污泥在垃圾焚烧厂掺烧的污染物排放试验与讨论

  目前，针对市政污泥的处置主要有堆肥、填埋和焚烧3种方式。由于市政污泥通常含有较高浓度的重金属，其堆肥后的产品以园林绿化用途为主，不能用于农业生产；用填埋的方式处置污泥需要占用大量土地，不适用于土地资源紧张的地区。随着污泥焚烧技术探讨研究的深入发展，由于焚烧的方式减量化程度高且能够直接进行能量回收，还能大大降低病原微生物和有机污染物质的危害，目前已成为处置污泥的主要方法。

  垃圾焚烧发电具有高程度资源化、无害化及占地面积小等优势，近年来垃圾焚烧发电站数量增长迅速，是良好的现有污泥焚烧处置设施。市政污泥与生活垃圾协同处置一方面能够大大降低处置运营成本，另一方面生活垃圾焚烧的余热可供污泥干化使用，污泥干化产生的臭气可回收至焚烧炉焚烧利用，实现污泥的全面资源化。

  生活垃圾焚烧烟气中的污染物最重要的包含烟尘颗粒物、酸性污染物（如SO2、NOx)、重金属及二噁英等,我国GB 18485一2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》对该类污染物排放有明确限值标准。而污泥本身所含的污染物浓度较高，其焚烧烟气的二次污染问题受到广泛关注。

  本文利用某生活垃圾焚烧发电厂的现有设施进行生活垃圾掺烧市政污泥的工业试验，研究不同参烧比例对焚烧烟气中污染物排放浓度的影响，以评估协同燃烧的安全性和可行性，以期为生活垃圾掺烧市政污泥的技术改进和推广提供数据基础。

  该电厂焚烧系统包括炉排炉、余热锅炉、除渣机、喷雾塔、SNCR脱硝系统、布袋除尘器及15MW汽轮发电机组。市政污泥经干化脱水后通过散装运输车运至焚烧厂的干化污泥上料系统，根据生产要加入焚烧炉料仓进行焚烧，生活垃圾通过吊臂抓取，投入焚烧炉内，与市政污泥协同焚烧。

  垃圾电厂焚烧处理的生活垃圾一般具有非均质性，对生活垃圾和市政污泥均进行多点采样，充分混合。测试样品均来自烟气监测过程中焚烧的生活垃圾和市政污泥，生活垃圾和市政污泥样品各采集3个。

  在设施正常焚烧两天后分别采集生活垃圾单独焚烧对照组（以下简称对照组），以及5%、10%、15%市政污泥掺烧组烟气排口的烟气样品。为了解污泥摻烧对烟气处理设施处理效果的影响，采集空白组及10%市政污泥掺烧组烟气进口的烟气样品。所有样品采集均进行3次平行采样，并计算其平均值。

  对市政污泥和生活垃圾，采用《土壤农业化学分析方法》及CJ/T221一2005《城市污水处理厂污泥检测验证的方法》中的常规分析方法测定样品中硫化物、氯化物、氟化物、烟尘、二噁英等污染物的含量，以及样品的重量、水分、灰分、热值、挥发分、元素含量（碳、氢、氧、疏、氮、金属元素等）。

  经过化验市政污泥中的重金属质量比普遍高于生活垃圾。与农用污泥污染控制标准限值(GB428一84，土壤pH6.5)对比，Cu、Pb、Ni、Cr质量比均超出限值，其中Cu和Cd超过标准限值2~4倍。从样品其他污染物检测结果（表3）可知，市政污泥的氟化物和二噁英明显高于生活垃圾。

  市政污泥工业分析结果为，市政污泥样品的灰分质量分数均值是生活垃圾的3倍以上，平均低位热值较低，为4.08×103kJ/kg,仅为生活垃圾的60.4%，因此生活垃圾掺烧过高比例的市政污泥会对焚烧发热量产生影响。

