摘要：随着对污泥处理处置的重视，国家出台了一系列政策，鼓励对污泥的处理处置。目前国内各种处理处置技术也层出不穷，污泥干化焚烧耦合燃煤电厂发电技术，干化热源可以采用电厂的乏汽或烟气，同时利用燃煤电厂的烟气治理设施，不需要再单独对尾气进行处理，对于污泥的处理目标：稳定化、减量化、无害化、资源化，无疑是一个可以最终满足污泥四化目标的技术路线。本次调研主要围绕污泥干化焚烧，重点是耦合燃煤电厂发电的市场前景进行。
关键词：污泥处理处置 政策 技术路线 市场前景
一、前言
目前， 我国对污泥的处理处置仍然还没像污水处理那样引起足够重视， 大部分污水处理厂对含有各种有害物质的污泥采用污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象， 给生态环境带来了极不安全的隐患， 也造成了经济上的巨大损失。所以， 对污泥进行无害化处理有极强的必要性和紧迫性。
污泥成分复杂，含有病源微生物、寄生虫卵、有毒有害的重金属及大量的难降解物质，如处理不当，容易对环境造成二次污染。
目前污泥处理处置存在如下的问题：
(1) 污泥处理率极低，我国市政污泥有70%左右没有得到妥善处理。
(2) 重水轻泥、污泥处理发展滞后；
(3) 污泥处理处置技术路线生搬硬套；
(4) 污泥排放监管难度大；
(5) 污泥处理费收费机制不完善，在未来较长一段时间内，补贴还是污泥处理处置资金的主要来源。
二、政策
2009年2月28日由住房和城乡建设部、环境保护部、科学技术部印发建城[2009]23号《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》,文件“鼓励污泥干化焚烧联用或作为低质燃料在火力发电厂焚烧炉、垃圾焚烧炉混烧。”
近年来，国务院相继印发《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（俗称水十条）、《国务院关于印发“十三五”控制温室气体排放工作方案的通知》、《国务院关于印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划的通知》、《国务院关于印发“十三五”节能减排综合工作方案的通知》等文件，支持生物质（农林废弃物，污泥垃圾等）耦合发电的发展。
国家发展改革委、国家能源局也已将燃煤耦合生物质发电技术的研发推广列入《能源技术创新“十三五”规划》（国能科技〔2016〕397号）、并发布《关于推动东北地区电力协调发展的实施意见》（国能电力〔2016〕179号）、《电力发展“十三五”规划》（发改能源〔2016〕2321号）、《可再生能源发展“十三五”规划》（发改能源〔2016〕2619号）、《能源发展“十三五”规划》（发改能源〔2016〕2744号）等相关文件。
去年下半年以来，国家密集发布一系列支持生物质发电健康发展的文件，如《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》（国能发电力[2017]75号）、《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》、《关于促进生物质能供热发展指导意见的通知》和《关于开展“百个城镇”生物质热电联产县域清洁供热示范项目建设的通知》，为今后生物质发电产业的发展指出了很好的方向。
2018年6月21日，国家能源局、生态环境部联合发布《关于燃煤耦合生物质发电技改试点项目建设的通知》。要求按照《国家能源环境保护部关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》(国能发电力[2017]75号)要求，经组织专家研究确定燃煤耦合生物质发电技改试点项目名单。最终确定技改项目试点共计84个，其中污泥耦合发电项目29个，大唐集团有灞桥电厂和张家口电厂两个项目。项目涉及全国23个省、自治区、直辖市。《通知》明确试点项目主体工程应在2019年5月1日之前建成投运。
三、市场前景
在环保行业里，污泥处理处置仍是一块相对落后的领域。也是我国亟需加速提升的一个领域。伴随城镇污水处理规模的扩大，污泥作为污水处理副产物也大量产生。按照城市污水以干物质计平均0.02%的含固率估算，可产生干污泥3.14万吨/天。按照污泥脱水前80%的含水率计算，每天产生湿污泥15.7万吨。全年以360天计，2014年全国年产生湿污泥达5652万吨。但我国的污泥处置率却很低下。2016年，全国污泥处理能力约为1300万吨/日，全国污泥处理率仅达到33%，有67%左右的污泥没有得到无害化处理处置，对生态环境造成严重威胁。2017 年底我国污泥处理处置市场规模已经达到了 525 亿元左右， 2010‐2017 年，我国污泥产生量从 5427 万吨增长至 7436 万吨，年化增长率4.6%。按目前的建设速度污泥处理率在“ 十三五”期间会有大幅提高。
污泥耦合发电不仅是一项能源工程，更是一项环保工程和民生工程。污水处理厂污泥耦合发电兼具经济、生态与社会等综合效益，是可再生能源中的重要组成部分。随着国家相关政策的出台，生物质耦合发电发展迎来良好机遇期。
