污泥由水處理過(guò)程中多種微生物形成的菌膠團(tuán)以及其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成，是一種生物質(zhì)資源。如今在碳達(dá)峰、碳中和（“雙碳”）戰(zhàn)略目標(biāo)的背景下，生物質(zhì)能被譽(yù)為繼煤炭、石油、天然氣之外的第四大能源。單獨(dú)焚燒是能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化的有效工藝，有助于實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)。中原地區(qū)某皮草公司內(nèi)污水廠所產(chǎn)污泥及皮革廢料等固體廢物原采用填埋模式處置，但日均填埋量大、費(fèi)用高，并受限于道路運(yùn)輸以及填埋場(chǎng)場(chǎng)地容量等多種因素，致使大量廢物無(wú)法處置，影響該公司的正常生產(chǎn)運(yùn)行，故亟需對(duì)其所產(chǎn)固體廢物進(jìn)行混合焚燒的可行性研究及后續(xù)工程設(shè)計(jì)等工作。

1、項(xiàng)目背景與混合焚燒路線分析

1.1 項(xiàng)目概況

該皮草公司是全球最大的羊裘皮鞣制企業(yè)，建有處理能力為4×104m3/d的污水處理廠，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一般固體廢物（皮革廢料）、污水廠污泥采取填埋方式處置。隨著《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實(shí)施方案》提出“推進(jìn)生活污水治理廠網(wǎng)配套、泥水并重，推廣污泥集中焚燒無(wú)害化處理，推進(jìn)污水污泥資源化利用”，以及地方政府用地需求加劇，而屬地未建設(shè)相應(yīng)的污泥處理處置設(shè)施，擬采用焚燒方式將污泥與皮革廢料進(jìn)行混合焚燒。該公司采用生態(tài)鞣制工藝，其污水廠污泥以及皮革廢料中的各項(xiàng)重金屬含量等參數(shù)經(jīng)多家第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)后，結(jié)果均在《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》（GB/T24602—2009）的限值以下，經(jīng)屬地環(huán)保部門確認(rèn)后，認(rèn)定該項(xiàng)目的處理廢物屬于一般固體廢物。

結(jié)合遠(yuǎn)期發(fā)展，設(shè)計(jì)污泥及固廢處理總規(guī)模為117tDS/d，其中污泥規(guī)模為432t/d（含水率為80%），皮革固體廢物為68t/d（含水率為55%）。污泥的處理干固量占比達(dá)到73.85%，故工程的核心工藝應(yīng)以污泥處置為主，并結(jié)合其余皮革固體廢料一并處置。

待處置污泥為含水率60%~80%的脫水污泥，皮革固體廢物為皮革鞣制過(guò)程中各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的皮革廢料，主要分為肉渣類、酸藍(lán)皮、皮革干料及毛飛等，其基本性狀參數(shù)如表1所示�？芍�，肉渣類和酸藍(lán)皮的含水率較高，毛飛和皮革干料含水率較低，但這些皮革廢料的尺寸大多較長(zhǎng)，需要進(jìn)行破碎才能夠滿足輸送設(shè)備的需求，避免長(zhǎng)皮革纖維對(duì)設(shè)備的纏繞。

采用混合焚燒，首先需考慮污泥與固體廢物的分布均勻性，其次是不同類別固體廢物的輸送方式，最后是多種物料混合后焚燒的可行性及經(jīng)濟(jì)性。王中慧等采用30MW農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組開展了污泥衍生燃料摻燒試驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)需要控制污泥的摻燒比例范圍及污泥在生物質(zhì)燃料中的分布均勻性，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。上述要點(diǎn)均是項(xiàng)目設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮的因素。

1.2 混合焚燒工程案例分析

污泥協(xié)同處置工藝是環(huán)保部門推薦的方式，而污泥摻燒是協(xié)同處置的有效方式之一。水泥窯協(xié)同處置污泥、熱電及垃圾電廠協(xié)同處置污泥等多種污泥混合摻燒項(xiàng)目已在我國(guó)實(shí)施多年，部分工程案例如表2所示。

污泥摻燒是有效的處置工藝，但在我國(guó)推廣的協(xié)同污泥處置工藝當(dāng)中，污泥占比較小，因此多將污泥摻入熱值更高的焚燒產(chǎn)能工藝進(jìn)行處置，部分工程還需要對(duì)污泥進(jìn)行干化來(lái)滿足不同爐型的入爐要求，同時(shí)也需要考慮污泥焚燒煙氣對(duì)原煙氣凈化系統(tǒng)的影響。

