基于污泥干化焚燒運行研究的若干建議
導讀
2014年，上海啟動了中心城區污泥項目前期研究，因“水十條”及《上海市水污染防治行動計劃實施方案》，污泥項目獲得巨大的推動力，白龍港、竹園和石洞口三大片區污泥項目建設加快步伐，到2018年4月，三大項目已先后開工，正在全力向著既定目標而奮進。對上海市中心城區三大片區城鎮污水污泥處理工程總體情況進行了介紹，基于上海市三大片區污泥干化焚燒處理工程運行情況，結合上海市新一輪的城鎮污水廠污泥干化焚燒工程前期研究過程中存在的主要問題，討論了上海市城鎮污水廠污泥干化焚燒工程主要建設特點，給出了城鎮污水廠污泥干化焚燒工程建設若干建議，同時提出了城鎮污水污泥干化焚燒工程建成運行后需要持續關注的問題。
作者簡介：周驊(1966－)，男，河北武安人，學士，高級工程師，從事污水處理、污泥處理工程建設及研究工作。
1工程概述
按照上海市污水處理戰略規劃和污水、污泥專業規劃，中心城區劃分為石洞口、竹園、白龍港三大片區，各片區內的污水處理實施“集中為主、分散為輔”的處理格局。經多年建設，已經形成以合流污水一期工程等大型污水輸送干線為骨架，以白龍港、竹園、石洞口污水廠等終點廠集中處理為支撐的污水處理總體格局，為城市安全運行和城市水環境治理，提供了必要的基礎條件，也在近些年為城市污水治理作出了較大貢獻。隨著水環境要求的日益提高，大型污水處理廠陸續實施提標改造工程，隨之也就產生了污泥處理處置的迫切需要。為此，上海從2014年起開展了針對三大污水片區的污泥處理工程的前期研究。到2018年4月，三大污泥項目已開工建設。上海市中心城區三大片區污泥工程布置見圖1。
圖1上海市中心城區三大片區污泥工程布置
1.1白龍港片區污泥處理工程
白龍港片區內有亞洲規模最大的污水處理廠白龍港污水廠，設計處理能力為280×104m3/d，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）一級A標準（以下簡稱“一級A標準”）。白龍港片區目前正在新建虹橋污水廠，設計處理能力為20×104m3/d，出水執行“一級A標準”。
白龍港污水廠內已建204tDS/d的厭氧消化污泥處理設施，采用污泥濃縮、厭氧消化、脫水、干化工藝。該工程利用污泥厭氧消化產生的沼氣作為污泥中溫消化及污泥干化處理的熱源，消化后部分污泥進行干化處理，該工程于2011年投運。
白龍港污泥處理二期工程設計規模為486tDS/d（2430t/d，含水率80%），包括白龍港污水處理廠448tDS/d污泥量和虹橋污水處理廠38tDS/d污泥量，該工程采用“干化+焚燒”工藝，設6條干化焚燒線，主要建設內容有干化、焚燒、煙氣處理設施、除臭設施及相關配套設施。
白龍港污泥處理二期工程焚燒產生的煙氣排放執行上海市地方標準《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準》（DB31/768—2013）；廠界同時滿足上海市地方標準《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB31/982—2016）和國家標準《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）及《惡臭污染物排放標準》（GB14554—1993）。區域邊界噪聲執行《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348-2008）II類標準。該工程已于2018年3月開工建設。
1.2竹園片區污泥處理工程
竹園片區有竹園一廠、竹園二廠和升級補量工程（曲陽污水處理廠、泗塘污水處理進行功能調整，規劃上將不再運營），設計處理能力為220×104m3/d，出水水質執行“一級A標準”。
竹園片區已建成竹園污泥干化焚燒廠，建設規模為150tDS/d（750t/d，含水率為80%）。采用“干化＋焚燒”處理工藝，共設置2條焚燒線，該項目已于2015年實現投產運行。
竹園污泥擴建工程，建設規模為223tDS/d（1115t/d，含水率為80%)，采用“干化+電廠協同焚燒”的工藝路線，該工程進廠脫水污泥含水率為80%左右，經干化處理后，平均含水率降至30%左右，由密閉式卡車將干污泥運輸至外高橋第二電廠或第三電廠協同焚燒。
