作為生活污水處理的衍生品，近年來污泥產(chǎn)量不斷攀升。據(jù)估算，大約1萬t生活污水可產(chǎn)生5~8t市政污泥，預(yù)計(jì)到2020年，我國市政污泥產(chǎn)量將達(dá)到6000~9000萬t/a?！段勰嗵幚怼笆濉币?guī)劃》中提到，“十三五”期間應(yīng)堅(jiān)持無害化原則，結(jié)合各地經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平，因地制宜地選用成熟可靠的污泥處理處置技術(shù)，鼓勵采用能源化、資源化技術(shù)手段，盡可能回收利用污泥中的能源和資源。目前國內(nèi)外污泥的處理方式主要包括濃縮、脫水、厭氧消化、干化焚燒等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本污泥焚燒占其污泥處理總量的67%，歐洲污泥焚燒約占其污泥處理總量的30%，而我國占比相對偏低，以上海為例，其2016年污泥焚燒僅占污泥處理總量的15.8%，我國與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。污泥焚燒已逐漸成為污泥處理的主要技術(shù)，但污泥熱值較低，單獨(dú)運(yùn)營污泥焚燒設(shè)施面臨工藝復(fù)雜、建設(shè)運(yùn)營成本高昂等問題。污泥與生活垃圾爐排爐協(xié)同焚燒處理可以實(shí)現(xiàn)資源的合理利用———將焚燒產(chǎn)生的蒸汽用于干化系統(tǒng)、干化后的污泥又可進(jìn)入焚燒爐作為高熱值燃料，已成為污泥處理處置較為有效的工藝選擇。但是污泥干化產(chǎn)生的尾氣中含有惡臭成分，將對人體和人類生活產(chǎn)生影響和危害。本文主要針對垃圾焚燒廠內(nèi)污泥干化系統(tǒng)的除臭系統(tǒng)，從干燥機(jī)尾氣的處理和廠房內(nèi)臭氣的處理兩個方面分別進(jìn)行研究，并對實(shí)際工程中遇到的問題提出了解決方案，為后續(xù)污泥干化項(xiàng)目除臭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的參考。
1、污泥干化過程臭氣的產(chǎn)生
目前垃圾焚燒廠承接的污泥主要來自市政污水處理廠和焚燒廠滲瀝液處理站。原生污泥在污水廠內(nèi)經(jīng)過初步脫水后含水率約85%，此含水率下污泥熱值不足以滿足垃圾焚燒廠入爐燃料低位熱值不低于5017kJ/kg的要求，至少要將含水率降低至30%以下。因此含水率約85%的污泥需進(jìn)一步深度干化。
污泥干化工藝流程：濕污泥進(jìn)廠過地磅后倒入濕污泥接收倉，由接收倉底部的螺桿泵泵送至濕污泥儲存?zhèn)}暫存，再經(jīng)儲存?zhèn)}底部的柱塞泵直接送至干化機(jī)內(nèi)，利用蒸汽作加熱介質(zhì)間接加熱物料。濕污泥被干燥至含水率約30%左右后經(jīng)由轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備送至垃圾焚燒爐進(jìn)行焚燒，具體干化流程如圖1所示。當(dāng)污泥摻燒比例在10%以下時，燃燒煙氣中NOx、SO2濃度不會激增，對后續(xù)已有的脫硫脫硝過程沒有太多負(fù)擔(dān)。
濕污泥干化過程產(chǎn)生的廢氣經(jīng)末端的尾氣引風(fēng)機(jī)抽引后，從干化機(jī)尾氣排放口排出，并維持干化機(jī)及輔助設(shè)備、系統(tǒng)管路微負(fù)壓運(yùn)行。被抽出的廢蒸汽(蒸汽和空氣混合物)經(jīng)除塵和冷凝處理，廢氣冷凝液納入廠區(qū)污水收集管網(wǎng)統(tǒng)一處理，而不凝尾氣則由尾氣引風(fēng)機(jī)抽引送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠區(qū)垃圾池內(nèi)。
在上述污泥干化過程中產(chǎn)生惡臭氣體主要可分為兩類。
第一類是污泥干化過程中蒸發(fā)的尾氣，包含甲烷、揮發(fā)性有機(jī)酸等有機(jī)氣體和氨氣、氟化氫、氯化氫等無機(jī)氣體。氨氣和有機(jī)酸來自污泥中含氮有機(jī)物蛋白質(zhì)的水解，氯化氫、氟化氫來自污泥中同類游離氣體的揮發(fā)或者其它物質(zhì)的受熱分解。其中NH3的排放與污泥中含有的蛋白質(zhì)直接相關(guān)，CH4和SO2的排放與污泥中的蛋白質(zhì)無關(guān)，是由污泥中含有的其他有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生。此類臭氣含濕度高，含塵量高且臭氣濃度也高。
