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為何“城市汙水汙泥幹化焚燒”會被妖魔化

釋出時間·▩▩↟:2019-12-29 22:00:58                            點選次數·▩▩↟:1412 次
為何“城市汙水汙泥幹化焚燒”會被妖魔化
縱觀國外發達國家│◕✘·,日本▩·◕│╃、美國及部分歐盟國家都將固廢焚燒作為垃圾處置的主流技術之一│◕✘·,且均獲得廣泛應用╃▩╃。而在我國│◕✘·,為何固廢焚燒處理會被“妖魔化”?科學上認識清楚▩·◕│╃、國際上應用成熟的技術│◕✘·,在我國為何面臨如此尷尬的局面?這使我想起《孟子》中的一段話·▩▩↟:“夫人必自侮│◕✘·,然後人侮之;家必自毀│◕✘·,而後人毀之;國必自伐│◕✘·,而後人伐之╃▩╃。”同時│◕✘·,也說明了“人必自重而後人重之│◕✘·,業界必先自重│◕✘·,然後國人重之”的道理╃▩╃。
汙泥幹化焚燒熱處理技術作為*快捷▩·◕│╃、*完全實現汙泥減量化▩·◕│╃、穩定化▩·◕│╃、無害化的*終處置技術│◕✘·,在國外已發展成為主流的成熟技術之一╃▩╃。而在我國│◕✘·,霧霾問題的日益加劇│◕✘·,對汙泥幹化焚燒熱處理技術而言成為一個挑戰│◕✘·,社會輿論也儼然已把生活垃圾焚燒妖魔化│◕✘·,汙泥幹化焚燒熱處理技術著“去”和“留”的局面╃▩╃。國外成熟應用的技術│◕✘·,為何在我國卻面臨妖魔化?這是一個非常值得警惕的問題╃▩╃。針對“十二五”汙泥處理處置規劃│◕✘·,建立汙泥焚燒平臺│◕✘·,能夠及時地澄清一些理念╃▩╃。在此│◕✘·,從汙泥焚燒國內外發展趨勢▩·◕│╃、誤讀解析▩·◕│╃、清潔焚燒技術開發等方面│◕✘·,與大家一同分享我對汙泥焚燒處理問題的若干思考╃▩╃。


國內▩·◕│╃、外汙泥幹化焚燒熱處理技術的定位


隨著科技的進步│◕✘·,汙泥處理處置技術也在不斷突破│◕✘·,由*原始的海洋投棄逐漸發展為自然乾燥│◕✘·,隨後又演化到穩定化的厭氧消化和機械脫水堆肥│◕✘·,*後再發展為減量化的乾燥焚燒│◕✘·,目前又提出了燃料化的炭化等技術╃▩╃。從發展歷程來看│◕✘·,填埋▩·◕│╃、焚燒▩·◕│╃、堆肥已成為汙泥*終處置的主要基石╃▩╃。因此│◕✘·,完全否定汙泥幹化焚燒技術顯然有失偏頗╃▩╃。正確定位汙泥焚燒是高汙染技術還是解決汙染的關鍵技術│◕✘·,這是首要解決的問題╃▩╃。


