熱點(diǎn) | 美國(guó)污泥焚燒項(xiàng)目汞都不達(dá)標(biāo)是真的嗎？

污泥焚燒的話題這兩年一直很熱，支持者和反對(duì)者似乎都有充足的理由。

反對(duì)者最早擔(dān)心二噁英的，隨著科普的增多，實(shí)際運(yùn)行的污泥焚燒廠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的公布，逐漸打消了很多人關(guān)于二噁英的擔(dān)憂。

目前聽到的很多是關(guān)于污泥焚燒后重金屬的排放，擔(dān)心重金屬進(jìn)入環(huán)境后影響公眾健康。尤其是對(duì)汞的擔(dān)憂更為嚴(yán)重，因?yàn)楣姆悬c(diǎn)相比其他的重金屬較低，通常的煙氣處理設(shè)施，對(duì)汞的去除效率也相對(duì)較低。

理由之一是美國(guó)的污泥焚燒因?yàn)闊煔馀欧艠?biāo)準(zhǔn)升級(jí)，對(duì)汞的限制更加嚴(yán)格，導(dǎo)致很多污泥焚燒廠無法滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)。更有玄乎的傳言：美國(guó)沒有一個(gè)污泥焚燒廠能達(dá)到新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)...

咱們用事實(shí)說話！

2011年3月21日，美國(guó)EPA出臺(tái)了針對(duì)污泥焚燒煙氣排放的新標(biāo)準(zhǔn)（Title 40 Code of Federal Regulations (CFR) Part 60 – Standards of Performance for New Stationary Sources and Emissions Guidelines for Existing Sources: Sewage Sludge Incineration Units; Final Rule），要求所有的已建成的污泥焚燒廠和新建焚燒廠執(zhí)行新的排放限值。新標(biāo)準(zhǔn)將于2016年3月21日正式生效。屆時(shí)，除非項(xiàng)目所在州有提前批準(zhǔn)的州計(jì)劃，其余所有的污泥焚燒廠，都將按照新的排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同的污泥焚燒爐執(zhí)行不同的排放限值，主要是多膛爐和流化床焚燒爐兩種類型。MHI：多膛爐；FBI：流化床焚燒爐

對(duì)流化床焚燒爐來說，新標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)已建成項(xiàng)目和新建項(xiàng)目的排放要求也不一樣。以汞為例，已建成項(xiàng)目的新排放標(biāo)準(zhǔn)為0.037mg/dscm，新建項(xiàng)目的新排放限值更嚴(yán)，為0.001mg/dscm。

相比而言，流化床焚燒爐執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)比多膛爐執(zhí)行更加嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。主要是多膛爐燃燒污泥，空氣過量系數(shù)更大，同樣的污泥量，若采用多膛爐焚燒后煙氣量更大，如果執(zhí)行同樣嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，則煙氣處理費(fèi)用非常高。

現(xiàn)在主流的污泥焚燒多采用流化床焚燒爐，主要是其空氣過量系數(shù)小，煙氣處理費(fèi)用較低。

Southerly污水廠最早于1967年8月14日投入運(yùn)行，是俄亥俄州東北部地區(qū)（NEORSD）的三個(gè)污水處理廠中最大的一個(gè)。目前平均日處理量125MGD（約為47萬噸/天），峰值處理能力400MGD（約為150萬噸/天），另外該污水廠還可以通過一級(jí)處理單元處理多達(dá)335 MGD（126.8萬噸/天）的雨水。

處理工藝：一級(jí)曝氣系統(tǒng)——活性污泥

旱季時(shí)兩級(jí)工藝串聯(lián)使用，但是若一級(jí)系統(tǒng)處理達(dá)到最大負(fù)荷400MGD時(shí)，多余的來水直接進(jìn)入二級(jí)單元進(jìn)行處理。

初沉池污泥經(jīng)重力濃縮為含固率47%的污泥，二沉池的剩余污泥也送至重力帶式濃縮機(jī)濃縮為含固率5-7%的污泥。

濃縮后的初沉污泥直接送進(jìn)1個(gè)污泥存儲(chǔ)池，濃縮后的剩余污泥被送進(jìn)另外5個(gè)污泥存儲(chǔ)池。兩種污泥同時(shí)送至脫水機(jī)房進(jìn)行脫水。