隨著我國(guó)的城鎮(zhèn)化發(fā)展，近年來(lái)，上海、成都、南京等城市新建眾多污泥單獨(dú)焚燒項(xiàng)目，而并未選擇污泥協(xié)同處置工藝，其主要原因?yàn)椋?/span>①污泥的實(shí)際產(chǎn)量遠(yuǎn)大于規(guī)劃的污泥產(chǎn)量，協(xié)同處置城市污泥的能力嚴(yán)重不足，過(guò)剩污泥無(wú)法得到妥善處置；②污泥的熱值、含水率及其他元素含量等性質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)摻燒工藝影響較大，某一參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致整個(gè)摻燒系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行；③污泥與其他物質(zhì)的混合效果與混合量難以掌握，某一參數(shù)不穩(wěn)定可能引起爐溫或工況的波動(dòng)，導(dǎo)致主工藝線產(chǎn)能下降；④污泥焚燒處置工藝能夠使污泥得到最大化減量以及穩(wěn)定處理，郝曉地等認(rèn)為污泥焚燒工藝是在污泥全生命周期（LCA）處理/處置方面的最佳工藝，但協(xié)同處置時(shí)，污泥處置量會(huì)受污泥處置產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)電效率等主工藝路線的產(chǎn)能效果影響。

結(jié)合以上分析，采用污泥焚燒的處置路線可行，但需要結(jié)合污泥與皮革廢料混合焚燒進(jìn)行工藝路線研究，對(duì)皮革廢料破碎后與污泥的混合時(shí)間、物料配比、綜合含水率及綜合熱值等進(jìn)行分析，從而確定設(shè)計(jì)條件。

1.3 處理物料性質(zhì)分析

通過(guò)分析國(guó)內(nèi)目前相關(guān)的污泥協(xié)同處置案例以及生物質(zhì)試驗(yàn)研究，項(xiàng)目采用污泥與皮革廢料混合焚燒處置工藝路線的可行性還需要根據(jù)處理物料性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步確定。對(duì)污泥泥質(zhì)以及一般固體廢物的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示�？芍�，污泥的干基低位熱值偏低，不能實(shí)現(xiàn)自持燃燒。污泥中的硫元素與氯元素含量較高，特別是硫含量遠(yuǎn)高于一般市政污泥，這會(huì)大大增加焚燒后煙氣中的SOx濃度；含量較高的氯元素焚燒后會(huì)在煙氣中形成HCl，腐蝕相關(guān)設(shè)備；污泥中堿金屬鹽含量較高，導(dǎo)致熔融現(xiàn)象發(fā)生概率的提高。經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查可知，污泥中硫元素與氯元素含量較高的原因是：①在污水處理過(guò)程中，投加了大量的硫酸亞鐵藥劑，致使硫元素最終富集于污泥之中，目前已配合污水處理廠改進(jìn)污水區(qū)的相關(guān)工藝，減少硫酸鹽藥劑使用量；②皮革在運(yùn)輸及生產(chǎn)加工過(guò)程中，投加了大量的NaCl及KCl，導(dǎo)致大量氯離子進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，最終富集于污泥之中。

皮革廢料的干基低位熱值較高，可自持燃燒。皮革的主要有機(jī)物為氨基酸，其干基氮元素含量較高，這可能導(dǎo)致混合物焚燒后煙氣中NOx的濃度較高。皮革廢料干基灰分含量較低，但是由于其鞣制工藝中投加了大量NaCl及KCl，導(dǎo)致整體堿金屬含量較高，與污泥相似，均存在發(fā)生熔融使床料玻璃化的風(fēng)險(xiǎn)。故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮相應(yīng)對(duì)策，如投加石灰石或高嶺土等。

2、方案設(shè)計(jì)

2.1 焚燒工況分析

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，選取各物料平均值，將各種處理物料混合后的參數(shù)作為工程設(shè)計(jì)指標(biāo)值。該工程污泥混合物設(shè)計(jì)參數(shù)如下：混合物料含水率（污泥未經(jīng)干化處理）為73.4%，混合物料含固率為26.6%，可燃質(zhì)含量為48.6%，灰分含量為51.4%，混合物低位熱值為1.07×104kJ/kg，混合物高位熱值為1.15×104kJ/kg，C為50.93%，H為7.30%，N為8.08%，O為18.59%，S為10.09%，Cl為5.01%。

該項(xiàng)目處理的固體廢物以污泥為主，污泥與皮革廢料混合后與原污泥的狀態(tài)接近，但混合物的熱值更不均勻。為保證焚燒效果，采用適宜熱值不均衡且燃盡度高的鼓泡流化床形式的焚燒爐。目前，成都、上海等污泥焚燒項(xiàng)目采用了該爐型，獲得了較好的工程實(shí)踐效果�？紤]到爐型特性，設(shè)計(jì)的流化風(fēng)溫度為140℃、過(guò)量空氣系數(shù)為1.2~1.4，根據(jù)污泥及皮革廢料的干基低位熱值、入爐固廢量、入爐固廢含水率以及為達(dá)到850℃所需的入爐總熱負(fù)荷的相關(guān)參數(shù)范圍等計(jì)算燃燒工況（見圖1）。

