污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析_刘风
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有机质 /%
检测结果
14． 00 2． 05 0． 659 320 3． 68 182 2． 68 × 103 1． 35 5． 07 × 103 1． 28 × 103 3． 5 × 103 316 47． 0
标准限值［12］ — — — — 5 300 600 5 250 500 — — —
由表 1 可知，该污水处理厂干化污泥的 Cr、Cu、 Zn 等污染物指标已超过 GB 4284—84《农用污泥中 污染物控制 标 准 》中 污 染 物 排 放 限 值 的 要 求，因 此 不适于污泥农用； 但该厂污泥泥质基本符合 GB / T 24602—2009《城镇污水处理厂污泥处置—单独焚烧 用泥质》要求，适用于进行干化焚烧处理［13］。
测结果见表 3，烟气净化系统中进水及吸收液检测
结果见表 4。
表 4 进水及吸收液水质检测结果 mg / L
检测项目
碱度 氨氮 NO3－ NO2－ SO24 －
镉 铅 汞 铬 铜 锰
检测结果
进水
吸收液
45． 05
96． 97
1． 51
7． 30
9． 00
27． 00
由表 2 可知，污泥经干化焚烧后，有害金属大多
数都富集在灰渣中，污泥焚烧灰渣经无害化处理后 可用做建筑材料［15］，污泥焚烧是一种相对安全的污
泥处理方式。
表 3 污泥焚烧烟气及处理后尾气检测结果 mg / m3
检测项目
SO2 NOx HCl 烟尘浓度 汞 镉 铅
检测结果
烟气
尾气
2176
224
53Hale Waihona Puke Baidu 7
关键词： 污泥焚烧； 烟气净化； 污泥处置； 工程分析
中图分类号： TU992． 3
文献标识码： A
Analysis of sludge incineration ＆ flue gas purification in a wastewater treatment plant
LIU Feng1 ，CHEN Wen-bing1 ，YUAN Lian-xin2 ，et al．
广东省深圳市上洋污水处理厂处理污水能力为 20 万 m3 / d，产 生 含 水 率 约 80% 的 脱 水 污 泥 约 为 200t / d。对污泥进行焚烧处理，并采用二级生化出 水净化吸收污泥焚烧烟气，将废水、废气联合治理， 以废治废，处理后烟气可直接排放，实现了污水处理 厂污泥的无害化处理。
1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程
污泥焚烧及烟气净化工艺流程如图 1 所示。
图 1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程
本工艺所用污泥为某污水处理厂脱水污泥，含 水率约 80% 的脱水污泥在 103 ～ 105℃ 下经干燥系 统干燥后含水率 20% 左右。
本工艺所用水源为某污水处理厂生化处理出 水，pH = 7． 0。
干燥系统所得的干污泥进入温度大于 850℃ 的 电阻式污泥焚烧炉内进行焚烧，焚烧烟气温度大于 300℃ ，经烟气冷凝系统将烟气温度降至常温后，常 温烟气通过气泵进入烟气净化系统净化处理后直接 排放。其中烟气净化系统吸收设备采用筛板式吸收 塔，吸收水源采用污水处理厂生化出水，烟气从塔底 进入吸收塔，生化出水由水泵提升从塔的顶部进入， 气液两相在塔内逆流接触，完成污泥焚烧烟气的净 化吸收过程。
0 引言
在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占 处理水 量 的 0． 3% ～ 0． 5% 左 右 （ 以 含 水 率 97% 计） 。污泥中含有大量的有毒有害物质，如病原体 和重金属化合物等，如果处理不当可能会对环境造 成极大危害。
传统的污泥处置方法主要包括土地利用、填埋 和焚烧以及综合利用等［1 － 3］。近年来，由于土地资 源 紧 张 以 及 各 种 环 境 污 染 问 题 的 限 制，在 国 内 外［4 － 5］，特别是大城市中，污泥农用所占比例出现了 小幅度下降，填埋所占比例则大幅度削减，而焚烧所 占比例出现大幅度提升，并逐渐成为发达国家污泥 处理的主要手段之一［6］。