第二類是干化過程中設(shè)備及管道內(nèi)擴(kuò)散至廠房內(nèi)的臭氣，包含硫化氫、氨氣、硫醇類、硫醚類等物質(zhì)。此類臭氣漏點(diǎn)較為分散，臭氣濃度相對較低，在環(huán)境中擴(kuò)散面積較大，集中收集有難度，對廠房內(nèi)運(yùn)維環(huán)境影響較大。
目前國內(nèi)對于上述過程產(chǎn)生的臭氣污染物的排放限值，主要執(zhí)行的是《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554—93)中的有組織排放對應(yīng)的要求(詳見后文表1)。同時項(xiàng)目所在地區(qū)的不同，需要再結(jié)合當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
2、臭氣處理工藝
2.1 干化機(jī)尾氣的臭氣處理
設(shè)置在垃圾焚燒廠內(nèi)的污泥干化系統(tǒng)干燥產(chǎn)生的尾氣臭氣濃度高，在干化車間內(nèi)初步冷凝、除塵后，可由尾氣風(fēng)機(jī)抽引送至生活垃圾焚燒發(fā)電廠廠區(qū)垃圾池內(nèi)，與垃圾池內(nèi)的空氣混合，最終通過焚燒爐的一次風(fēng)機(jī)將垃圾池內(nèi)的空氣送入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒處理。
其他設(shè)置在熱電廠或者自備電廠內(nèi)的污泥干化系統(tǒng)，干燥產(chǎn)生的尾氣可以由尾氣風(fēng)機(jī)抽引后直接送入爐內(nèi)，替代部分一次風(fēng)，進(jìn)行焚燒處理。
如污泥干化焚燒系統(tǒng)為單獨(dú)配置，則干燥產(chǎn)生的尾氣一般需由尾氣風(fēng)機(jī)抽引后送至單獨(dú)配置的除臭系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一處理達(dá)標(biāo)后排放。
2.2 廠房內(nèi)的臭氣處理
廠房內(nèi)的臭氣通常是由風(fēng)管集中負(fù)壓收集后，統(tǒng)一進(jìn)入獨(dú)立配置的除臭系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后經(jīng)排氣筒集中有組織排放。
目前廠房內(nèi)臭氣集中處理工藝主要包括以下幾種：
(1)化學(xué)洗滌：臭氣依次通過酸性洗滌塔和堿性洗滌塔，塔內(nèi)分布配備有稀硫酸溶液和NaOH溶液，對臭氣中的NH3和H2S等有害氣體進(jìn)行中和吸收。循環(huán)液在塔底經(jīng)水泵增壓后在塔頂噴淋而下，最后回流至塔底循環(huán)使用。酸堿塔分別配備在線pH檢測儀，根據(jù)循環(huán)液的pH值自動控制酸堿的添加量。該方法見效快，投資和運(yùn)行成本較低，但涉及酸堿溶液的存儲，有一定安全隱患，尤其當(dāng)室外安裝時，需注意冬季防凍防泄漏。
(2)植物液洗滌：設(shè)備配置和流程與化學(xué)洗滌工藝類似，吸收劑換成植物液。植物液無毒、安全且可生物降解，在達(dá)到較好的除臭效果的同時不會帶來二次污染。但植物液的成本較高，需控制好換氣量和液氣比，降低植物液的消耗。
(3)生物濾池：通過濾料層將致臭污染物吸收，借助濾料上的微生物有效地降解污染物。主要由預(yù)洗池、噴淋、濾料池、循環(huán)系統(tǒng)以及配套的管道系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)組成。該工藝投資和占地面積較大，需考慮合理的停留時間，降低建設(shè)成本。
(4)活性炭吸附：通過風(fēng)機(jī)將臭氣引入活性炭箱，臭氣分子在通過孔隙豐富的活性炭時被吸附。該工藝吸附除臭效果較好，但運(yùn)行成本較高，不宜作為常期投用工藝，建議作為備用短期應(yīng)急工藝選擇。
