上海石洞口污泥处理完善工程包括现有干化焚烧设施的改造和扩容新建2条干化焚烧线，建设规模72 tDS/d。本文介绍了新线的总体工艺设计和各系统的详细设计方案，并对污泥干化焚烧工程设计中的一些要点和注意问题进行了总结。
1工程概况
上海市石洞口污泥处理完善工程服务对象为上海市石洞口污水片区内石洞口、吴淞、桃浦3座污水处理厂产生的污泥。随着污水处理的不断升级，污泥处理量缺口越来越大，烟气排放标准的提高也对设施提出了改造的需求。上海市在对石洞口污水处理厂现有污泥干化焚烧工程进行后评估的基础上，提出了石洞口污泥处理完善工程的建设。
石洞口污泥处理完善工程的建设内容包括对现有污泥处理设施的改造及扩容新建污泥处理设施两部分。整个污泥处理工程占地面积约4.12 hm²，其中新建扩容区约为1.95 hm²。本文主要对新建工程的工艺设计进行介绍，包括污泥浓缩脱水、接收储运、干化、焚烧、余热利用、烟气处理和工艺辅助等系统单元。
2主要设计参数
2.1设计规模
结合石洞口、吴淞、桃浦3座污水处理厂实际生产情况，确定其产泥量分别为60 tDS/d、5.5 tDS/d和6.5 tDS/d，合计72 tDS/d。同时对现状石洞口污泥干化焚烧线进行了后评估，结论为现有系统改造后处理能力22 tDS/d，因此扩容新建系统设计规模50 tDS/d。
2.2污泥性质
根据石洞口片区3座污水处理厂运行数据及石洞口厂浓缩脱水系统改造的设计，脱水污泥的平均含水率能达到80%以下，设计留有余量按80%考虑，则新线湿污泥处理量250 t/d。
对石洞口污水处理厂污泥性质进行了分析：工业分析结果为挥发分46.80%，固定碳6.91%，灰分46.29%，干基高位热值12.25 MJ/kg;元素分析结果为硫1.05%，碳28.35%，氢3.53%，氮4.15%，氧16.63%。
2.3主要设计标准
污泥干化焚烧工程最主要的标准为烟气排放标准和臭气排放标准。
本工程焚烧产生的烟气排放根据环评批复执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2001)，镍和氟化氢执行《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)二级标准，氨、硫化氢执行《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)排放标准限值。
臭气浓度执行《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)排放标准限值。厂界废气达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)和《大气污染物综合排放标准》(GB 16297-1996)中相关的排放浓度限值。
3设计中的几个要点
3.1热源的确定
石洞口现状干化焚烧线采用煤作为外加热源已不符合现行的清洁能源政策，需进行改造，因此新线设计时对柴油、天然气、人工煤气和蒸汽4种清洁能源进行了比选，结论是采用电厂废热蒸汽在供应可靠性、投资和运行的经济性、对环境的影响和远期电厂协同焚烧可行性等方面都具有优势，因此本工程采用邻近石洞口电厂的废热蒸汽作为外加热源。
3.2污泥干化程度的确定
污泥干化程度影响到干化机、焚烧炉和后续烟气处理设施的设计能力、选型等重要参数，决定了干化段和焚烧段之间界面的划分，是干化焚烧设计的重要参数。由此对含水率≤10%、30%～40%、≥60%三种不同的干化程度进行比较和分析。