Abstract： The incineration technology is used to dispose sludge from a WWTP（ wastewater treatment plant） in Guangdong Province． Then the sludge incineration flue gas is purified by the secondary effluent from the WWTP． After treatment，88． 5 percent of the sludge weight can be reduced，and the pollutants in emitted air are below the required emission limits of Standard for Pollution Control on Municipal Solid Waste Incineration（ GB18485—2001） ，and the pollutants in absorption solution are below the required emission limits of Integrated wastewater discharge standard（ GB8978—1996） ． Key words： sludge incineration； flue gas purification； sludge disposal； engineering analysis
72
山东建筑大学学报
2012 年
的污染问题。污泥焚烧产生的剩余较小，可以破坏 全部有机质，杀灭一切病原体，并且可以大大减少污 泥的重量和体积（ 焚烧后重量可减少 85% 以上） 。 此外，污泥焚烧处置污泥速度快，不需要长期储存， 可就地焚烧，不需要远距离运输，焚烧后灰渣也可以 制成有用的产品。通过高温焚烧可以充分处理不适 于资源利用的所有城市污泥，是一种相对安全的污 泥处理方式。但是，污泥焚烧也会产生 SO2 、NOx、 HCl、重金属等有害物质［7 － 9］，如果不进行合理的处 理也将会对环境 造 成 污 染［10］。 烟 气 净 化 技 术 按 照 净化剂的不同，可分为湿法、半干法、干法三种。湿 法烟气净化工艺是目前应用最广泛的净化技术，具 有设备小，投资省，易操作，易控制以及占地面积小 等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易 造成二次污染等问题，它也是脱硫效率最高的烟气 净化技术，其中使用最多的是石灰石 / 石灰—石膏湿 法工艺［11］。
低于 GB 18485—2001 中大气污染物排放限值的要
求。
2． 2 烟气净化运行效果及分析
本工艺烟气净化系统中采用筛板吸收塔作为吸
收装置，采用二级生化出水作为水源净化吸收污泥
焚烧烟气，其主要利用的是二级生化出水的碱度以
及烟气中气体的酸性。主要反应（ 以二氧化硫吸收
为例） 如下。
（ 1） 二氧化硫在水中的溶解与电离：
（ 1． School of Municipal ＆ Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China； 2． Zibo Zhanggang Iron ＆ Steel Co． ，Ltd． ，Zibo 255007，China）
SO2 （ g） 幑幐SO2 （ aq） SO2 （ aq） + 2H2 O 幑幐HSO3－ + H3 O +
HSO3－ + H2 O 幑幐SO23 － + H3 O + （ 2） 生化出水中，二氧化硫化学吸收的主要反
应： SO2 （ g） + 2H2 O 幑幐HSO3－ + H3 O + HCO3－ + H3 O + 幑幐H2 CO3 （ aq） + H2 O CO23 － + H3 O + 幑幐HCO3－ + H2 O
硫/% 氯 / （ mg·kg － 1 ） 镉 / （ mg·kg － 1 ） 铅 / （ mg·kg － 1 ） 铬 / （ mg·kg － 1 ） 汞 / （ mg·kg － 1 ） 锌 / （ mg·kg － 1 ） 铁 / （ mg·kg － 1 ） 锰 / （ mg·kg － 1 ）
11． 1 0． 47 0． 627 3400 ＜ 0． 05 194 2． 80 × 103 0． 0282 1． 41 × 103 4． 48 × 103 432
刘风1 ，陈文兵1 ，袁连新2 ，王燃燃1
（ 1． 山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南 250101； 2． 淄博张钢钢铁有限公司，山东 淄博 255007）
摘要： 深圳市上洋污水处理厂对污泥进行了焚烧处理，并利用二级生化出水对烟气进行了净化吸收。脱水污泥
经干化焚烧后的污泥焚烧烟气部分指标不符合国家排放标准的要求。采用吸收塔使常温烟气与二级生化出水
2 运行效果及分析
2． 1 污泥焚烧运行效果及分析
污水处理厂脱水污泥经干燥处理后的含水率 20% 的干化污泥，其泥质检测结果见表 1。
表 1 干化污泥样品检测结果
检测项目
碳/%
氮/%
硫/% 氯 / （ mg·kg － 1 ） 镉 / （ mg·kg － 1 ） 铅 / （ mg·kg － 1 ） 铬 / （ mg·kg － 1 ） 汞 / （ mg·kg － 1 ） 铜 / （ mg·kg － 1 ） 锌 / （ mg·kg － 1 ） 铁 / （ mg·kg － 1 ） 锰 / （ mg·kg － 1 ）
7． 7
22． 8
15． 0
54． 7
48． 9
＜ 3 × 10 － 6 4． 00 × 10 － 2
＜ 3 × 10 － 6 3． 10 × 10 － 2
