上海石洞口污泥處理完善工程包括現(xiàn)有干化焚燒設施的改造和擴容新建2條干化焚燒線，建設規(guī)模72 tDS/d。本文介紹了新線的總體工藝設計和各系統(tǒng)的詳細設計方案，并對污泥干化焚燒工程設計中的一些要點和注意問題進行了總結。

上海市石洞口污泥處理完善工程服務對象為上海市石洞口污水片區(qū)內石洞口、吳淞、桃浦3座污水處理廠產生的污泥。隨著污水處理的不斷升級，污泥處理量缺口越來越大，煙氣排放標準的提高也對設施提出了改造的需求。上海市在對石洞口污水處理廠現(xiàn)有污泥干化焚燒工程進行后評估的基礎上，提出了石洞口污泥處理完善工程的建設。

石洞口污泥處理完善工程的建設內容包括對現(xiàn)有污泥處理設施的改造及擴容新建污泥處理設施兩部分。整個污泥處理工程占地面積約4.12 hm2，其中新建擴容區(qū)約為1.95 hm2。本文主要對新建工程的工藝設計進行介紹，包括污泥濃縮脫水、接收儲運、干化、焚燒、余熱利用、煙氣處理和工藝輔助等系統(tǒng)單元。

結合石洞口、吳淞、桃浦3座污水處理廠實際生產情況，確定其產泥量分別為60 tDS/d、5.5 tDS/d和6.5 tDS/d，合計72 tDS/d。同時對現(xiàn)狀石洞口污泥干化焚燒線進行了后評估，結論為現(xiàn)有系統(tǒng)改造后處理能力22 tDS/d，因此擴容新建系統(tǒng)設計規(guī)模50 tDS/d。

根據石洞口片區(qū)3座污水處理廠運行數據及石洞口廠濃縮脫水系統(tǒng)改造的設計，脫水污泥的平均含水率能達到80%以下，設計留有余量按80%考慮，則新線濕污泥處理量250 t/d。

對石洞口污水處理廠污泥性質進行了分析：工業(yè)分析結果為揮發(fā)分46.80%，固定碳6.91%，灰分46.29%，干基高位熱值12.25 MJ/kg；元素分析結果為硫1.05%，碳28.35%，氫3.53%，氮4.15%，氧16.63%。

污泥干化焚燒工程最主要的標準為煙氣排放標準和臭氣排放標準。

本工程焚燒產生的煙氣排放根據環(huán)評批復執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2001），鎳和氟化氫執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996）二級標準，氨、硫化氫執(zhí)行《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）排放標準限值。

臭氣濃度執(zhí)行《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）排放標準限值。廠界廢氣達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）和《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996）中相關的排放濃度限值。

石洞口現(xiàn)狀干化焚燒線采用煤作為外加熱源已不符合現(xiàn)行的清潔能源政策，需進行改造，因此新線設計時對柴油、天然氣、人工煤氣和蒸汽4種清潔能源進行了比選，結論是采用電廠廢熱蒸汽在供應可靠性、投資和運行的經濟性、對環(huán)境的影響和遠期電廠協(xié)同焚燒可行性等方面都具有優(yōu)勢，因此本工程采用鄰近石洞口電廠的廢熱蒸汽作為外加熱源。 

污泥干化程度影響到干化機、焚燒爐和后續(xù)煙氣處理設施的設計能力、選型等重要參數，決定了干化段和焚燒段之間界面的劃分，是干化焚燒設計的重要參數。由此對含水率≤10％、30%～40%、≥60%三種不同的干化程度進行比較和分析。

當干化污泥含水率取30%～40%時，干化機可選擇類型較多，干化效率較高，能量消耗較低；干化和焚燒系統(tǒng)的處理能力較為均衡，應對各種工況能力較強；污泥已經過了粘滯區(qū)，呈塊狀固體，輸送和儲存比較容易實現(xiàn)，設備選擇面廣，不易產生粉塵，安全性較好。