幹化焚燒被確定為汙泥處置汙染防治*佳可行技術之一


自2009年以來│◕✘·,我國環境保護部▩·◕│╃、住房和城鄉建設部以及科技部等部委│◕✘·,紛紛頒佈了《汙泥處理處置及汙染防治技術政策》▩·◕│╃、《汙泥處理處置汙染防治*佳可行技術指南》以及《城鎮汙水廠汙泥處理處置技術規範》等多項汙泥處理處置的相關政策▩·◕│╃、規範及標準╃▩╃。這些檔案明確了汙泥幹化焚燒技術在我國的定位及應用條件╃▩╃。其中│◕✘·,《汙泥處理處置及汙染防治技術政策》(2009年)明確提出·▩▩↟:經濟較為發達的大中城市│◕✘·,可採用汙泥焚燒工藝╃▩╃。鼓勵汙泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建;在有條件的地區│◕✘·,鼓勵汙泥作為低質燃料在火力發電廠焚燒爐▩·◕│╃、水泥窯或磚窯中混合焚燒╃▩╃。該技術政策的頒佈促進了汙泥幹化焚燒專案的建設│◕✘·,據不完全統計│◕✘·,目前已建成的專案接近40個│◕✘·,主要在建專案有30個╃▩╃。環保部出臺的《城鎮汙水處理廠汙泥處理處置汙染防治*佳可行技術指南》(2010年)則確定了兩個汙泥處理*佳可行技術·▩▩↟:厭氧消化和汙泥堆肥;確定了兩個汙泥處置*佳可行技術·▩▩↟:土地利用和汙泥幹化焚燒╃▩╃。檔案細化了單獨焚燒▩·◕│╃、混燒和摻燒的排放限值│◕✘·,以及相關環節的汙染控制策略及技術經濟適用性等╃▩╃。之後出臺的《城鎮汙水處理廠汙泥處理處置技術指南》(2011年)給出了不同技術應用的優先序╃▩╃。例如│◕✘·,厭氧消化後汙泥優先考慮土地利用;不具備土地利用條件時│◕✘·,採用焚燒和建材利用╃▩╃。綜上所述│◕✘·,幹化焚燒技術是政策標準範圍內規定的一項*佳可行技術│◕✘·,是我國汙泥處理處置的主流技術之一╃▩╃。


汙泥幹化焚燒在發達國家的定位及發展


在美國│◕✘·,土地利用▩·◕│╃、焚燒和堆肥作為美國三大汙泥處置技術│◕✘·,其比例分別為百分之61▩·◕│╃、百分之22和百分之17╃▩╃。1973年│◕✘·,美國聯邦法案40 CFR Part60就對汙泥摻燒比及汙染物排放限值提出了具體要求╃▩╃。1993年美國政府頒佈了《40 CFR Part503》法案│◕✘·,提出了土地利用▩·◕│╃、焚燒▩·◕│╃、填埋的優先序│◕✘·,並針對焚燒提出了具體要求╃▩╃。之後│◕✘·,2011年對該法案進行了修訂│◕✘·,針對流化床及多爐膛焚燒爐提出了更嚴格和具體的指標要求╃▩╃。


日本自上世紀60年代開始了汙泥焚燒應用╃▩╃。80年代左右│◕✘·,流化床焚燒爐成為主流裝置│◕✘·,90年代後日本開始採用汙泥熔融爐│◕✘·,實現汙泥燃料化╃▩╃。據統計│◕✘·,日本各類汙泥焚燒裝置已達700多臺│◕✘·,焚燒汙泥比例超過百分之68│◕✘·,熔融量超過百分之10│◕✘·,堆肥達到百分之11│◕✘·,填埋量逐年減少╃▩╃。


在歐盟國家│◕✘·,德國於1962年率先建設並開始運行了歐洲*一座汙泥焚燒廠│◕✘·,之後汙泥焚燒在英國▩·◕│╃、法國▩·◕│╃、盧森堡▩·◕│╃、丹麥▩·◕│╃、德國▩·◕│╃、奧地利▩·◕│╃、荷蘭等國家廣泛應用│◕✘·,處理汙泥所佔各國比例在百分之20-百分之40不等│◕✘·,而荷蘭▩·◕│╃、德國已超過百分之40╃▩╃。


綜上所述│◕✘·,我們可以看到│◕✘·,汙泥焚燒是美國鼓勵的主流技術之一│◕✘·,是日本應用*多*廣的處理處置技術╃▩╃。從歐盟國家整體來看│◕✘·,汙泥焚燒也是主流技術之一╃▩╃。


對汙泥幹化焚燒技術多有誤讀


回顧我國及世界發達國家汙泥處理處置技術及政策的發展│◕✘·,不難發現│◕✘·,汙泥幹化焚燒在各國都有合適的地位╃▩╃。然而近年來│◕✘·,我國反對汙泥焚燒的聲音卻越來越高漲│◕✘·,究其主要原因│◕✘·,對汙泥焚燒技術路線及技術本身的誤讀沒有獲得很好的解答╃▩╃。歸納起來│◕✘·,對汙泥焚燒技術的誤讀主要有以下幾點·▩▩↟:


一▩·◕│╃、普遍誤認為幹化焚燒是一種高能耗工藝╃▩╃。


根據實際調研發現│◕✘·,國外很多案例可以達到能量的自給│◕✘·,即自持焚燒╃▩╃。同樣國內也在研究自持焚燒│◕✘·,即當汙泥含水率和有機質含量達到一定的區域範圍時│◕✘·,汙泥焚燒無需外加能源╃▩╃。此外│◕✘·,透過對動態好氧堆肥和汙泥焚燒的工程例項進行實測發現│◕✘·,兩種工藝在能耗上處於同一個數量級╃▩╃。然而│◕✘·,汙泥焚燒是一個可以完全處置的工藝│◕✘·,而堆肥技術卻仍需要考慮輔料消耗以及後續儲存運輸等環節中消耗的能量╃▩╃。


二▩·◕│╃、主觀認為幹化焚燒是一種高碳排放工藝╃▩╃。


從汙泥處理到汙泥處置的全工藝碳排放對比結果顯示·▩▩↟:汙泥經脫水乾化(含水率百分之5時)後製作水泥熟料工藝│◕✘·,碳排放為負值;而汙泥脫水(含水率百分之75時)後焚燒工藝的碳排放量遠低於脫水石灰幹化(含水率百分之70)後填埋/土地利用等工藝╃▩╃。因此│◕✘·,從碳元素生命週期來進行客觀評價│◕✘·,可以說汙泥焚燒不能定性為高碳排放工藝╃▩╃。


三▩·◕│╃、汙泥焚燒是否會和垃圾一樣│◕✘·,成為重大的二噁英汙染源問題╃▩╃。


汙泥焚燒確實會產生二噁英│◕✘·,這是不爭的事實│◕✘·,然而它並不像垃圾一樣會產生含有大量二噁英的含氯化合物╃▩╃。因此│◕✘·,是否排放大量的二噁英│◕✘·,需要用資料來說明╃▩╃。日本對各類二噁英排放源進行對比分析發現│◕✘·,汙泥焚燒年排放二噁英的量遠低於城市垃圾以及醫療廢棄物兩個數量級│◕✘·,與汽車尾氣二噁英排放量相當╃▩╃。在我國│◕✘·,清華大學在環保公益專案支援下│◕✘·,對某600t/d汙泥直接焚燒的示範專案進行了監測│◕✘·,總排放二噁英達到國際*新標準(<0.1ng TEQ/m3)│◕✘·,與日本的資料獲得一定程度上的驗證╃▩╃。因此│◕✘·,我們不能一方面呼籲去除垃圾焚燒妖魔化的情況下│◕✘·,一方面又製造汙泥的妖魔化╃▩╃。


*後│◕✘·,從國情發展的角度來分析│◕✘·,汙泥焚燒利用較多的日本▩·◕│╃、臺灣以及韓國首爾等地區│◕✘·,經濟高度發達│◕✘·,然而人口密度高▩·◕│╃、國土面積小等因素導致汙泥土地利用受到限制│◕✘·,大多采用焚燒為主的建材綜合利用技術路線╃▩╃。對比國內珠三角▩·◕│╃、長三角▩·◕│╃、京津以及部分超大城市│◕✘·,城市人口密度大很多│◕✘·,一些城市不得以須要選用汙泥焚燒作為主要的汙泥處理技術╃▩╃。


綜合以上分析及例項證明│◕✘·,正確認識汙泥焚燒技術│◕✘·,對消除其誤讀至關重要╃▩╃。且調查表明│◕✘·,影響汙泥焚燒有兩個方面的因素│◕✘·,一是城市發展│◕✘·,二是汙泥性質╃▩╃。在此建議│◕✘·,對經濟高度發展▩·◕│╃、人口密集▩·◕│╃、現代農業發達的珠三角▩·◕│╃、長三角▩·◕│╃、京津以及部分超大城市│◕✘·,可優先考慮汙泥幹化焚燒的技術路線╃▩╃。


