污泥等垃圾衍生可再生燃料技術論文

摘要：本文通過分析國內外污泥等垃圾處理現狀，根據中國特色從技術、經濟性及可操作性等方面提出了污泥等垃圾衍生可再生燃料技術

目錄：

一、  現狀

1. 污水處理現狀

2. 垃圾處理現狀

3. 火電廠燃煤現狀

二、污泥等垃圾衍生可再生燃料技術

1.污泥等垃圾衍生可再生燃料技術介紹

2.解決通過燃料處理降低二惡英排放

3.通過燃料處理滿足衛生學指標

4.通過燃料處理降低火電廠處理二氧化硫成本

污泥石灰處理工藝

一、 現狀

1.污水處理現狀

隨著我國城鎮化水平不斷提高，污水處理設施建設得到了高速發展，據《2013-2017年中國污泥處理處置深度調研與投資戰略規劃分析報告》統計2010年我國城鎮污水處理廠已經建有2500多座，城市污水處理能力已達到每天1.22億噸，為實現國家的減排目標和水環境改善，做出了巨大貢獻。但是污水廠的建設及運行伴隨產生了大量剩余污泥，以含水率80%計，全國年污泥總產水量將很快突破3000萬噸，污泥處理形勢十分嚴峻。

由于我國污水廠在建設過程中，長期以來“重水輕泥”，我國城鎮污水處理廠基本實現了污泥的初步減量化，但未實現污泥的穩定化處理。據統計，約80%污水廠建有污泥的濃縮脫水設施，達到了一定程度的減量化;約有80%的污泥未經穩定化處理，污泥中含有惡臭物質、病原體、持久性有機物等污染物從污水轉移到陸地，導致污染物進一步擴散，使得已經建成投運的大污水處理設施的環境減排效益大打折扣。據統計，目前處置方式中，土地填埋占63.0%、污泥好氧發酵+農用約占13.5%、污泥自然干化綜合利用占5.4%、污泥焚燒占1.8%、污泥露天堆放和外運各占1.8%和14.4%。事實上，土地填埋、露天堆放和外運的污泥絕大部分屬于隨意處置，真正實現安全處置的比例不超過20%。

制約污泥處理處置設施建設的因素有很多，但國家污泥處理處置總體技術路線不夠明確是重要制約因素之一。為緩解污泥產量和污泥處理能力滯后的矛盾，我國近年出臺了一系列政策、規劃。目前，我國污泥處理的技術路線和產業政策正逐步得以明晰，產業化和市場化即將啟動。與此同時，污泥處置將越來越受到重視，污泥處置的技術、政策及運作方式在不久的未來將所有突破。據預測，“十二五”期間污泥處理處置投資將達600億元，比“十一五”翻了近一番。污泥處理處置行業在政策推動下有望進入快速增長階段。

2.垃圾處理現狀

當今,我國城市的規模正在“攤餅式”的向周邊不斷擴張.周圍的大量郊縣、郊區等被納入市區,同時隨著人口流動的速度的加快,城市聚集了大量的要素,給城市的發展帶輸入了新的“血液”,而近些年,這些要素甚至超過城市本身所能容納的量,也就造成了各種“城市病”,這是城市垃圾處理也逐漸為人們所注意.就我國城市垃圾處理現狀來說,人們的垃圾分類意識極弱,處理設備相對落后,政府政策支持不足等。目前我國采用的城市垃圾處理與資源化技術主要是衛生填埋、堆肥、焚燒與無害化綜合處理等技術方法。

垃圾填埋處理：操作簡便、投資較小、費用低、見效快、處理量大，但真正得到無害化處理的僅占13%。同時填埋方式存在著永久性占用大量土地、產生的沼氣對大氣污染嚴重等問題。

堆肥處理：工藝簡單，使用機械設備少，投資少，操作簡單。運行費用低，但同時也存在堆肥質量不高、堆肥篩上物未得到處理和氣味及污水對周圍環境影響較大，如臭味、蚊蠅難以控制等因素，其應用也受到一定限制。目前由于城市垃圾缺乏有效的分類收集，不能有效的將廚余物等有機質分離出來，用于堆肥的垃圾原料含有玻璃、塑料、甚至電池等有毒有害垃圾。堆肥產品質量不高，肥效低，銷路不暢，嚴重制約著垃圾堆肥處理的發展。目前許多堆肥場都面臨著關、停的困境。解決堆肥問題的關鍵是必須實現有機垃圾的分類收集。