污泥入爐方式可分為直接入爐和后混入爐兩種方式。后混方案除了通過改變干化機運行工況調節(jié)干化出泥含水率外，還可以通過調節(jié)干濕污泥混合比例調節(jié)入爐污泥平均含水率，能更好地應對污泥含水率和熱值短時或者季節(jié)性波動對系統(tǒng)的影響，保證焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定、經濟地運行，因此設計采用后混入爐方案。

石洞口現(xiàn)狀機械濃縮+脫水工藝存在加藥量大、穩(wěn)定性差等問題。統(tǒng)計廠內現(xiàn)狀脫水污泥含水率，帶機一般維持在83%以上，離心機在81%～82%，大大降低了干化焚燒設施的能力和效率。

對機械濃縮后的污泥進行了沉降試驗，結果表明在靜置沉降12 h后，含水率由97.3%降至96%，體積則減小為原來的67.5%。因此在現(xiàn)有污泥機械濃縮和脫水設施之間，增設污泥重力濃縮池，通過低能耗的重力沉淀方式降低污泥含水率，同時起到減少藥劑投加和調蓄穩(wěn)定作用。 

國內尚無污泥干化焚燒專用的煙氣排放標準，設計時可參照的是《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2001）。石洞口現(xiàn)狀采用的“半干法噴淋+布袋除塵”工藝已能滿足上述標準。但考慮到污泥和垃圾成分的區(qū)別、焚燒爐型的區(qū)別、以及環(huán)境標準提高的預期，煙氣處理系統(tǒng)參照了較為嚴格的歐盟標準，采用了“旋風除塵+半干法噴淋+布袋除塵+脫酸洗滌+再熱”較為完整和高效的煙氣處理工藝。

干化機是整個工程的核心設備，可選的機型包括流化床、圓盤式、薄層、帶式、轉鼓式、槳葉式等，其中流化床和槳葉式在國內已有較多成熟應用。因此老線流化床干化考慮改造后保留，而新線推薦采用熱效率較高、安全性較好、占地面積較小、國內已有成熟應用的槳葉式干化機。

目前國內外用于污泥焚燒的爐型有立式多膛爐、回轉窯焚燒爐、循環(huán)流化床焚燒爐和鼓泡流化床焚燒爐。鼓泡流化床因其熱容量大、能適應污泥含水率和污泥量變化、燃燒穩(wěn)定且充分、內部無運動部件、運行維護簡單等優(yōu)點，是目前主流的污泥焚燒爐型。因此本工程采用鼓泡流化床形式的焚燒爐。

由于實際脫水污泥含水率在80%左右，遠未達到原設計的70%，造成現(xiàn)狀干化設施實際處理能力偏小，從而限制了整個工程的處理能力。因此在新線設計時，在對現(xiàn)狀脫水污泥含水率進行統(tǒng)計分析的基礎上選用了80%，并且在干化機配置上留有余量。

石洞口實際運行中發(fā)現(xiàn)，污泥的含砂量較高，流化床干化機內換熱面的磨損相當嚴重，是設備故障和影響產量的主要因素。因此，新線設計中考慮對干化機換熱面進行碳化鎢耐磨噴涂。

老線采用半干法+布袋除塵器的煙氣處理工藝已不能滿足新的焚燒煙氣排放標準，因此新線設計時選用了完善的煙氣處理工藝，能夠滿足現(xiàn)行最嚴格的上海市地方標準。

本工程工藝系統(tǒng)主要由污泥濃縮脫水系統(tǒng)、污泥儲運系統(tǒng)、污泥干化系統(tǒng)，污泥焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等組成。工藝流程見圖1。

石洞口污水處理廠污泥經機械及重力濃縮后離心脫水，脫水污泥送濕污泥料倉貯存；吳淞、桃浦兩廠的脫水污泥車運至石洞口廠，卸至地下式接收倉后泵送至濕污泥料倉。料倉內的脫水污泥送至干化機干化處理后，送入流化床污泥焚燒爐進行焚燒。焚燒產生的熱量通過余熱鍋爐生產蒸汽回用于污泥干化。焚燒產生的煙氣經“噴尿素（SNCR）+旋風除塵+半干法噴淋脫硫+袋式除塵（前噴活性炭和消石灰）+濕式洗滌+煙氣再熱”處理后通過煙囪達標排放。余熱鍋爐、旋風除塵器和半干脫酸塔產生的灰渣按一般廢棄物處置，布袋除塵器截留粉塵及廢棄布袋按危險廢物處置。外加熱源是石洞口發(fā)電廠提供的廢熱蒸汽，熱媒采用蒸汽。