我國汙泥焚燒應用情況及標準問題分析


汙泥焚燒工藝主要有三種·▩▩↟:單獨焚燒│◕✘·,汙泥與垃圾▩·◕│╃、水泥窯的摻燒│◕✘·,汙泥與燃煤鍋爐的混燒╃▩╃。這三種工藝在我國都有很多的工程實踐╃▩╃。例如·▩▩↟:採用流化床幹化-流化床焚燒的石洞口專案│◕✘·,是我國建立的*一個汙泥焚燒工程;採用噴霧乾燥-迴轉窯焚燒的浙江紹興專案│◕✘·,是我國目前處理能力*大的直接焚燒專案│◕✘·,以及紹興汙泥與垃圾的摻燒發電專案│◕✘·,常州汙泥與煤的混燒發電專案等等╃▩╃。汙泥幹化焚燒汙染物的產生是該工藝受到質疑的關鍵│◕✘·,透過對以噴霧幹化為核心的直接乾燥焚燒和以流化床幹化為核心的間接乾燥焚燒兩個工藝進行對比分析(如下圖)│◕✘·,我們來詳細解析各個環節的汙染產生及汙染防控策略╃▩╃。


在以轉盤乾燥等間接乾燥-焚燒工藝中│◕✘·,預處理和間接乾燥成為*一個臭氣排放單元;主流的乾燥氣體進入焚燒單元進行處理│◕✘·,*後的煙氣經除塵▩·◕│╃、脫硫脫硝▩·◕│╃、去除二噁英等淨化處理後排放出去│◕✘·,成為*二個排放單元;除塵產生的飛灰量大│◕✘·,且富集大量的重金屬和二噁英│◕✘·,成為第三個排放單元╃▩╃。目前的示範工程除了採用國外的系統│◕✘·,基本都是這個技術路線╃▩╃。*二種以噴霧乾燥等直接乾燥-焚燒的工藝稍有不同│◕✘·,主要區別是乾燥尾氣沒有經過焚燒爐│◕✘·,而是直接經過二噁英去除▩·◕│╃、除塵▩·◕│╃、脫硫脫硝│◕✘·,以及後續酸洗或者鹼洗處理;直接乾燥過程可能有臭味和揮發性有機物的釋放│◕✘·,這些汙染物可經過後續的氧化加以去除╃▩╃。實際上│◕✘·,不管是直接和間接乾燥│◕✘·,都是成熟的工藝│◕✘·,只是對汙染物控制有所側重▩·◕│╃、有所不同╃▩╃。縱觀汙泥幹化焚燒工藝│◕✘·,汙染物主要包括四種類型│◕✘·,即傳統汙染物·▩▩↟:塵│◕✘·,二氧化硫和氮氧化物;二是二噁英/呋喃等物質;這兩類汙染物的處理方法基本一致╃▩╃。第三類臭氣和第四類重金屬有所差異│◕✘·,如上所述間接幹化焚燒臭氣除焚燒處理外│◕✘·,存在預處理和幹化單元的無組織源│◕✘·,重金屬基本沒有處理而殘留在飛灰/爐渣和氣體中;而直接乾燥焚燒臭氣無組織源很少│◕✘·,幹化氣體透過尾氣淨化工藝處理│◕✘·,重金屬和Hg基本沒有處理而殘留在爐渣和氣體中╃▩╃。


針對汙泥幹化焚燒產生的四類汙染物│◕✘·,雖然我國尚無針對汙泥焚燒的汙染物排放標準│◕✘·,但是2014年新頒佈的垃圾焚燒的標準(GB18485-2014)中提出·▩▩↟:摻加生活垃圾質量超過入爐(窯)物料總質量百分之30的工業窯爐│◕✘·,以及生活汙水處理設施產生的汙泥▩·◕│╃、一般工業固體廢物的專用焚燒爐的汙染控制│◕✘·,參照生活垃圾焚燒爐排放標準╃▩╃。該標準對傳統汙染物▩·◕│╃、重金屬▩·◕│╃、二噁英等汙染物排放限值提出了比較高的要求│◕✘·,尤其對二噁英│◕✘·,根據處理能力提出了更詳細的要求│◕✘·,然而缺乏對臭氣▩·◕│╃、VOC的控制要求╃▩╃。所以說三類汙泥焚燒中已經控制了單獨焚燒和汙泥與垃圾混燒兩類╃▩╃。對於汙泥與煤的摻燒技術│◕✘·,雖然在技術政策▩·◕│╃、技術指南以及*佳可行技術等檔案中明確了一些規定條款│◕✘·,然而並沒有統一摻燒要求│◕✘·,同時摻燒標準也存在一定的問題╃▩╃。*一▩·◕│╃、對燃煤鍋爐摻燒│◕✘·,導致鍋爐熱效率下降;*二▩·◕│╃、摻燒執行燃煤控制標準│◕✘·,而該標準對重金屬和二噁英特徵汙染物沒有控制要求╃▩╃。即使參照垃圾焚燒提出相應的要求│◕✘·,由於摻燒比例較小│◕✘·,一般幹物質在百分之5-百分之10之間│◕✘·,則存在汙染物稀釋排放的問題╃▩╃。因此│◕✘·,下一步應深入探討和控制汙泥和煤的摻燒問題│◕✘·,儘快制定這方面的標準╃▩╃。