(5)UV光解：高能紫外線光能能將惡臭化學(xué)物質(zhì)拆解為獨(dú)立的原子，再通過分解空氣中的氧氣產(chǎn)生性質(zhì)活躍的正負(fù)氧離子，繼而產(chǎn)生臭氧，同時將拆解為獨(dú)立原子的化學(xué)物質(zhì)通過臭氧的氧化反應(yīng)重新組合成低分子的化合物，如水、二氧化碳等。這是一個協(xié)同、連鎖復(fù)雜的反應(yīng)過程，在很短的時間內(nèi)(2~3s)就可完成。該工藝簡單、高效、應(yīng)用較多。
(6)等離子：低溫等離子工藝是在電極間高壓電場的作用下，產(chǎn)生大量高能電子，高能電子作用于氣體分子生成多種自由基碎片，將污染物如一氧化碳、氮氧化物、硫化物等轉(zhuǎn)化生成二氧化碳、水、二氧化硫、氮?dú)獾雀鞣N形態(tài)的終產(chǎn)物。當(dāng)與堿洗技術(shù)耦合使用時，二甲二硫、二硫化碳和甲硫醚去除率達(dá)到了90%以上，對于甲硫醚、苯乙烯和氨氣也有明顯的去除效果。該方法處理設(shè)備體積相對較小，自重輕，適用于布置緊湊、場地狹小等場合，但設(shè)備一次性投入成本較大，運(yùn)行維護(hù)成本較高。
上述每種工藝對臭氣中各組份的處理能力各不相同，實(shí)際工程應(yīng)用中臭氣中的成分很復(fù)雜，通常需將上述工藝組合使用，例如：酸堿洗滌和UV光解組合，生物濾池和活性炭吸附組合，酸堿洗滌和活性炭組合等，進(jìn)而保障臭氣處理能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
3、工程案例中的問題和解決方案
3.1 工程技改前系統(tǒng)配置
某垃圾焚燒廠設(shè)3臺圓盤污泥干化機(jī)，污泥干化處理日規(guī)模共計(jì)300t，處置對象為城市污水處理廠污泥，進(jìn)場污泥含水率80%。
原設(shè)計(jì)中，干化機(jī)尾氣經(jīng)過除塵冷凝后，通過尾氣風(fēng)機(jī)輸送至垃圾池內(nèi)，與垃圾池內(nèi)空氣混合后，經(jīng)由垃圾焚燒爐一次風(fēng)機(jī)抽取，送至焚燒爐內(nèi)焚燒。廠房內(nèi)臭氣則由獨(dú)立設(shè)置的風(fēng)機(jī)集中收集，抽取后經(jīng)由鍍鋅鐵皮風(fēng)管送至垃圾池內(nèi)。
項(xiàng)目建成調(diào)試期間，暴露出來干化機(jī)的尾氣風(fēng)機(jī)軸承有高濃度臭氣泄漏，風(fēng)機(jī)小室內(nèi)臭味明顯。同時廠房內(nèi)的原有通風(fēng)量偏低，干化車間內(nèi)負(fù)壓不明顯，臭氣收集效果差，廠房內(nèi)臭味明顯。
3.2 技改措施
針對上述過程中暴露的問題，集中進(jìn)行了技改。
(1)減少臭氣外溢量
干化機(jī)尾氣因?yàn)槌魵鉂舛容^高，保留原有設(shè)計(jì)路徑，仍排至垃圾池內(nèi)集中處理，此路氣體管道改為不銹鋼材質(zhì)，全程采用焊接工藝，保障臭氣不外溢。
(2)加大換風(fēng)量，新設(shè)臭氣處理系統(tǒng)
干化車間內(nèi)重新核算換氣次數(shù)，加大換風(fēng)量，保障廠房的負(fù)壓運(yùn)行。同時對干化機(jī)軸承、檢修口、尾氣風(fēng)機(jī)間等臭氣泄漏重點(diǎn)區(qū)域分別布置吸風(fēng)口，進(jìn)行有效收集。改造后部分風(fēng)量較大，如果仍然排至垃圾池，會對垃圾池的負(fù)壓效果造成不利影響，故干化車間內(nèi)收集的臭氣單獨(dú)設(shè)置一套臭氣處理系統(tǒng)。
新設(shè)置的除臭系統(tǒng)工藝流程為酸堿洗滌+UV光解+低溫等離子的工藝組合。其中酸堿洗滌為主要工藝，UV光解和低溫等離子為輔助工藝。廠房內(nèi)吸風(fēng)管道整體采用PP材質(zhì)，風(fēng)機(jī)室外布置，考慮冬季室內(nèi)外溫差較大，易出現(xiàn)凝結(jié)情況，風(fēng)機(jī)出口排風(fēng)管道及排氣筒整體采用不銹鋼材質(zhì)。
(3)設(shè)置回風(fēng)系統(tǒng)
北方地區(qū)考慮冬季防寒防凍的需求，為保障廠房內(nèi)的冬季溫度，設(shè)計(jì)了回風(fēng)系統(tǒng)，將處理達(dá)標(biāo)的排放風(fēng)部分回用至廠房內(nèi)?；赜蔑L(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行二次除濕，風(fēng)量可調(diào)。
3.3 技改效果