由圖1可知，該工程物料的混合焚燒可以滿足燃燒要求。當(dāng)混合物料在入爐含水率為49.7%~52.4%、干基低位熱值為（0.97~1.11）×104kJ/kg、入爐干化污泥量為3977~6250kgDS/h的條件下，可維持850℃的自持燃燒。在自持燃燒區(qū)內(nèi)，當(dāng)物料熱值或含水率波動(dòng)時(shí)，可通過(guò)采取相應(yīng)措施，如添加輔助燃料、調(diào)節(jié)流化風(fēng)溫度、調(diào)節(jié)流化風(fēng)過(guò)量系數(shù)、調(diào)節(jié)處理量或焚燒爐內(nèi)噴水降溫等解決。

2.2 設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)污泥與皮革廢料的自持燃燒，設(shè)計(jì)采用皮革預(yù)處理+污泥干化+焚燒+煙氣凈化工藝處置路線（見圖2）。

預(yù)處理是根據(jù)焚燒及輸送系統(tǒng)對(duì)污泥及皮革廢料的需求進(jìn)行的綜合固廢處理，主要包含皮革廢料的儲(chǔ)存、破碎、輸送以及與干化污泥的混合。經(jīng)混合后的固體廢物送入鼓泡流化床焚燒爐焚燒，焚燒后約850℃的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生1.0MPa（表壓）、180℃的飽和蒸汽送往汽水系統(tǒng)的蒸汽分配集箱，然后分配到干化車間等全廠用汽設(shè)備，經(jīng)余熱鍋爐后的230℃煙氣進(jìn)入后續(xù)的煙氣凈化系統(tǒng)處理，達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）及屬地相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)后排放。煙氣處理系統(tǒng)主要包括靜電除塵器、干式反應(yīng)器、布袋除塵器、二級(jí)濕式脫酸塔、濕電除塵器、煙氣再熱器、選擇性催化還原法（SCR）反應(yīng)器、引風(fēng)機(jī)、煙囪、飛灰固化及相應(yīng)的吸收劑制備和儲(chǔ)存系統(tǒng)等。由于混合固廢中硫元素含量遠(yuǎn)高于市政污泥，二級(jí)吸收塔采用石灰石/石膏懸浮液雙塔雙循環(huán)工藝，在1#吸收塔內(nèi)脫除90%以上的SO2，在2#吸收塔內(nèi)脫除剩余少量SO2。焚燒后，污泥中的灰分幾乎全部隨煙氣進(jìn)入煙氣凈化系統(tǒng)，經(jīng)靜電除塵器和布袋除塵器后，煙氣達(dá)標(biāo)排放，灰渣與飛灰則落入灰斗，通過(guò)氣力裝置分別輸送到渣倉(cāng)和灰倉(cāng)儲(chǔ)存。渣倉(cāng)底部設(shè)有卸料器和加濕攪拌機(jī)，可以將灰渣加濕后外運(yùn)，飛灰經(jīng)螯合固化后打包外運(yùn)。

2.3 布置方案

項(xiàng)目設(shè)計(jì)占地約2hm2，主要構(gòu)筑物為皮革廢料預(yù)處理車間與污泥干化焚燒車間。皮革廢料預(yù)處理車間為丙類廠房，構(gòu)筑物尺寸為107.7m×36.8m×19m，建筑面積為4363.6m2；污泥干化焚燒車間為丁類廠房，構(gòu)筑物尺寸為131.6m×51.8m×24m，建筑面積為14075.2m2。廠區(qū)平面布置見圖3。

皮革廢料預(yù)處理車間與污泥干化焚燒車間相鄰布置，各單體建筑物之間的距離均大于10m，滿足防火間距要求，周邊物流及消防車道寬度為7.0m，車間內(nèi)部檢修通道寬度為4.0m，廠區(qū)內(nèi)主要的人流與物流通道相互分離。

3、碳減排測(cè)算

溫室氣體的碳排放分為能源碳、生物碳、可替代類碳。污泥干化焚燒主要包括預(yù)處理（包含皮革破碎、污泥濃縮脫水及物料混合）、干化、焚燒和尾氣凈化環(huán)節(jié)。其中，根據(jù)《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》，污泥焚燒環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CO2、CH4和N2O作為生物碳，不計(jì)入碳排放總量。原污泥填埋處置主要包括污泥濃縮調(diào)理、板框壓濾脫水、外運(yùn)處理和污泥填埋環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的填埋氣體以CH4、CO2為主。

