車輸送，機(jī)械化程度低，上料過(guò)程中的臭味不易控制，工人工作環(huán)境惡劣；管道輸送則只適用于含水率高的污泥，但直接摻燒含水率高的污泥的經(jīng)濟(jì)性差。第二種污泥單獨(dú)上料的方式，其與生活垃圾的混合度低，入爐物料的均勻化程度低，容易對(duì)焚燒爐產(chǎn)生沖擊；但這種方式的機(jī)械化程度高，較容易實(shí)現(xiàn)對(duì)上料過(guò)程中的臭味控制。具體上料方式可以根據(jù)項(xiàng)目空間情況等實(shí)際限制因素進(jìn)行選擇。

摻燒市政污泥在經(jīng)濟(jì)上有優(yōu)勢(shì)，主體焚燒設(shè)備、煙氣處理設(shè)備以及余熱利用設(shè)備均與焚燒廠共建，節(jié)約設(shè)備投資與土地費(fèi)用。運(yùn)行方面，利于產(chǎn)生規(guī)模效益，降低運(yùn)行成本。同時(shí)，由于大多數(shù)市政污泥在污水廠內(nèi)脫水時(shí)，往往需添加調(diào)理劑，改善污泥的脫水性能，進(jìn)一步降低脫水后污泥的含水率。調(diào)理劑常采用10%左右的熟石灰。因此，當(dāng)調(diào)理后干化污泥被投入焚燒爐后，污泥中的熟石灰會(huì)與酸性污染物反應(yīng)，從而降低了余熱鍋爐出口煙氣中酸性污染物的濃度，有利于節(jié)約煙氣處理的運(yùn)行成本。高云濤[3]的研究表明，當(dāng)調(diào)理后污泥摻燒量為10%時(shí)（污泥含水率干化至50%以下），余熱鍋爐出煙氣中的HCl 以及SO2的體積分?jǐn)?shù)分別下降了6.9%和5.4%。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了生活垃圾焚燒處理廠協(xié)同處置市政污泥的意義與必要性，總結(jié)了它與政策的相符性，歸納了技術(shù)上的可行性與重難點(diǎn)，分析了在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，并提供了相關(guān)的實(shí)際工程案例。生活垃圾焚燒廠協(xié)同處置此類廢棄物不僅可以解決生活垃圾焚燒行業(yè)面臨的局部地區(qū)入廠生活垃圾不足、處理能力過(guò)剩的問(wèn)題；還可以有效解決區(qū)域內(nèi)污泥的處理處置減量化與資源化問(wèn)題，有利于無(wú)廢城市的建設(shè)；與此同時(shí)，還可有效提高生活垃圾焚燒廠的經(jīng)濟(jì)效益，有利于生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的長(zhǎng)期、可持續(xù)發(fā)展。因此，生活垃圾發(fā)電廠協(xié)同處置污泥等其他有機(jī)固體廢棄物是生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。