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当干化污泥含水率取30%～40%时，干化机可选择类型较多，干化效率较高，能量消耗较低;干化和焚烧系统的处理能力较为均衡，应对各种工况能力较强;污泥已经过了粘滞区，呈块状固体，输送和储存比较容易实现，设备选择面广，不易产生粉尘，安全性较好。
3.3污泥入炉方案的确定
污泥入炉方式可分为直接入炉和后混入炉两种方式。后混方案除了通过改变干化机运行工况调节干化出泥含水率外，还可以通过调节干湿污泥混合比例调节入炉污泥平均含水率，能更好地应对污泥含水率和热值短时或者季节性波动对系统的影响，保证焚烧系统稳定、经济地运行，因此设计采用后混入炉方案。
3.4后浓缩方案的确定
石洞口现状机械浓缩+脱水工艺存在加药量大、稳定性差等问题。统计厂内现状脱水污泥含水率，带机一般维持在83%以上，离心机在81%～82%，大大降低了干化焚烧设施的能力和效率。
对机械浓缩后的污泥进行了沉降试验，结果表明在静置沉降12 h后，含水率由97.3%降至96%，体积则减小为原来的67.5%。因此在现有污泥机械浓缩和脱水设施之间，增设污泥重力浓缩池，通过低能耗的重力沉淀方式降低污泥含水率，同时起到减少药剂投加和调蓄稳定作用。
3.5烟气处理工艺的确定
国内尚无污泥干化焚烧专用的烟气排放标准，设计时可参照的是《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485-2001)。石洞口现状采用的“半干法喷淋+布袋除尘”工艺已能满足上述标准。但考虑到污泥和垃圾成分的区别、焚烧炉型的区别、以及环境标准提高的预期，烟气处理系统参照了较为严格的欧盟标准，采用了“旋风除尘+半干法喷淋+布袋除尘+脱酸洗涤+再热”较为完整和高效的烟气处理工艺。
3.6主要设备选型
干化机是整个工程的核心设备，可选的机型包括流化床、圆盘式、薄层、带式、转鼓式、桨叶式等，其中流化床和桨叶式在国内已有较多成熟应用。因此老线流化床干化考虑改造后保留，而新线推荐采用热效率较高、安全性较好、占地面积较小、国内已有成熟应用的桨叶式干化机。
目前国内外用于污泥焚烧的炉型有立式多膛炉、回转窑焚烧炉、循环流化床焚烧炉和鼓泡流化床焚烧炉。鼓泡流化床因其热容量大、能适应污泥含水率和污泥量变化、燃烧稳定且充分、内部无运动部件、运行维护简单等优点，是目前主流的污泥焚烧炉型。因此本工程采用鼓泡流化床形式的焚烧炉。
3.7现状主要问题及启示
由于实际脱水污泥含水率在80%左右，远未达到原设计的70%，造成现状干化设施实际处理能力偏小，从而限制了整个工程的处理能力。因此在新线设计时，在对现状脱水污泥含水率进行统计分析的基础上选用了80%，并且在干化机配置上留有余量。
石洞口实际运行中发现，污泥的含砂量较高，流化床干化机内换热面的磨损相当严重，是设备故障和影响产量的主要因素。因此，新线设计中考虑对干化机换热面进行碳化钨耐磨喷涂。
老线采用半干法+布袋除尘器的烟气处理工艺已不能满足新的焚烧烟气排放标准，因此新线设计时选用了完善的烟气处理工艺，能够满足现行最严格的上海市地方标准。
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4工艺设计
4.1总体设计
本工程工艺系统主要由污泥浓缩脱水系统、污泥储运系统、污泥干化系统，污泥焚烧系统、余热利用系统、烟气处理系统、辅助系统等组成。工艺流程见图1。