  元素分析结果为市政污泥中含有较高比例的S和N,而C质量分数明显低于生活垃圾，因此生活垃圾与市政污泥掺烧有一定的概率会提高烟气中二氧化硫及氮氧化物的排放浓度。

  对经过烟气处理设施的烟气中几种常规污染物进行仔细的检测，在空白组中，NOx质量浓度达122mg/m3,SO2为5mg/m3,HCl与烟尘排放质量浓度均约为2mg/m3,。在掺烧试验中，对比空白组，各掺烧比例下几种常规污染物质量浓度均有不同程度的增加，但均未超出《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的限值。在各掺烧比例下，NOx的排放质量浓度均较高，掺烧比例为5%时，NOx质量浓度达216mg/m3。HF、HCl 和烟尘的排放质量浓度随掺烧比例增加变化幅度较小，NOx与SO2的排放质量浓度明显上升，其中SO2在10%的参烧比例下，排放质量浓度达9mg/m3,明显高于其他两个掺烧比例。掺烧试验烟气中SO2与NOx的增加可能是因为生活垃圾掺混市政污泥后，S和N元素含量升高。

  该焚烧炉的烟气处理设施最重要的包含喷雾塔和布袋除尘器。空白组中除NOx外，烟气处理设施对HF、SO2、HCl和烟尘的去除率均超过96%；掺烧10%的市政污泥后，HF及烟尘的去除效果基本无变化，排口的HCl去除率轻微下降，而SO2及NOx的去除效果受到较大影响，去除率分别下降至71.7%和1.1%，需要在烟气净化系统中增加烟气脱酸、脱氮的物料，以提高设施对酸性气体的排放控制。

  不同掺烧比例焚烧烟气中重金属排放质量与未掺烧市政污泥的空白组对比，在掺烧市政污泥后Cu和Hg的排放质量浓度出现显而易见地下降，其中Cu下降约60%，Hg 至少下降33%。Cr在5%及10%掺烧比例下的排放质量浓度低于空白对照组，在15%的比例下，排放质量浓度为34.9μg/m3,比空白组升高7.4%，Cd在各掺烧比例下的排放质量浓度均远低于控制限值，但二者在不同掺烧比例下的排放质量浓度波动较大。Pb和Ni的排放质量浓度与参烧比例成正比，但在15%的掺烧比例下，重金属的排放质量浓度仍低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》限值。有研究表明，焚烧中，重金属易与Cl生成易挥发的氯化物在烟气中排放，而市政污泥的掺入在某些特定的程度上降低了焚烧物整体的Cl含量，这可能是掺烧后部分重金属排放质量浓度下降的原因。

  与空白组比较，掺烧市政污泥后，二噁英排放总量有所上升，在掺烧比为15%时最高为5.7×10-2ng I TEQ/m3对比空白组13.9×10-5增加了400倍。在本文试验的掺烧比例下，二噁英的排放质量浓度均低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》限值，为标准的11%~57%。

  尽管市政污泥中各类污染物含量普遍高于生活垃圾，但生活垃圾在掺烧5%、10%、15%比例的市政污泥后，各烟气污染物排放质量浓度均低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》控制限值，可达标排放。在各掺烧比例下，烟气中SO2和NOx质量浓度有较明显的升高，部分重金属如Cu、Hg等排放质量浓度会降低，总二噁英排放质量浓度上升，但仅为GB18485一2014限值的11%~57%。

  掺烧市政污泥后，烟气处理设施对SO2和NOx的去除效果有较为显著的下降，但对重金属去除效果无显著影响。

  第四届固危废峰会暨污泥油泥处置与资源化利用研讨会将于2023年1月12-13 日在苏州举办。本届会议将以“低碳驱动创新，绿色引领发展”为主 题，邀请全国水务公司，污水厂，市政污泥环保单位，工业污泥/油泥 处置单位，产废单位，设计单位，设备技术提供商，高校科研单位，政 府主管单位等共同讨论行业发展。

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