技改完成后，廠房內(nèi)負(fù)壓明顯。干化機(jī)尾氣輸送管道無明顯臭氣外泄，干化機(jī)軸承附近及尾氣風(fēng)機(jī)小室內(nèi)負(fù)壓收集效果較好，臭氣外溢情況顯著改善。干化車間內(nèi)臭氣經(jīng)酸堿洗滌+UV光解+等離子分解后，臭氣排放濃度遠(yuǎn)低于該項(xiàng)目地方標(biāo)準(zhǔn)《北京市大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/501—2017)和國家標(biāo)準(zhǔn)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554—93)的要求，詳見表1。
3.4 同類項(xiàng)目對比和建議
在對類似的污泥耦合垃圾焚燒項(xiàng)目對比中顯示(詳見表2)，污泥干化過程中不可避免都會產(chǎn)生臭氣泄漏的情況。輸送管道的源頭做好負(fù)壓輸送，管道焊接等防漏措施，部分泄漏重點(diǎn)區(qū)域的集中捕集是除臭前端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。后端的處置在垃圾焚燒廠內(nèi)基本一致，臭氣濃度較高的干化機(jī)尾氣送至垃圾池內(nèi)，廠房內(nèi)的低濃度大風(fēng)量的臭氣單獨(dú)設(shè)置除臭系統(tǒng)。部分項(xiàng)目在干化廠房內(nèi)還單獨(dú)配置有植物液噴淋系統(tǒng)，作為干化機(jī)停機(jī)檢修期間的輔助除臭工藝。
結(jié)合案例的技改和同類項(xiàng)目的對比調(diào)研，對于污泥耦合垃圾焚燒的項(xiàng)目干化車間的除臭設(shè)計(jì)和施工的幾點(diǎn)建議如下：
(1)尾氣臭氣收集輸送管路應(yīng)盡量運(yùn)行在負(fù)壓狀態(tài)，可在垃圾池側(cè)增設(shè)引風(fēng)機(jī)。
(2)尾氣輸送管路宜選用不銹鋼材質(zhì)，并采用焊接安裝工藝，防止輸送過程中出現(xiàn)泄漏。
(3)尾氣風(fēng)機(jī)宜設(shè)置獨(dú)立的風(fēng)機(jī)房，并做好換風(fēng)管路布置。尾氣風(fēng)機(jī)軸封的密封等級應(yīng)盡量提高，可考慮碳環(huán)密封。
(4)干化機(jī)軸承、尾氣風(fēng)機(jī)軸承為高濃臭氣泄露的主要源頭。吸風(fēng)管道布置吸風(fēng)口和管道高度應(yīng)合理，要特別重視各支路風(fēng)管的負(fù)壓設(shè)計(jì)保證。
(5)廠房的換氣次數(shù)適當(dāng)放大，保障廠房內(nèi)的負(fù)壓，可有效防止臭氣外溢。對應(yīng)北方地區(qū)，考慮冬季防寒防凍，可將處理達(dá)標(biāo)的排放風(fēng)部分回用至室內(nèi)。
(6)廠房臭氣的除臭工藝以洗滌為主，植物液洗滌工藝普遍反應(yīng)成本較高，除臭效果略優(yōu)于酸堿洗滌。但因臭氣成分種類復(fù)雜，建議在選擇除臭工藝時，至少與活性炭吸附、UV光解或低溫等離子等工藝中的一種或兩種復(fù)合使用，從而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和達(dá)標(biāo)排放。
4、結(jié)論
各垃圾焚燒廠對污泥干化產(chǎn)生的臭氣處理各有特點(diǎn)，也存在共性。
對應(yīng)污泥干化機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的不凝結(jié)尾氣，其臭氣濃度較高，送往垃圾池入爐燃燒是主要處理方式。此處理方式中臭氣輸送過程的防泄漏是重點(diǎn)，輸送管道宜全程采用焊接連接，并考慮負(fù)壓輸送。
對應(yīng)干化車間內(nèi)的臭氣，其濃度相對較低，但分布較為分散，需設(shè)置吸風(fēng)管路進(jìn)行統(tǒng)一收集，并配置獨(dú)立的除臭系統(tǒng)。其中干化機(jī)的端部軸承、尾氣風(fēng)機(jī)軸承、干污泥輸送設(shè)備及臭氣管道接口等位置為臭氣的重點(diǎn)泄漏位置，應(yīng)重點(diǎn)布置吸風(fēng)口。污泥輸送機(jī)內(nèi)和臭氣輸送管道內(nèi)均應(yīng)保持負(fù)壓，并提高廠房換氣次數(shù)，從而改善污泥干化廠房的運(yùn)行環(huán)境。( >
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