0． 236
0． 194
标准限值［16］
260 400 75 80 0． 2 0． 1 1． 6
由表 3 可知，污泥焚烧烟气检测结果显示，重金
属等指标低于国家标准限值的要求，但是二氧化硫
本工 艺 中 干 化 污 泥 经 焚 烧 后 重 量 减 少 了 88． 5% 。对污泥焚烧灰渣进行了检测［14］，检测结果 见表 2。污泥焚烧烟气及净化系统处理后尾气检测 结果见表 3。
第1 期
刘风等： 污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析
73
表 2 污泥焚烧灰渣检测结果
检测项目
检测结果
碳/%
氮/%
第 27 卷 第 1 期 2012 年 2 月
山东建筑大学学报 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY
文章编号： 1673 － 7644（ 2012） 01 － 0071 － 04
Vol． 27 No． 1 Feb． 2012
污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析
在塔内经逆流接触，使污泥焚烧烟气得到净化。研究结果表明，脱水污泥经干化焚烧后重量减少 88． 5% ，烟气
经净化吸收后，焚烧尾气中污染物指标低于 GB18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》的排放限值要求，吸
收液各指标均低于 GB8978—1996《污水综合排放标准》中污染物排放限值的要求。
指标大大超过 GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染
控制标准》对 大 气 污 染 物 排 放 限 值 的 要 求，必 须 有
烟气净化系统对污泥焚烧烟气进行净化。而在经过
二级生化出水净化吸收后，尾气中 SO2 、NOx 及重金 属等污染物浓度均有降低，其中二氧化硫去除率为
89． 7% ，氮氧化物的去除率为 85． 7% ，各项指标均
其中，亚硫酸氢根在水溶液中不稳定，能与氧气作用
生成硫酸根： 2HSO3－ + O2 + CO23 － →2SO24 － + H2 O + CO2 本工艺在气液比为 10∶ 1、进水 pH 为 7 条件下，
采用二级生化出水对污泥焚烧烟气进行净化吸收， 每日生化出水用量约为 500m3 。烟气净化后尾气检
以焚烧的方式处理城市污泥可以彻底解决污泥
收稿日期： 2011 － 09 － 21 基金项目： 国家水体污染控制与治理重大科技专项（ 2008ZX07011 － 004） 作者简介： 刘风（ 1988 － ） ，女，山东聊城人，在读硕士，主要从事水处理理论与技术研究． E-mail： liufeng8811@ hotmail． com
检测结果
14． 00 2． 05 0． 659 320 3． 68 182 2． 68 × 103 1． 35 5． 07 × 103 1． 28 × 103 3． 5 × 103 316 47． 0
标准限值［12］ — — — — 5 300 600 5 250 500 — — —
由表 1 可知，该污水处理厂干化污泥的 Cr、Cu、 Zn 等污染物指标已超过 GB 4284—84《农用污泥中 污染物控制 标 准 》中 污 染 物 排 放 限 值 的 要 求，因 此 不适于污泥农用； 但该厂污泥泥质基本符合 GB / T 24602—2009《城镇污水处理厂污泥处置—单独焚烧 用泥质》要求，适用于进行干化焚烧处理［13］。
测结果见表 3，烟气净化系统中进水及吸收液检测
结果见表 4。
表 4 进水及吸收液水质检测结果 mg / L
检测项目
碱度 氨氮 NO3－ NO2－ SO24 －
镉 铅 汞 铬 铜 锰
检测结果
进水
吸收液
45． 05
96． 97
1． 51
7． 30
9． 00
27． 00
由表 2 可知，污泥经干化焚烧后，有害金属大多
数都富集在灰渣中，污泥焚烧灰渣经无害化处理后 可用做建筑材料［15］，污泥焚烧是一种相对安全的污
泥处理方式。
表 3 污泥焚烧烟气及处理后尾气检测结果 mg / m3
检测项目
SO2 NOx HCl 烟尘浓度 汞 镉 铅
检测结果
烟气
尾气
2176
224
53Hale Waihona Puke Baidu 7
关键词： 污泥焚烧； 烟气净化； 污泥处置； 工程分析
中图分类号： TU992． 3
文献标识码： A
Analysis of sludge incineration ＆ flue gas purification in a wastewater treatment plant
LIU Feng1 ，CHEN Wen-bing1 ，YUAN Lian-xin2 ，et al．
广东省深圳市上洋污水处理厂处理污水能力为 20 万 m3 / d，产 生 含 水 率 约 80% 的 脱 水 污 泥 约 为 200t / d。对污泥进行焚烧处理，并采用二级生化出 水净化吸收污泥焚烧烟气，将废水、废气联合治理， 以废治废，处理后烟气可直接排放，实现了污水处理 厂污泥的无害化处理。