焚燒處理：焚燒在我國發展較慢，目前，制約我國城市生活垃圾焚燒處理發展主要因素是建設投資與運行費用，可靠、實用的國產化焚燒處理技術以及垃圾特性。其中資金短缺是關鍵因素。所開發的技術類型既有發達國家幾十年前就淘汰的落后焚燒技術，也有直接還應用較少的不成熟的焚燒技術，其中燃燒中二惡英的控制沒有很好的解決。煙氣排放無法達標，甚至沒有有效的煙氣處理系統，余熱基本未有效利用。國外先進的焚燒處理技術是建立在完善的垃圾分類收集基礎之上，在我國很難發揮作用。

3.火電廠燃煤現狀

隨著我國經濟的飛速發展，生產生活中的電力需求不斷上升，致使我國一次能源消耗呈現逐年遞增的趨勢，由2005年的2188.6萬噸到2010年的3437.9萬噸，五年內增長了57.1%，而預計到2050年我國一次能源需求量將達到6657.4萬噸，成為名符其實的能源消耗大國，而隨之所帶來的環境污染尤其是大氣污染問題，將對我們人類的生存和居住環境帶來越來越嚴重的影響。其中危害量最大、影響范圍最廣的無疑是二氧化硫和氮氧化物，二者都是酸雨危害的貢獻者，很大程度上影響了我國的酸雨類型以及污染地區，同時由于其復雜的化學性質，還會造成光化學煙霧的產生，溫室氣體含量升高，臭氧層破壞以及空氣中PM2.5含量的增加等一系列環境問題。因此必須高度重視電力行業對大氣污染的貢獻率，尋求進一步的解決方案以確保電力行業在我國經濟體系發展中呈現可持續發展的良性循環勢頭。

近十年，國家對二氧化硫排放實施了嚴格的控制指標，加大了排放控制力度。截止2010年，全國納入重點調查統計范圍的電力企業2386家。其中，獨立火電廠1642家，自備電廠744家。獨立火電廠共消耗燃料煤16.6億噸，占全國工業煤炭消耗量的49.2%。二氧化硫排放量為835萬噸，比上年減少4.8%，占全國工業二氧化硫排放量的44.8%。各省份也都對火電廠進行了整改治理，其中獨立火電廠二氧化硫排放量大于50萬噸的省份依次為山東、山西、內蒙古、河南和江蘇，占全國獨立火電廠二氧化硫排放量的37.3%。獨立火電廠共安裝了3266套脫硫設施，比上年增加134套。去除二氧化硫1900萬噸，比上年增加35.0%;二氧化硫去除率達到69.5%，比上年升高7.9個百分點。

煤矸石發電：主要用洗中煤和洗矸混燒發電。中國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物（發熱量每公斤約2000大卡）發電。生產出來的粉煤灰主要供應混凝土生產企業原料和水泥廠原料。日本有10多座這種電廠；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發熱量為3500大卡；火力不足時,用高燃料助燃。德意志聯邦共和國和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發電。

二、污泥等垃圾衍生可再生燃料技術

1.污泥等垃圾衍生可再生燃料技術介紹

根據火電廠對低值燃料要求，對污水廠污泥等垃圾采用石灰法脫水、殺菌、除臭，添加煤末、焦炭末等高燃燒值低附加值產品生成可再生燃料供火電廠鍋爐使用，達到垃圾無害化、減量化、資源化處理。

工藝流程圖：

2.通過火電廠燃料處理降低二惡英排放

“二惡英”，常以微小的顆粒存在于大氣、土壤和水中，主要的污染源是化工冶金工業、垃圾焚燒、造紙以及生產殺蟲劑等產業。目前認為主要有三種途徑：1.在對氯乙烯等含氯塑料的焚燒過程中，焚燒溫度低于800℃，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二惡英。燃燒后形成氯苯，后者成為二惡英合成的前體；2.其他含氯、含碳物質如紙張、木制品、食物殘渣等經過銅、鈷等金屬離子的催化作用不經氯苯生成二惡英。3.在制造包括農藥在內的化學物質，尤其是氯系化學物質,象殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑（美軍用于越戰）、多氯聯苯等產品的過程中派生。