汙泥焚燒發展趨勢·▩▩↟:清潔焚燒技術


汙泥焚燒產生二噁英是不可規避的問題│◕✘·,開發清潔的焚燒技術是汙泥焚燒的未來發展趨勢╃▩╃。美國能源署和環保署公佈第三代生物質能源利用熱解-氣化列為第三代生物質能源利用關鍵技術│◕✘·,即清潔燃燒╃▩╃。熱解-氣化關鍵技術根據工藝溫度不同可以分為碳化▩·◕│╃、熱解以及氣化│◕✘·,三個概念稍微有差別│◕✘·,但是原理互相涵蓋╃▩╃。碳化或熱解工藝產物主要是可燃氣體▩·◕│╃、油和炭╃▩╃。日本▩·◕│╃、美國▩·◕│╃、澳大利亞以及德國等國均已開發了熱解處理裝置│◕✘·,日本東京建成了*大的300t/d的汙泥碳化工程│◕✘·,我國也已建立了工程例項╃▩╃。因此│◕✘·,汙泥焚燒的發展趨勢將是以熱解氣化為核心技術的清潔燃燒工藝╃▩╃。之所以稱之為清潔燃燒技術│◕✘·,主要從以下幾個方面考慮·▩▩↟:首先是塵的產生量少│◕✘·,汙泥的流化床燃燒或其他燃燒技術的燃燒介質是汙泥固相物料;而熱解氣化燃燒的燃燒介質是氣態可燃氣體│◕✘·,燃燒尾氣含塵量低╃▩╃。其次熱解氣化燃氣燃燒效率高│◕✘·,所含有害組分(如SOx▩·◕│╃、NOx▩·◕│╃、重金屬等)少│◕✘·,煙氣的排放量及汙染物含量均在較低水平│◕✘·,從而大幅降低煙氣的淨化裝置規模和執行費用成本再次是二噁英問題│◕✘·,二噁英產生需具備四大條件·▩▩↟:氧氣;氯化物;金屬觸媒物質;適宜溫度╃▩╃。無氧環境及氯含量較低的汙泥熱解過程抑制了二噁英的形成│◕✘·,所以熱解工藝可以避免或減少二噁英的產生╃▩╃。*後│◕✘·,汙泥與煤共熱解解決了城市中汙泥焚燒面臨總量控制的障礙│◕✘·,對於脫水不完全的汙泥│◕✘·,在燃燒過程中需要新增燃煤輔助燃料│◕✘·,因環評總量控制要求城區禁止新增燃煤設施的要求│◕✘·,而汙泥與煤共熱解制取清潔燃氣後再燃燒│◕✘·,避免了直接焚燒燃煤的問題╃▩╃。綜上分析│◕✘·,熱解氣化技術有效減少了粉塵▩·◕│╃、氮氧化物▩·◕│╃、二氧化硫▩·◕│╃、惡臭氣體以及二噁英等汙染物排放│◕✘·,屬於未來發展的清潔燃燒技術╃▩╃。


本專案組也從小試到中試│◕✘·,再到示範工程│◕✘·,做了相應的研究╃▩╃。對於不同的汙泥其熱解趨勢基本一致│◕✘·,對於碳▩·◕│╃、油和熱解氣可透過溫度控制產物產率│◕✘·,汙泥與煤按不同比例共熱解│◕✘·,由實驗發現二者具有很好的累加性╃▩╃。*後再將清潔焚燒嵌入到汙水處理│◕✘·,研究發現熱解的固相產物具有很好的生物炭特性│◕✘·,具有很好的空隙結構▩·◕│╃、豐富的營養元素以及較高的熱值等因此可以作為汙水處理的吸附劑▩·◕│╃、土壤改良劑或者作為燃料╃▩╃。
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