依托现有燃煤电厂进行改造实现生物质耦合发电，可利用电厂现有的发电设施和超低排放等其他公用设施，减少项目投资成本。同时发挥世界最大清洁高效煤电体系的技术领先优势，依托现役煤电高效发电系统和污染物集中治理设施，构筑城乡生态环保平台，兜底消纳污水处理厂、水体污泥等生物质资源(属危险废物的除外)，破解污泥围城等社会治理难题。燃煤耦合生物质发电在国际上已形成规模化应用，涉及多种容量等级、多种形式的燃煤机组，以及多种形式的生物质燃料。
目前国内已经有部分城市对污泥处理处置给予补贴，由于处理方案不同等因素造成标准不一，污泥处理产业运转主要依靠政府补贴。同时，补贴覆盖范围明显不足。
“水十条”为污泥处理处置补贴政策的明确带来契机。《水污染防治行动计划》预计总投资可能超过2万亿。除了为水处理改造、运营带来巨大市场以外，“水十条”将在污泥处理处置方面给予更多的倾斜。技术层面上，将改变过去以填埋为主的处置路线；经济层面上，将要求针对污泥处理处置的补贴在全国范围推广，同时明确补贴标准。虽然有众多条文规定污水处理费应包含污泥处理成本，但目前将污泥处理费纳入污水费用的地方仅为北京市、江苏省太湖地区、常州市、广州市，且占比较低。
污泥处理处置应该以“减量化、稳定化、无害化”为目的，“资源化”并不是最终的目的，保护生态环境才是最终目的。应尽可能利用污泥处理处置过程中的能量和物质，以实现经济效益和节约能源的效果，实现其资源价值。
四、污泥处理处置方法及技术路线
(一) 污泥处理处置方法
1、污泥农用
污泥农用投资少，能耗低，运行费用低，其中有机部分可转化成土壤改良剂成分，因此污泥土地利用被认为是最有发展潜力的一种处置方式。这种污泥利用方式减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。
2、卫生填埋
卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强。但侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。目前污泥填埋已经成为一项比较落后的污泥处置技术。由于渗滤液对地下水的潜在污染并导致城市用地的减少，许多国家和地区坚决反对新建填埋场。
3、海洋倾倒
海洋倾倒操作简单，对于沿海城市来说其处理费用低，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。
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4、污泥预干化技术
污泥预干化技术是通过热能对污泥进行水分去除处理，在干化过程中将耗去大量的热能，脱水污泥经过加热干化使含水率由80%降到60%这一段所消耗能量小，其主要去除的是污泥中的游离水；同样含水率在35%以下继续干化消耗能量也小，这两段的能量消耗基本接近理论值；污泥在含水率35%～60%之间，为污泥的塑性阶段，这阶段污泥的流体特性类似胶水，胶状、黏稠，很难处置，干化消耗能量急剧增加，很难干化。根据上述特性，干化污泥要避开污泥塑性阶段，要充分利用污泥干化特性，尽量在含水率60%以上，35%以下干化。在含水率为35%～60%之间干化能耗为60%以上和35%以下干化能耗的2.5倍；所以我们对市政污泥采用预干化技术，使脱水污泥含水率由80%降至60%，这样可以大大节约能耗。
5、太阳能污泥凉晒处理工艺
近年来，许多污水厂在污泥处置方面做了大量的工作，露天堆放的含水率为80%的脱水污泥，在雨季很不容易干化，并且大量的污泥露天堆放对环境也有很大影响。为了解决上述问题，将含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚内以0.4～0.6m的厚度堆放，并使用专用凉晒翻堆设备对污泥进行凉晒翻堆，使污泥含水率由80 %快速降至60%，达到污泥好氧发酵的条件。该工艺简单，能耗很低，并且污泥干化过程中产生的恶臭气体容易有效收集进行除臭处理。
6、污泥高温好氧堆肥技术
20世纪70年代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出，污泥堆肥技术引起了世界各国的广泛重视，并成为环保领域的一个研究热点，这时人们开始考虑利用堆肥技术取代部分传统的物理方法。高温好氧堆肥技术是目前国际上较为先进也是较为普遍使用的处理方法，已在美国、日本、欧洲广泛使用。
污泥高温好氧堆肥技术将含水率为80%的脱水污泥和大约一倍的含水率为10 %以下的干污泥、菌种、添加剂(粉煤灰)等进行混合，混合后的物料含水率为55 % 左右，或将通过其他预处理后含水率为50%～60%的污泥，通过布料设备均匀送到好氧发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，通过好氧微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反应的最终代谢是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持在60℃以上的持续高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。经10～15天的堆肥发酵后，物料的含水率已降至25%左右，堆肥发酵后的物料一部分作为菌种回填循环利用，另一部分可作为营养土，直接用于园林绿化、植物恢复、回填土等，达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。