該工程臭氣排放執行《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB31/982—2016）；噪聲防治執行《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348—2008）II類標準。該工程已于2018年3月開工建設。
1.3石洞口片區污泥處理工程
石洞口片區有石洞口污水處理廠、泰和污水處理廠、吳淞污水處理廠共3座污水處理廠。石洞口污水廠是上海第一座大型生物處理的污水廠，設計處理能力為40×104m3/d，目前出水水質執行“一級A標準”。石洞口片區內，正在建設的全地下式污水處理廠泰和污水處理廠，設計處理能力為40×104m3/d，出水水質在“一級A標準”的基礎上，氨氮和總磷指標進一步提升至地表水IV類水標準。石洞口片區內還有正在運行的吳淞污水處理廠，設計處理能力為4×104m3/d。
目前，石洞口污水處理廠內正在建設的污泥干化焚燒設施“石洞口污泥完善工程”規模共計72tDS/d（360t/d，含水率為80%)，包括石洞口污水處理廠現有污泥干化焚燒處理設施和新建的污泥干化焚燒處理設施。石洞口污水處理廠現有污泥干化焚燒處理設施建成于2004年，采用“干化+焚燒”工藝，是國內首座城鎮污水污泥大型干化焚燒設施，運行至今積累了寶貴的經驗。由于近年來煙氣排放標準的提高，對現有污泥干化焚燒設施提出了改造需求。“石洞口污泥完善工程”新線采用“干化+焚燒”工藝，設2條干化焚燒線，于2018年建成投產。
石洞口污泥處理二期工程設計規模128tDS/d，采用獨立焚燒工藝。泰和污水處理廠污泥干化后車載運輸至本工程進行焚燒。該工程已于2018年4月開工建設。
石洞口污泥處理二期工程焚燒產生的煙氣排放標準、臭氣控制標準與白龍港污泥處理二期工程一致。
2項目建設特點
2.1“集約化”建設
以往的污泥處理以實現污水廠內污泥含水率達80%為目標，主要實現方式是機械脫水。隨著污泥填埋要求的提出，后又陸續建設了就地或集中的深度脫水設施，白龍港污水廠還建設了干化設施，使之滿足污泥填埋的要求。在這一階段，盡管也實施了局部的集中處理，但受場地、設施、環境等方面的約束，是“被動式”而非“主動式”的集中。
在本輪三大污泥處理項目前期研究起步時，按照專業規劃的要求，從片區內集中處理處置的原則出發，開展前期研究。“集約化”建設主要體現在：三大片區內污水廠進行“集約化”調整；在三大片區內建設三大污泥集中處理中心，并充分利用已有設施，統籌兼顧、因地制宜，從而實現污水污泥的“集約化”建設。
2.2“設計能力”與“規劃規模”
在以往設計中，污泥干化焚燒項目往往與污水廠設計思路類似，采用年日均的概念，但在實際運行中，會因為年度檢修而停產，或者由于污水廠季節性水量增長而出現泥量增長，這種情況下，往往會因為受限于設計處理能力而帶來生產上的被動。
鑒于此，項目前期研究中，對污泥干化焚燒設施的處理能力的確定時，考慮了年度檢修時間（年運行時間按照7200h考慮），同時還考慮了污水季節性波動等因素造成的泥量的增加，給出了一定的余量。因此污泥干化焚燒設施的設計處理能力大于規劃規模。
2.3煙氣和除臭冗余設計
污泥干化焚燒項目由于處理對象的特殊性，煙氣排放、除臭對整個項目而言非常重要，從某種意義上說它的重要性并不亞于主體工藝本身。
在污泥干化焚燒項目中，煙氣處理系統采用“SNCR（爐內）＋靜電預除塵＋干式反應器＋布袋除塵器＋濕式脫酸塔＋煙氣再熱”，排入煙囪前還設置了“物理吸附”作為備用環節，確保煙氣達標。
除臭工程包括設備加罩及隔斷、惡臭氣體輸送和惡臭氣體處理三個部分。針對污泥干化焚燒工程不同區域的特點，采用離子送風、生物除臭、化學洗滌、活性炭吸附除臭、植物液噴淋等組合工藝。進人空間的臭氣處理采用前端離子送風，“末端生物濾池+化學洗滌+活性炭吸附”的組合處理工藝，并對重點區域輔以植物液噴淋，不進人空間臭氣處理采用“末端生物濾池+化學洗滌+活性炭吸附”的組合處理工藝。