石洞口污水处理厂污泥经机械及重力浓缩后离心脱水，脱水污泥送湿污泥料仓贮存;吴淞、桃浦两厂的脱水污泥车运至石洞口厂，卸至地下式接收仓后泵送至湿污泥料仓。料仓内的脱水污泥送至干化机干化处理后，送入流化床污泥焚烧炉进行焚烧。焚烧产生的热量通过余热锅炉生产蒸汽回用于污泥干化。焚烧产生的烟气经“喷尿素(SNCR)+旋风除尘+半干法喷淋脱硫+袋式除尘(前喷活性炭和消石灰)+湿式洗涤+烟气再热”处理后通过烟囱达标排放。余热锅炉、旋风除尘器和半干脱酸塔产生的灰渣按一般废弃物处置，布袋除尘器截留粉尘及废弃布袋按危险废物处置。外加热源是石洞口发电厂提供的废热蒸汽，热媒采用蒸汽。
4.2浓缩脱水系统
污泥浓缩脱水系统主要对本厂产生的剩余污泥进行浓缩和脱水，包括污泥机械预浓缩单元、重力后浓缩单元和脱水单元，设计规模60 tDS/d。
机械预浓缩单元利用污泥浓缩脱水机房现有6台螺压式污泥浓缩机，5用1备，单台处理能力100 m³/h。
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重力后浓缩单元新建污泥浓缩池和污泥泵房，进一步强化浓缩，降低前段预浓缩的处理负荷及加药量，同时起到调蓄作用，利于整个污泥浓缩脱水系统的平衡和稳定。
污泥脱水单元主要对浓缩后的污泥进行脱水，进一步减小污泥体积，并将脱水后的污泥送至污泥料仓暂存。
4.3污泥接收储运系统
污泥接收储运系统分为接收和储运两个单元。接收单元主要用于接收吴淞、桃浦两厂运至石洞口厂的脱水污泥，以及新老线调配时本厂老线转来的脱水污泥。储运单元主要用于储存新增离心脱水机产生的脱水污泥及污泥接收系统转输来的污泥，并泵送至后续干化焚烧处理设施。
4.4污泥干化系统
污泥干化系统用于将脱水污泥进一步干化，以降低污泥进入焚烧炉的含水率，使污泥在焚烧炉内能够实现自持燃烧，包括干化单元、载气洗涤单元和半干污泥输送单元。
4.5污泥焚烧系统
污泥焚烧系统主要包括焚烧炉本体、燃烧空气单元、辅助燃烧单元、砂循环单元、脱氮单元等。半干污泥缓存仓中的污泥与螺杆泵输送来的湿污泥，在污泥给料机内混合后送入流化床焚烧炉，污泥被流化的砂层托起并被迅速加热、干化、分解和燃烧，焚烧后的灰大部分随烟气携带走，小部分大颗粒从炉底排渣口排出。烟气在850 ℃以上停留超过2 s。
4.6余热回收系统
余热回收系统主要用于回收高温烟气的余热，包括余热锅炉、给水单元、空气预热器等。高温烟气在余热锅炉内由850～900 ℃降至250 ℃左右，同时产生蒸汽回用于污泥的干化。
4.7烟气处理系统
烟气处理系统主要包括旋风除尘器、半干脱酸塔、布袋除尘器、湿式洗涤塔、烟气再热器、引风机和烟囱等单元，将烟气处理达标后高空排放。
5结论
本工程采用了干化焚烧工艺处理污泥，能够实现彻底的稳定化、减量化和无害化，是一种适合大型城市污水处理厂污泥处理的方式。补充热源是污泥干化焚烧工程运行成本的最大组成部分，需要因地制宜地选择经济和稳定的热源，供给可靠的热电厂或者垃圾焚烧厂产生的废热蒸汽是理想的选择。污泥干化程度是干化焚烧工艺的重要参数，通过能效、经济、安全性和设备选择等多方面比较，30%～40%的含水率是比较合适的设计参数。后混的入炉方案能更好地应对污泥含水率和热值波动，保证焚烧系统稳定、经济地运行。老线运行现状表明脱水污泥含水率对污泥干化焚烧工程的设计至关重要，应当尽可能采用低能耗的方式，降低进入干化焚烧系统前污泥的含水率，以提高干化焚烧系统的效率，同时干化机的配置要留有余量。本工程通过完整高效的烟气处理系统设计，分类收集一般飞灰和危险飞灰，满足不断提高的环保要求的同时降低运行成本。
微信对原文有删减，本文由微信小编整理后发布，原文标题：《石洞口污泥处理完善工程设计要点分析》，作者：朱晟远、王丽花、林莉峰，刊登在《给水排水》2017年06期。
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