日常生活所用的膠袋，PVC（聚氯乙烯）軟膠等物都含有氯，燃燒這些物品時便會釋放出二惡英，懸浮于空氣中。聚氯乙烯(PVC)對垃圾焚燒中二惡英排放的影響一直是討論的焦點，過去的研究結果中有人認為PVC容易形成二惡英，也有人認為PVC對二惡英沒有影響，這兩個觀點各占一半。近年來對PVC對二惡英的影響一致的觀點為，垃圾中PVC重量百分比低于1%時可以認為對形成二惡英影響不大，由于無機氯的存在，從垃圾中挑選出PVC不能有效降低二惡英排放。

當垃圾中PVC重量超過1%時需要考慮挑選出PVC.垃圾和高熱值的燃料混燒，如和煤、石油焦等工業廢物混燒有望降低二惡英的排放，因為高熱值成分加入可以使燃料燃燒穩定，提高爐膛內溫度，從而分解二惡英。目前有些發達國家正在開發垃圾衍生燃料的燃燒技術(RDF),RDF燃燒比一般垃圾的二惡英排放減少，因為一般垃圾經過磁選和分選后，垃圾中金屬含量降低。經過切割和成型作成RDF后，RDF尺寸比較均勻，適合燃燒，同時可以在RDF中添加一些二惡英抑制劑，以抑制二惡英形成。

   考慮中國垃圾熱值較低的實情，實際專用垃圾焚燒處理電廠爐膛溫度一般很難達到850℃以上，造成二惡英排放含量偏高。產生二惡英的溫度在270～420范圍內，在705度以下非常穩定，在850以上幾乎100%分解。所以，避開270～420的溫度段，即可避免大量二惡英產生，加熱到850度以上，二惡英就幾乎不存在了。由于現有的火電廠鍋爐燃燒溫度一般均在1000°以上，在此條件下二惡英幾乎100%分解，避免了由于專用垃圾焚燒處理電廠爐膛溫度太低產生二惡英不能分解的情況。

4. 通過燃料處理滿足衛生學指標

①殺菌。溫度的提高和pH值的升高可以起到殺菌的作用，從而保證污泥在利用或處置過程中的衛生安全性。

②鈍化重金屬離子。投加一定量的氧化鈣使污泥呈堿性，可以結合污泥中的部分金屬離子達到鈍化重金屬離子的效果。

5. 通過可再生燃料添加使用降低火電廠處理二氧化硫成本

由于煤是不可再生資源，出于國內實際煤炭情況與成本考慮，所以在中國的電廠里一般使用劣質煤，一般都是含硫量較大。由于污泥等垃圾衍生可再生燃料過程中添加了石灰，而世界各國(如德國、日本等)在大型火電廠中,90%以上采用濕式石灰石/石灰—石膏法煙氣脫硫工藝。目前,石灰石/石灰法是世界上應用最多的一種FGD工藝,對高硫煤,脫硫率可在90%以上,對低硫煤,脫硫率可在95%以上。污泥等垃圾衍生可再生燃料過程中添加了石灰，減輕了火電廠脫硫壓力。

6. 通過可再生燃料添加使用獲得國家政策支持

由于火電廠鍋爐可再生燃料添加使用，火電廠可以根據國家對于使用可再生燃料發電政策，獲取國家相關新能源政策的支持。具體體現在：可申請多發電指標、申請國家及各省新能源補助等。

7. 利用現有火電廠資源，大大節省處理投資成本，降低處理費用

由于利用現有火電廠處理污泥等垃圾衍生的可再生燃料，不用新建專用的垃圾焚燒發電廠來處理，避免了過去的“處理設施投資大，處理費用高”情況，使污泥等垃圾處理具有費用低廉，可延續性。避免過去那種已建成的垃圾焚燒發電廠很多不能正常運轉，投訴多，要不時開時停，要不只開部分生產線，有的干脆全停了，根本達不到當初的美好愿望。

8. 整體投資成本低、運行費用低廉、三方收益，具有良好的市場前景

根據蘭州市政府在蘭州市西固電廠試運行情況看：

      政府負責協調火電廠，給予污泥處理廠政策支持，按每噸支付120元污泥處理費用。不用為垃圾焚燒廠投資運行買單，不用擔心環境污染；

     火電廠通過使用可再生燃料獲得國家政策支持，降低處理二氧化硫費用，為傳統能源企業探索了一條與新能源結合的新路子；

     污泥處理廠通過探索，找到了一條低費用市場化處理污泥等垃圾衍生可再生燃料技術的新路子，投資回報有了保證。

9. 結束語

污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。一種有效的污泥處理處置方法，必須根據我國實際情況，同時兼顧到環境生態效益、社會效益和經濟效益的均衡，才能有效實施下去。