在前期研究中，對煙氣及除臭的設計，進行了多方案研究，以確保煙氣和除臭達到新的標準。
2.4統籌兼顧和因地制宜
①統籌兼顧
三個污泥項目必須做到三大片區之間的片區統籌、片區內部的各污水處理廠及污泥處理設施的統籌、新建工程與現狀工程設施的統籌。
三個污泥項目以響應《上海市水污染防治行動計劃實施方案》“以中心城三大污水片區為重點，加快污泥處理設施建設，確保污水處理廠污泥安全處置。繼續推進石洞口、竹園以及白龍港污泥處理處置設施等重點工程建設”，中心城區三大片區污水廠污泥處理方式“以獨立焚燒為主、協同焚燒為輔”。
三大污泥項目均需考慮三大片區各污水處理廠污水處理工藝、污泥出廠含水率、污泥運輸與接收等環節。
三個污泥項目都建立在既有項目基礎上，必須考慮新建工程與現狀工程之間的關系，打通鏈路，有機整合，做到與現狀工程的兼顧。
如白龍港現狀污泥處理工程采用“厭氧消化+干化”工藝路線，由于老港填埋場容量限制，不能再接收厭氧消化后干化的污泥，因此在白龍港污泥處理二期工程前期研究時，需統籌考慮現狀污泥設施在新建工程的利用。
②因地制宜
盡管污泥專業規劃為各片區污泥處理處置制定了方向，但到實際研究階段，還得結合各項目時空特點因地制宜。
白龍港污泥處理二期工程，由于所處位置的特殊性，廠址附近有國家重要軍事設施，既要滿足污泥項目用地指標、建構筑物高度等需求，又必須滿足軍事功能的要求，這一矛盾就成了本項目的重點之一。經軍地協調和論證，白龍港污泥處理二期工程局部地塊設置成了下沉式的結構。竹園污泥處理廠和外高橋電廠僅一路相隔，且目前采用外高橋電廠蒸汽，因此，客觀上有條件實現協同焚燒。石洞口污泥處理二期工程，與石洞口污水廠及石洞口污泥完善工程之間相隔楊盛河，石洞口污泥處理二期工程污泥焚燒后有富余的蒸汽，需考慮管線的跨越或連通方式。
因此，三大污泥項目必須因地制宜，從而實踐了綠色循環的理念。
3思考與建議
目前，上海市中心城區三大污泥項目均已經開工建設，各項目上述特點的最終實現，需要建設者和今后運行單位的不懈努力，筆者以為，還有幾項工作需要關注。
3.1“能力”的設計條件
如前所述，本次三個項目的前期研究中，都在規劃規模的基礎上，做了適當的放大，留有適當的冗余，這種做法是否就一定合適，冗余量到底取多大更符合污泥干化焚燒工藝路線，還得通過今后長期的運行考驗。
同時，筆者想提示的是，任何設計冗余都有“邊界”，不可能無限制的放大。例如白龍港項目，其設定的邊界條件是1條線停機檢修也可滿足白龍港片區污泥處理的需求，這也是今后必須充分考慮的運行邊界條件。同時，對運行單位來說，也得從實際出發，運用底線思維，制定必要的應急預案，以應對可能出現的突發工況和極端不利情況。
3.2高效實現煙氣和除臭的設計初衷
在前期研究階段，建設單位、設計單位多次組織技術論證，設計文件也已經專家審定、政府批準。但實事求是地說，現在的煙氣處理和除臭工藝，可以說是“十八般武藝”一起上陣。盡管如此，實際運行是否一定能實現初衷，還得需要實踐來回答。
在論證和評審階段，實際上也是存在不同的技術觀點，之所以最后形成現在的技術路線，很大程度上就是對煙氣和除臭的新標準的實現，缺乏實踐的案例，是“誰都無法從理論上加以否定”的結果。事實上，是否還需要增加“第十九般武藝”，還是只要“十七般武藝”就足夠，還得通過實踐來驗證，也是今后運行中非常值得持續關注、不斷總結的。在這里，筆者要提示的是，今后的運行單位需要萬分小心地運行這些設備，特別是污泥全產量高位運行階段，務必滿足煙氣達標排放的剛性的法律法規要求。
3.3持續檢測水質和泥質
三大片區多年的、持續的污水水質及污泥泥質的檢測，為前期研究提供了豐富的數據支撐。但是，隨著上海市雨污水治理的發展，服務范圍內的污水量、水質等情況必將發生一些變化，如雨污混接改造、上游輸送管網低水位運行等，對進廠水質是否會帶來提升從而增加泥量，低水位運行后是否會帶來大量的砂渣，各片區目前污泥熱值的不同，對片區間污泥調度會否帶來影響等，這些問題需要從現在開始持續關注。
本文刊登于《中國給水排水》第16期：基于上海市污泥干化焚燒運行研究的若干建議作者：上海市城市排水有限公司周驊
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