脫水設(shè)備共有9臺(tái)離心脫水機(jī)，脫水后直接送至3個(gè)脫水污泥收集池（三臺(tái)離心機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)脫水污泥收集池），然后通過6臺(tái)柱塞泵（每個(gè)脫水污泥收集池對(duì)應(yīng)2臺(tái)）直接送進(jìn)3個(gè)流化床焚燒爐中進(jìn)行焚燒（每臺(tái)處理能力100噸干泥/天）。

Southerly污泥焚燒廠，最早采用多膛爐焚燒污泥，在2009年開始，計(jì)劃用3臺(tái)循環(huán)流化床焚燒爐取代了原有的4臺(tái)多膛爐焚燒爐，以提高焚燒效率和降低成本。

處理流程包括：流化床焚燒爐——一級(jí)換熱器（用于加熱余熱流化風(fēng)、余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽）——二級(jí)預(yù)熱器（用于煙氣控制、飛灰處理、輔助系統(tǒng)、發(fā)電裝置等）——煙氣處理系統(tǒng)。

該污泥焚燒廠，采用蘇伊士的Thermylis流化床焚燒爐，直接焚燒脫水污泥（72%含水率），無需輔助染料助燃，每年可通過余熱回收發(fā)電1.2MW。

污泥焚燒工藝流程大致如下：

2014年的煙氣排放檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，煙氣中的污染物主要是汞和SO₂無法滿足2016年生效的新標(biāo)準(zhǔn)排放限值，以下每個(gè)數(shù)據(jù)都是三次測(cè)試的平均值：

從2011年1月至2014年6月收集數(shù)據(jù)看，污泥中的重金屬汞的平均含量為0.57mg Hg/kg 干泥，最大為0.99mg Hg/kg干泥，標(biāo)準(zhǔn)方差為0.14mg Hg/kg干泥。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，污泥經(jīng)流化床焚燒爐焚燒，經(jīng)原有煙氣處理系統(tǒng)處理后，煙氣中的汞含量見下圖（已折算為含氧量7%的標(biāo)態(tài)），與新標(biāo)準(zhǔn)要求仍有一定差距：

如果不增加側(cè)重于汞去除的強(qiáng)化排放控制措施，在2016年3月新排放標(biāo)準(zhǔn)生效之后，污泥焚燒廠很可能因無法滿足新標(biāo)準(zhǔn)而喪失焚燒污泥的許可證。一旦這樣，污水廠將需要重新制定相關(guān)計(jì)劃，以便將污泥送去填埋。污水廠主管單位認(rèn)為填埋不僅成本高昂且不可持續(xù)。因此對(duì)煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)成為了比較可行的方案。

煙氣檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，除了重金屬汞和SO₂外，重金屬鎘Cd也有個(gè)別的處理線在個(gè)別時(shí)間少量超標(biāo)。SO₂和重金屬鎘主要通過濕式洗滌塔的改進(jìn)進(jìn)行解決，本文不做詳細(xì)介紹。

污泥焚燒的煙氣中的汞來自污水處理，大多數(shù)重金屬可通過飛灰的去除、以及濕式洗滌和其他的單元中去除，重金屬汞則可通過以下三種形式存在于焚燒過程中。

顆粒汞：飛灰和顆粒物質(zhì)中夾雜著汞。總汞的這一部分在濕式洗滌器中被除去，并與其他金屬和顆粒一起被送到飛灰儲(chǔ)罐?？偣兄挥泻苄〉囊徊糠忠赃@種形式存在。

元素汞：汞通過燃燒變成揮發(fā)態(tài)。由于氣態(tài)元素汞在后續(xù)煙氣處理過程中冷卻，它可能與煙氣中的其他成分發(fā)生反應(yīng)，形成氧化氣態(tài)汞。這種形式的汞可溶于水，在濕式洗滌器中可以去除一部分。

氧化氣態(tài)汞：被廢氣成分氧化的單質(zhì)汞，如鹵素(氯、氟和溴)；硫的氧化物（二氧化硫和三氧化硫）；以及氮（二氧化氮）。

在大多數(shù)污水處理廠，只有一小部分元素汞被氧化。因此在焚燒過程中排放的汞中，有一部分仍以元素形式存在。盡管濕式洗滌可以捕獲一部分氧化汞，但該工藝對(duì)汞的去除效率仍較低。

