隨著我國城鎮化率不斷提高，城市生活污水量與日俱增，污泥產量也快速上升。當前，針對城市污水污泥的處理方法主要包括衛生填埋、生化轉化（厭氧消化、好氧發酵）和焚燒（獨立焚燒、協同焚燒）等。其中，衛生填埋受制于土地資源的有限性，并存在污染土壤和地下水的隱患，會逐步減少應用。生化轉化方法存在設備投資高、占地面積大、反應時間長等缺陷。污泥焚燒工藝近年來發展迅速，是比較適合我國國情的污泥處置方式之一。其中，污泥獨立焚燒系統占地面積小、可就地處理，但由于污泥熱值很低，需要額外增加大量助燃燃料，燃燒過程會產生較多煙氣污染物。污泥協同焚燒是指將熱值較低的污泥和生物質、垃圾、煤炭等熱值較高的物質一起燃燒，其對助燃燃料的消耗和產生的煙氣污染物比獨立焚燒少，但是受地域限制，難以直接就地處理。作為傳統焚燒工藝的升級，污泥熱解氣化技術是未來污泥處置的重要發展方向。污泥熱解氣化既具有污泥焚燒徹底減量化的突出優勢，又具有NOx、SOx和重金屬等遠低于焚燒污染物排放的特點，被認為是第三代固廢處理處置清潔燃燒技術。

以湖北省鐘祥市的污泥處置項目為例，全面介紹了項目概況、工藝特點和運行效果。該項目采用雙流閃蒸干化耦合流化床熱解氣化工藝，將旋風閃蒸干燥技術與流化床氣化燃燒技術有機結合，形成一個封閉的污泥閃蒸干化耦合熱解氣化系統，實現全流程封閉生產，極大提高了污泥熱法處理效率，降低了運行成本和投資費用。在旋風干燥技術的基礎上，結合流化床、噴動床原理開發了污泥氣流流化裝置，實現高含濕污泥流態化和霧化，將閃蒸干燥和旋風干燥有機結合形成高低溫都適用的污泥干燥技術。對該項目近5年的穩定運行情況進行總結，可為城市污水污泥的高效處置和資源化利用提供新思路、新技術和示范案例。

1、項目概況

鐘祥市城市污水處理廠污泥處置項目位于南湖經濟開發區第一污水處理廠，生產區占地約2000m2，主要負責處置鐘祥市第一污水處理廠、第二污水處理廠以及12個鄉鎮污水處理廠產生的污泥。該項目于2017年10月開工建設，2018年11月建成投產，至今已穩定運行5年。該項目設置了生物質和濕污泥進料收儲系統、干燥系統、熱解氣化系統、灰渣系統、尾氣凈化和除臭系統、給排水消防、暖通、電氣控制系統及檢修、辦公等附屬設施，處置含水率為80%的污泥120t/d，經干燥后污泥含水率約30%，經氣化爐及二次燃燒后可實現污泥減量約90%以上，灰渣量約10t/d。處理后的尾氣可以達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014）。污泥熱解氣化后的灰渣滿足《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T25031—2010）要求，可作為制磚原材料，實現灰渣的最終消納處置。

2、工藝流程及特點

2.1 工藝流程

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化的工藝流程見圖1。

污水處理廠車載運來的含水率80%的污泥經過地磅計量后卸入地下接料倉，用螺桿泵送入干燥機進料倉，再經進料倉喂料螺旋均勻給料至雙流閃蒸干燥機，干化后的污泥含水率由80%降至30%以下。雙流閃蒸干燥機由底部旋風流化器和上部旋風干燥塔體組成。旋風流化器為污泥霧化裝置，污泥由螺旋輸送機送入旋風流化器中心筒，被流化風機切向進入的高速氣體旋流霧化后帶入上部旋風干燥塔內；氣化系統產生的高溫熱煙氣在旋風干燥塔與霧化污泥接觸進行傳熱傳質，在3~6s內水分被快速蒸發，干燥煙氣向上夾帶干污泥進入旋風除塵器和布袋除塵器進行泥氣分離。

干燥后干污泥被煙氣夾帶至旋風除塵器、布袋除塵器攔截收集后，經刮板輸送機送入干污泥倉，經倉底螺旋輸送機送入內回旋式流化床進行氣化，在流化床內于700~800℃還原性氛圍下發生熱解、氣化等反應，污泥的有機質被轉化為H2、CO、CH4等可燃性氣體，經旋風分離后可燃氣進入二燃室燃燒，產生的高溫熱煙氣進入干燥機進行濕污泥干燥，從而充分利用污泥有機質轉化的熱能。當污泥氣化燃燒后產生的熱量無法滿足污泥干燥需求時，采用生物質作為輔助燃料。氣化爐產生灰渣經冷卻降溫后送入灰渣倉內暫存，定期外運至制磚廠、水泥廠等單位作為原料。

污泥干化過程產生的蒸汽、尾氣通過旋風分離器和布袋除塵器分離干污泥后，經冷凝器冷卻，再進入直接式噴淋塔，噴淋塔循環水定期排入污水管網。不凝氣體（主要是一些惡臭氣體）和污泥貯存產生的臭氣收集后，經過生物除臭達標排放。熱解氣化固渣可用于土壤改良和建材利用。