7、污泥热干化和热处理
污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少4～5倍，产品稳定、无臭且无病原体。干化处理后的污泥产品用途多，可以用肥料、土壤改良剂、替代能源等。早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥，经过几十年的发展，污泥干化技术的优点正逐步显现出来。
污泥低温热处理技术无害化和减量化彻底，其地位已经逐渐增强，研究表明： 低温热解是能量净输出过程，成本低于直接焚烧。
8、污泥焚烧
以焚烧为核心的处理处置方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部炭化， 杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，缺点在于处理设施投资大，处理费用高， 有机物焚烧会产生二噁英等剧毒物质。为防治焚烧产生二噁英等有害气体， 要求焚烧温度高于850 ℃。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。污泥的干化焚烧又可分为污泥单独焚烧，污泥与水泥窑耦合焚烧、污泥与垃圾焚烧炉耦合焚烧、污泥与燃煤电厂耦合焚烧等。
（二）污泥处理处置技术路线
污泥处理处置系统应包含污泥稳定化、减量化、无害化处理处置过程，并在此基础上实现资源化。城镇污水处理厂的污泥处理处置系统可由预处理、浓缩、脱水、厌氧消化、好氧发酵、热干化、碳化、焚烧等工艺单元组合组成。
污泥处理的主要工艺流程有如下几种：
污泥浓缩→常规消化或高级厌氧消化→污泥脱水→土地利用 ；
污泥浓缩→高级厌氧消化或生物质协同厌氧消化→污泥脱水→土地利用 ；
污泥浓缩→常规消化或高级厌氧消化或生物质协同厌氧消化→污泥脱水→污泥热干化→（协同）焚烧→填埋或建材利用 ；
污泥浓缩→污泥脱水→好氧发酵→土地利用 ；
污泥浓缩→污泥脱水→石灰稳定→填埋或建材利用。
按照国家标准要求，污水处理厂的污泥出厂前含水率要低于80%，因此污水处理厂出来的污泥已进行了部分脱水，处理只需要从污泥脱水工艺开始，或直接进行热干化或气化、碳化等处理工艺。
污泥的干化可采用直接加热或间接加热，一般宜采用间接加热进行干化。热干化的热源应优先考虑利用其他设施的余热，降低一次能源使用量。
（三）污泥干化焚烧技术应用调研情况
通过参加污泥处理处置技术研讨会及与相关技术方进行技术交流，主要调研了适用于燃煤电厂耦合发电的污泥脱水干化及焚烧的技术路线，简要介绍如下：
污泥干化焚烧的主要流程如下：
湿污泥（80%含水率）→脱水→干化→半干污泥（40%含水率）→耦合焚烧
污泥的脱水和干化主要设备及工艺有：板框机脱水，离心机脱水，低温真空干化脱水，低温热泵干化脱水，圆盘式干化机干化，桨叶式污泥干化机干化等工艺。
污泥的焚烧方式主要有：湿污泥或干化污泥循环流化床直接焚烧，干化污泥焚烧炉直接焚烧，干化污泥与燃煤锅炉耦合燃烧，干化污泥与水泥窑炉耦合燃烧，干化污泥与垃圾焚烧炉耦合燃烧等。污泥的耦合燃煤机组发电项目受限于运输距离，一般污泥运输距离不超过50公里，最远不宜超过100公里。根据处理工艺的不同，处理每吨污泥的造价约200～300元。
目前国内投产的污泥干化焚烧耦合发电项目主要有浙能嘉兴发电厂污泥干化焚烧工程、南京市污泥干化协同发电工程等。
五、结论与建议
（1）污泥的处理处置越来越受到重视，未来市场潜力巨大。
（2）针对污泥处理处置的目标“减量化、稳定化、无害化、资源化”，污泥的干化焚烧技术将是一个很好的发展方向。
（3）污泥的干化技术按照不同的角度主要分为全干化/半干化、直接干化/间接干化、高温干化/低温干化等。
（4）污泥的焚烧主要有焚烧炉直接焚烧、与水泥窑协同焚烧、与垃圾焚烧炉协同焚烧、与燃煤电厂耦合焚烧发电等。
（5）不同的干化技术和焚烧技术可以组合成多种污泥处理处置技术路线，由于采用半干化技术将污泥干化至含水率30%-40%，再与燃煤电厂耦合燃烧发电，干化热源可以采用电厂的低品质热源蒸汽或烟气，耦合燃烧后不需要单独设置废气处理设施，因此是最有优势和前途的处理处置技术，
（6）燃煤耦合污泥发电具有极大的生态效益，建议组织相关技术人员加快燃煤耦合污泥发电关键技术研究开发、成果转化和标准制定，并推广应用具有自主知识产权的先进技术和装备。
（7）建议环保部门加大环境监管力度，加强污泥处理监管，加大对不达标污泥处理的处罚力度，坚决关闭不符合国家相关标准和规范的填埋场，加大力度引导填埋污泥用于燃煤耦合污泥发电。
参考文献：
[1]《2018年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会》论文集
论文作者:杨文圣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：污泥论文; 技术论文; 燃煤论文; 电厂论文; 生物论文; 污水处理论文; 堆肥论文; 《电力设备》2018年第24期论文;