目前用于汞去除的成熟技術(shù)包括干法的粉末活性炭(PAC)噴射技術(shù)，和濕法的固定床顆?；钚蕴?GAC)吸附技術(shù)。

1.粉末活性炭法，通常能夠去除85%左右的重金屬汞，且需要持續(xù)投加粉炭和藥劑，運(yùn)行成本較高。

2.固定床GAC吸附，對(duì)汞的去除率可超過95%，一般1-2年需要更換顆?；钚蕴?/span>

3.SPC吸附技術(shù)，Sorbent Polymer Composite，一種利用特殊吸附材料的新型專利汞去除技術(shù)。其可以單獨(dú)作為一個(gè)裝置使用，也可以改造已有的濕式洗滌塔，將其作為濕式洗滌塔的一部分來使用。該系統(tǒng)采用了由SPC濾料組成的專用濾料床，可從污泥焚燒廢氣中捕獲離子態(tài)和元素態(tài)的汞。

相比顆粒活性炭吸附，SPC吸附模塊可承受水份飽和的氣流，不需要額外的除濕器或上游的再加熱步驟。SPC吸附對(duì)汞的去除能力，與濾料床的厚度和SPC吸附模塊數(shù)量有關(guān)。與GAC吸附類似，SPC吸附也需要定期更換濾料，大約每半年更換一次，具體取決于煙氣中汞的濃度以及濾料的多少。

在已建成項(xiàng)目中，采用SPC吸附比GAC吸附所需投資少，操作簡(jiǎn)單，且更容易進(jìn)行改造。

經(jīng)過詳細(xì)的前期模擬和對(duì)比，最終決定在Southerly污泥焚燒項(xiàng)目中，采用SPC吸附來提高煙氣處理效果。（橫屏查看）

2016年初，NEORSD決定在southerly污泥焚燒廠內(nèi)安裝三套SPC吸附裝置（下圖）以實(shí)現(xiàn)煙氣處理的升級(jí)。每個(gè)SPC吸附裝置內(nèi)設(shè)三層SPC吸附模塊，并預(yù)留額外2層以便今后進(jìn)一步升級(jí)所用。

改造完成后SPC吸附裝置后的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，三條污泥焚燒線的煙氣排放值，包括汞在內(nèi)所有值均滿足新的煙氣排放限值。所有的測(cè)試均在2016年3月21日前新的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)正式生效之前完成。成為美國(guó)最早實(shí)現(xiàn)按照新煙氣排放限值運(yùn)行的污泥焚燒廠。

改造完成后，官方于2015年底至2016年出進(jìn)行了為期三個(gè)月的尾氣測(cè)試，最終結(jié)果顯示，經(jīng)過改造后，Southerly污泥焚燒廠的尾氣排放值完全滿足新標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于“已建流化床焚燒爐”尾氣排放的要求。下表數(shù)據(jù)中的百分?jǐn)?shù)，表示實(shí)測(cè)濃度與排放限值的比例。

后續(xù)一年的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。Southerly污泥焚燒廠也成為美國(guó)第一個(gè)達(dá)到新煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，與其同期完成改造的還有辛辛那提Mill Creek污泥焚燒廠， 該焚燒廠也是由SUEZ建設(shè)。

寫在最后：

污泥焚燒目前依然是很多大城市解決污泥的一個(gè)很重要的手段，因?yàn)闇p量化最明顯！當(dāng)然，隨著提質(zhì)增效等工作的推進(jìn)，希望污水廠進(jìn)水濃度進(jìn)一步增加之后，污泥的有機(jī)質(zhì)也能有所提高，再結(jié)合厭氧消化等工藝的應(yīng)用，做好污泥的減量化同時(shí)，加大資源化利用。

而污泥焚燒，也會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和法規(guī)的完善，發(fā)揮更大的作用。徹底解決污泥圍城問題，焚燒必不可少。而焚燒產(chǎn)生的煙氣污染問題，在現(xiàn)有的技術(shù)下，都是能解決的。

特此感謝在美國(guó)的江瑞原先生分享的資料！