2.2 物料和能量平衡

該項目污泥干化補充熱量來源于生物質成型燃料，經過分析污泥有機質含量約40%~60%，熱值為3350~8372kJ/kg，設計采用污泥干基熱值約5800kJ/kg；生物質成型燃料主要原材料為稻殼、秸稈、木屑等，為壓實柱狀，易破碎。破碎后物料含水率為10%以內，具有較高熱值（干基低位發熱量約14650kJ/kg）。設計采用稻殼生物質成型燃料作為補充能源，經計算需補充量為濕污泥量的10.0%~12.5%。經能量核算，單獨處置干燥1t含水率為80%的污泥，需消耗熱量2377982×104kJ（已計算干燥機效率、排煙損失、灰渣熱、機械不完全燃燒損失和系統散熱損失），污泥干燥后自身可提供845542×104kJ熱量，需額外補充有效熱量1532440×104kJ，即補充生物質125kg，占單位濕污泥量的12.5%，生物質有效利用熱量占76.5%（已計算排煙損失、灰渣熱、機械不完全燃燒損失和系統散熱損失）。污泥和生物質協同氣化焚燒系統灰渣熱損失、機械不完全燃燒損失和散熱損失約10%。最終處置產生灰渣為10~12t/d，可用作園林綠化基質或建材原料。系統物料和能量平衡見圖2。

2.3 工藝優勢

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化技術將閃蒸干燥、氣化焚燒兩個獨立的系統進行有機結合，形成獨具特色的污泥處理工藝，實現了污泥自身能量的循環利用，氣化后灰渣可作建材原料。該工藝選址靈活，是一種先進的污泥處置技術。

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化新技術的工藝先進性及優勢主要體現在以下方面：

①將旋風閃蒸干燥技術與流化床氣化燃燒技術有機結合，形成一個封閉的污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化系統，進而實現全流程封閉生產，提高污泥處理效率，降低運行成本和投資費用。

②開發了流化床污泥與生物質協同氣化技術，并結合旋風爐對生物質燃氣進行二次燃燒，釋放污泥和生物質熱能。流化床氣化效率高、靈活性強、能源利用率高；熱力系統為負壓燃燒，安全性好；采用內循環流化床技術氣化強度高，熱效率高達85%以上，灰渣含碳量低于5%。

③在旋風干燥技術的基礎上，結合流化床、噴動床原理開發污泥氣流流化裝置，實現高含濕污泥流態化和霧化，將閃蒸干燥和旋風干燥有機結合形成高低溫都能適用的污泥干燥技術。采用氣流霧化技術大大提高了污泥熱交換表面積，干燥段熱效率高達95%以上；閃蒸換熱避免了污泥干燥過程中黏滯性導致設備換熱效率低的問題；設備自帶污泥干化含水率調節措施，大大提高了干燥污泥粒徑分布的均勻性和干污泥含水率的可調性。

3、運行效果分析

3.1 污泥特性

該項目進泥含水率為80%~83%，低位發熱量為6500kJ/kg。污泥特性見表1。

3.2 污泥干化

干化系統由閃蒸干燥機、流化風機、布袋除塵器、干燥引風機、干污泥螺旋輸送機等設備組成。閃蒸干燥機出口溫度隨時間的變化情況見圖3。

可見，含水率80%的濕污泥進入閃蒸干燥機后，污泥干化過程非常平穩，干燥機出口溫度隨時間波動性小，可連續平穩地實現濕污泥干燥。

3.3 流化床氣化

污泥從閃蒸干燥機排出經布袋分離后，由螺旋輸送機、刮板輸送機、干污泥倉進入流化床氣化爐。由于污泥熱值低，需添加生物質成型燃料作為輔助燃料，生物質熱值約14650kJ/kg。流化床氣化爐內溫度隨時間的變化見圖4。可見，在干污泥熱解氣化過程中流化床運行穩定，反應區溫度維持在700~750℃，床內溫度場分布均勻。

3.4 灰渣成分檢測

污泥氣化灰渣從旋風分離器排出，灰渣中的重金屬等成分檢測數據見表2。灰渣中的重金屬及其他有害物質的含量均低于《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T25031—2010）的標準限值，能夠作為制磚原料實現污泥灰渣的資源化利用。

3.5 煙氣污染物排放

污泥熱解氣化后的煙氣經1套布袋除塵器-噴淋洗滌裝置-生物除臭裝置-活性炭裝置處理后，通過排氣筒（高度為21m）排放至大氣。廢氣排放口的尾氣檢測結果見表3。可見，處理尾氣滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014）生活垃圾焚燒爐排放煙氣中的污染物限值以及生活污水處理設施產生的污泥、一般工業固體廢物專用焚燒爐排放煙氣中二口惡英的標準限值。

3.6 運行成本分析

該項目直接運行費用包括生物質成型燃料、水、電、人工、藥劑等，其中生物質占比高達50%以上。生物質添加量約為120~130kg/t濕污泥（含水率80%），受污泥有機質含量、含水率、熱值的影響較大。采用農林廢棄物制成的生物質成型燃料售價約800元/t，污泥處置生物質燃料費用約80~96元/t；電耗約60kW·h/t濕污泥，電價為0.75元（/kW·h），污泥處置電費約45元/t。該項目位于污水處理廠區內，設備冷卻及洗滌用水采用中水，水費不計；總直接運行費用為180~200元/t，可見經濟優勢顯著。

4、結語

污泥閃蒸干化耦合流化床熱解氣化技術既具有污泥焚燒工藝最大程度減量化、無害化的特點，又能較大程度地減少污染物的排放，克服傳統焚燒工藝尾氣處理復雜的問題，還可以靈活選址、就地處理。該工藝在鐘祥市城市污水處理廠污泥處置項目中連續平穩運行5年，證明其可行性和經濟性，為解決我國污泥清潔高效處置提供了一條新途徑。