1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程
污泥焚烧及烟气净化工艺流程如图 1 所示。
图 1 污泥焚烧及烟气净化工艺流程
本工艺所用污泥为某污水处理厂脱水污泥，含 水率约 80% 的脱水污泥在 103 ～ 105℃ 下经干燥系 统干燥后含水率 20% 左右。
本工艺所用水源为某污水处理厂生化处理出 水，pH = 7． 0。
干燥系统所得的干污泥进入温度大于 850℃ 的 电阻式污泥焚烧炉内进行焚烧，焚烧烟气温度大于 300℃ ，经烟气冷凝系统将烟气温度降至常温后，常 温烟气通过气泵进入烟气净化系统净化处理后直接 排放。其中烟气净化系统吸收设备采用筛板式吸收 塔，吸收水源采用污水处理厂生化出水，烟气从塔底 进入吸收塔，生化出水由水泵提升从塔的顶部进入， 气液两相在塔内逆流接触，完成污泥焚烧烟气的净 化吸收过程。
0 引言
在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占 处理水 量 的 0． 3% ～ 0． 5% 左 右 （ 以 含 水 率 97% 计） 。污泥中含有大量的有毒有害物质，如病原体 和重金属化合物等，如果处理不当可能会对环境造 成极大危害。
传统的污泥处置方法主要包括土地利用、填埋 和焚烧以及综合利用等［1 － 3］。近年来，由于土地资 源 紧 张 以 及 各 种 环 境 污 染 问 题 的 限 制，在 国 内 外［4 － 5］，特别是大城市中，污泥农用所占比例出现了 小幅度下降，填埋所占比例则大幅度削减，而焚烧所 占比例出现大幅度提升，并逐渐成为发达国家污泥 处理的主要手段之一［6］。
Abstract： The incineration technology is used to dispose sludge from a WWTP（ wastewater treatment plant） in Guangdong Province． Then the sludge incineration flue gas is purified by the secondary effluent from the WWTP． After treatment，88． 5 percent of the sludge weight can be reduced，and the pollutants in emitted air are below the required emission limits of Standard for Pollution Control on Municipal Solid Waste Incineration（ GB18485—2001） ，and the pollutants in absorption solution are below the required emission limits of Integrated wastewater discharge standard（ GB8978—1996） ． Key words： sludge incineration； flue gas purification； sludge disposal； engineering analysis
72
山东建筑大学学报
2012 年
的污染问题。污泥焚烧产生的剩余较小，可以破坏 全部有机质，杀灭一切病原体，并且可以大大减少污 泥的重量和体积（ 焚烧后重量可减少 85% 以上） 。 此外，污泥焚烧处置污泥速度快，不需要长期储存， 可就地焚烧，不需要远距离运输，焚烧后灰渣也可以 制成有用的产品。通过高温焚烧可以充分处理不适 于资源利用的所有城市污泥，是一种相对安全的污 泥处理方式。但是，污泥焚烧也会产生 SO2 、NOx、 HCl、重金属等有害物质［7 － 9］，如果不进行合理的处 理也将会对环境 造 成 污 染［10］。 烟 气 净 化 技 术 按 照 净化剂的不同，可分为湿法、半干法、干法三种。湿 法烟气净化工艺是目前应用最广泛的净化技术，具 有设备小，投资省，易操作，易控制以及占地面积小 等优点，但普遍存在腐蚀严重、运行维护费用高及易 造成二次污染等问题，它也是脱硫效率最高的烟气 净化技术，其中使用最多的是石灰石 / 石灰—石膏湿 法工艺［11］。
低于 GB 18485—2001 中大气污染物排放限值的要
求。
2． 2 烟气净化运行效果及分析
本工艺烟气净化系统中采用筛板吸收塔作为吸
收装置，采用二级生化出水作为水源净化吸收污泥
焚烧烟气，其主要利用的是二级生化出水的碱度以
及烟气中气体的酸性。主要反应（ 以二氧化硫吸收
为例） 如下。
（ 1） 二氧化硫在水中的溶解与电离：
（ 1． School of Municipal ＆ Environmental Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China； 2． Zibo Zhanggang Iron ＆ Steel Co． ，Ltd． ，Zibo 255007，China）