碳足跡與處理廠的規(guī)模、實(shí)際工藝、設(shè)備選型等都直接相關(guān)，采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》提供的方法和參數(shù)取值對(duì)污泥干化焚燒工藝的碳排放進(jìn)行估算，1t干污泥的CO2總排放量折算1t標(biāo)煤產(chǎn)生的CO2，以2.6t計(jì)。計(jì)算采用干化焚燒路線處理1t干污泥的碳排放量，條件如下：①污泥進(jìn)泥含水率為98%；②脫水污泥含水率為80%；③混合物碳含量比例為50.93%；④焚燒效率為97%；⑤干化污泥含水率為35%；⑥污泥焚燒能量利用效率為70%（假設(shè)值）。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)混合物料處理規(guī)模為117tDS/d，物料的含水率平均值為73.4%，干基低位熱值為1.07×104kJ/kg，入爐含水率約為52.4%，PAM用量為2t/d，以此為計(jì)算基礎(chǔ)。原污泥填埋處置過(guò)程中用電量為30000kW·h/d，PAM用量為4t/d，脫水后的污泥（含水率60%）需運(yùn)輸?shù)?/span>50km外的填埋場(chǎng)進(jìn)行處置。

固廢混合焚燒、填埋的碳排放計(jì)算分別見表4、5。

經(jīng)計(jì)算，采用混合焚燒方式，項(xiàng)目處置1t固廢的CO2總排放量為914.63kg/d。而采用填埋方式，處置1t固廢的CO2總排放量為2777.29kg/d。綜上所述，采用干化焚燒技術(shù)路線后，每噸固廢可減少CO2排放量為1862.66kg/d。因此，與原填埋處理工藝相比，混合焚燒工藝可以減少CO2排放約7.954×104t/a。

4、運(yùn)行情況

該項(xiàng)目于2023年10月進(jìn)入試運(yùn)行階段，污泥與皮革廢料混合的日均處置量為350t/d，即設(shè)計(jì)負(fù)荷的70%。在試運(yùn)行期間，干化機(jī)出泥含水率為40%，由于皮革廢料的熱值較高，為避免混合物不均勻焚燒時(shí)發(fā)生超溫情況，試運(yùn)行期間的爐內(nèi)自由區(qū)溫度控制為850℃，爐床區(qū)溫度為750℃，爐膛壓力為-500Pa，排砂溫度為20℃，日均排砂量約為20t/d。

試運(yùn)行期間，污泥處置量為280~320t/d（含水率80%計(jì)），皮革廢料處置量為10~35t/d（摻燒量受該企業(yè)生產(chǎn)情況影響）。試運(yùn)行前，針對(duì)設(shè)計(jì)情況進(jìn)行校核，污泥的復(fù)測(cè)干基低位熱值約為7980kJ/kg，較設(shè)計(jì)值降低約500kJ/kg，皮革廢料的熱值基本一致，所有處理物料的其他含量元素與設(shè)計(jì)值基本相符。污泥平均熱值的降低會(huì)導(dǎo)致圖1中自持燃燒的范圍縮小，但整體仍可滿足混合物的自持燃燒。在混合摻燒運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)皮革廢料的摻燒量高于30t/d時(shí)，混合物可完成自持燃燒，無(wú)需外補(bǔ)柴油；但當(dāng)皮革廢料摻燒量低于30t/d時(shí)，需要外補(bǔ)柴油，補(bǔ)充量為0~200kg/h，待皮革廢料生產(chǎn)線穩(wěn)定后，無(wú)需再外補(bǔ)柴油。

5、結(jié)論

該項(xiàng)目的實(shí)施解決了中原地區(qū)某皮草公司固廢處理處置的問(wèn)題，提供了一種污水處理廠污泥摻加皮革廢料生物質(zhì)進(jìn)行混合焚燒的協(xié)同處置方法，同時(shí)，在“雙碳”要求下，也提供了一種新的碳減排思路�；�于分析各種處理物料的性質(zhì)及焚燒工況，確定混合物的綜合熱值可以維持自持燃燒的可行性與經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)皮革的破碎、固廢混合及焚燒試驗(yàn)，驗(yàn)證并確定了皮革預(yù)處理+污泥干化+焚燒+煙氣凈化的工藝路線，目前已成功實(shí)施并進(jìn)入試運(yùn)行階段，項(xiàng)目實(shí)施后，在解決該公司固廢處置難題的同時(shí)，也減少了CO2排放量。

在污泥與其他物料混合摻燒的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，由于污泥會(huì)隨企業(yè)生產(chǎn)工藝或堆放時(shí)間的改變發(fā)生泥質(zhì)變化，故需在不同階段對(duì)污泥以及混合物料的焚燒元素進(jìn)行多次復(fù)測(cè)，以保證后續(xù)干化以及焚燒工況的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。（來(lái)源：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司）