污泥濃縮脫水系統(tǒng)主要對本廠產生的剩余污泥進行濃縮和脫水，包括污泥機械預濃縮單元、重力后濃縮單元和脫水單元，設計規(guī)模60 tDS/d。

機械預濃縮單元利用污泥濃縮脫水機房現(xiàn)有6臺螺壓式污泥濃縮機，5用1備，單臺處理能力100 m3/h。

重力后濃縮單元新建污泥濃縮池和污泥泵房，進一步強化濃縮，降低前段預濃縮的處理負荷及加藥量，同時起到調蓄作用，利于整個污泥濃縮脫水系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。

污泥脫水單元主要對濃縮后的污泥進行脫水，進一步減小污泥體積，并將脫水后的污泥送至污泥料倉暫存。

污泥接收儲運系統(tǒng)分為接收和儲運兩個單元。接收單元主要用于接收吳淞、桃浦兩廠運至石洞口廠的脫水污泥，以及新老線調配時本廠老線轉來的脫水污泥。儲運單元主要用于儲存新增離心脫水機產生的脫水污泥及污泥接收系統(tǒng)轉輸來的污泥，并泵送至后續(xù)干化焚燒處理設施。

污泥干化系統(tǒng)用于將脫水污泥進一步干化，以降低污泥進入焚燒爐的含水率，使污泥在焚燒爐內能夠實現(xiàn)自持燃燒，包括干化單元、載氣洗滌單元和半干污泥輸送單元。 

污泥焚燒系統(tǒng)主要包括焚燒爐本體、燃燒空氣單元、輔助燃燒單元、砂循環(huán)單元、脫氮單元等。半干污泥緩存?zhèn)}中的污泥與螺桿泵輸送來的濕污泥，在污泥給料機內混合后送入流化床焚燒爐，污泥被流化的砂層托起并被迅速加熱、干化、分解和燃燒，焚燒后的灰大部分隨煙氣攜帶走，小部分大顆粒從爐底排渣口排出。煙氣在850 ℃以上停留超過2 s。 

余熱回收系統(tǒng)主要用于回收高溫煙氣的余熱，包括余熱鍋爐、給水單元、空氣預熱器等。高溫煙氣在余熱鍋爐內由850～900 ℃降至250 ℃左右，同時產生蒸汽回用于污泥的干化。 

煙氣處理系統(tǒng)主要包括旋風除塵器、半干脫酸塔、布袋除塵器、濕式洗滌塔、煙氣再熱器、引風機和煙囪等單元，將煙氣處理達標后高空排放。

本工程采用了干化焚燒工藝處理污泥，能夠實現(xiàn)徹底的穩(wěn)定化、減量化和無害化，是一種適合大型城市污水處理廠污泥處理的方式。補充熱源是污泥干化焚燒工程運行成本的最大組成部分，需要因地制宜地選擇經濟和穩(wěn)定的熱源，供給可靠的熱電廠或者垃圾焚燒廠產生的廢熱蒸汽是理想的選擇。污泥干化程度是干化焚燒工藝的重要參數，通過能效、經濟、安全性和設備選擇等多方面比較，30%～40%的含水率是比較合適的設計參數。后混的入爐方案能更好地應對污泥含水率和熱值波動，保證焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定、經濟地運行。老線運行現(xiàn)狀表明脫水污泥含水率對污泥干化焚燒工程的設計至關重要，應當盡可能采用低能耗的方式，降低進入干化焚燒系統(tǒng)前污泥的含水率，以提高干化焚燒系統(tǒng)的效率，同時干化機的配置要留有余量。本工程通過完整高效的煙氣處理系統(tǒng)設計，分類收集一般飛灰和危險飛灰，滿足不斷提高的環(huán)保要求的同時降低運行成本。