SO2 （ g） 幑幐SO2 （ aq） SO2 （ aq） + 2H2 O 幑幐HSO3－ + H3 O +
HSO3－ + H2 O 幑幐SO23 － + H3 O + （ 2） 生化出水中，二氧化硫化学吸收的主要反
应： SO2 （ g） + 2H2 O 幑幐HSO3－ + H3 O + HCO3－ + H3 O + 幑幐H2 CO3 （ aq） + H2 O CO23 － + H3 O + 幑幐HCO3－ + H2 O
硫/% 氯 / （ mg·kg － 1 ） 镉 / （ mg·kg － 1 ） 铅 / （ mg·kg － 1 ） 铬 / （ mg·kg － 1 ） 汞 / （ mg·kg － 1 ） 锌 / （ mg·kg － 1 ） 铁 / （ mg·kg － 1 ） 锰 / （ mg·kg － 1 ）
11． 1 0． 47 0． 627 3400 ＜ 0． 05 194 2． 80 × 103 0． 0282 1． 41 × 103 4． 48 × 103 432
刘风1 ，陈文兵1 ，袁连新2 ，王燃燃1
（ 1． 山东建筑大学 市政与环境工程学院，山东 济南 250101； 2． 淄博张钢钢铁有限公司，山东 淄博 255007）
摘要： 深圳市上洋污水处理厂对污泥进行了焚烧处理，并利用二级生化出水对烟气进行了净化吸收。脱水污泥
经干化焚烧后的污泥焚烧烟气部分指标不符合国家排放标准的要求。采用吸收塔使常温烟气与二级生化出水
2 运行效果及分析
2． 1 污泥焚烧运行效果及分析
污水处理厂脱水污泥经干燥处理后的含水率 20% 的干化污泥，其泥质检测结果见表 1。
表 1 干化污泥样品检测结果
检测项目
碳/%
氮/%
硫/% 氯 / （ mg·kg － 1 ） 镉 / （ mg·kg － 1 ） 铅 / （ mg·kg － 1 ） 铬 / （ mg·kg － 1 ） 汞 / （ mg·kg － 1 ） 铜 / （ mg·kg － 1 ） 锌 / （ mg·kg － 1 ） 铁 / （ mg·kg － 1 ） 锰 / （ mg·kg － 1 ）
7． 7
22． 8
15． 0
54． 7
48． 9
＜ 3 × 10 － 6 4． 00 × 10 － 2
＜ 3 × 10 － 6 3． 10 × 10 － 2
0． 236
0． 194
标准限值［16］
260 400 75 80 0． 2 0． 1 1． 6
由表 3 可知，污泥焚烧烟气检测结果显示，重金
属等指标低于国家标准限值的要求，但是二氧化硫
本工 艺 中 干 化 污 泥 经 焚 烧 后 重 量 减 少 了 88． 5% 。对污泥焚烧灰渣进行了检测［14］，检测结果 见表 2。污泥焚烧烟气及净化系统处理后尾气检测 结果见表 3。
第1 期
刘风等： 污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析
73
表 2 污泥焚烧灰渣检测结果
检测项目
检测结果
碳/%
氮/%
第 27 卷 第 1 期 2012 年 2 月
山东建筑大学学报 JOURNAL OF SHANDONG JIANZHU UNIVERSITY
文章编号： 1673 － 7644（ 2012） 01 － 0071 － 04
Vol． 27 No． 1 Feb． 2012
污水处理厂污泥焚烧及烟气净化工程分析
在塔内经逆流接触，使污泥焚烧烟气得到净化。研究结果表明，脱水污泥经干化焚烧后重量减少 88． 5% ，烟气
经净化吸收后，焚烧尾气中污染物指标低于 GB18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》的排放限值要求，吸
收液各指标均低于 GB8978—1996《污水综合排放标准》中污染物排放限值的要求。
指标大大超过 GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染
控制标准》对 大 气 污 染 物 排 放 限 值 的 要 求，必 须 有
烟气净化系统对污泥焚烧烟气进行净化。而在经过
二级生化出水净化吸收后，尾气中 SO2 、NOx 及重金 属等污染物浓度均有降低，其中二氧化硫去除率为
89． 7% ，氮氧化物的去除率为 85． 7% ，各项指标均
其中，亚硫酸氢根在水溶液中不稳定，能与氧气作用
生成硫酸根： 2HSO3－ + O2 + CO23 － →2SO24 － + H2 O + CO2 本工艺在气液比为 10∶ 1、进水 pH 为 7 条件下，
采用二级生化出水对污泥焚烧烟气进行净化吸收， 每日生化出水用量约为 500m3 。烟气净化后尾气检
以焚烧的方式处理城市污泥可以彻底解决污泥
收稿日期： 2011 － 09 － 21 基金项目： 国家水体污染控制与治理重大科技专项（ 2008ZX07011 － 004） 作者简介： 刘风（ 1988 － ） ，女，山东聊城人，在读硕士，主要从事水处理理论与技术研究． E-mail： liufeng8811@ hotmail． com