污泥單獨焚燒工藝在上海的演變發展
從上海三大片區部分污泥處理工程工藝演變情況來看，在填埋受限、土地利用及建材利用工藝路線不暢的情況下，污泥的焚燒工藝成為必選方案。介紹了上海三大片區部分污泥工程概況，從國內外環保標準、碳排放、資源回收等角度分析了污泥單獨焚燒工藝路線是我國污水處理廠污泥處理必選方案之一，最后對污泥焚燒工藝的發展趨勢進行了展望。
01 政策背景
《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》闡明了國家戰略意圖，明確了政府工作重點，是全國各族人民共同的行動綱領。在其“第三十八章”之“第二節 全面提升環境基礎設施水平”中明確“推廣污泥集中焚燒無害化處理，城市污泥無害化處置率達到90%”。
國家發展改革委、住房和城鄉建設部于2020年7月28日聯合印發的《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》（發改環資〔2020〕1234號）中明確“限制未經脫水處理達標的污泥在垃圾填埋場填埋，東部地區地級及以上城市、中西部地區大中型城市加快壓減污泥填埋規模。在土地資源緊缺的大中型城市鼓勵采用‘生物質利用+焚燒’處置模式”。
02 上海市污水污泥處理處置規劃發展
2010年5月，上海市水務局“關于印發《上海市城鎮排水污泥處理處置規劃》的通知”中指出：“我局依據上海市城市總體規劃和污水處理系統專業規劃，結合本市經濟社會發展實際，借鑒了國內外部分大城市的相關經驗，組織編制了《上海市城鎮排水污泥處理處置規劃》。規劃經過了專家評審，征詢了相關部門意見，進行了環境影響評價，于2009年9月報送市政府并取得同意”。規劃明確了上海石洞口、竹園、白龍港三大污水處理中心片區規劃建設污泥單獨焚燒廠。
2018年12月，上海市水務局、上海市規劃和自然資源局編制的《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃（2017-2035）》中明確：石洞口、竹園、白龍港三大污水處理中心片區的污水處理廠以污泥單獨焚燒為主（見圖１），協同焚燒為輔；郊區污水處理廠以污泥干化焚燒為主，好氧發酵+土地利用為輔。
03 上海三大片區部分污泥工程工藝演變發展
3.1 石洞口片區污泥工程
本工程是亞行貸款項目。1999年7月12日，上海市環境保護局批復了石洞口城市污水處理廠工程環境影響報告書（滬環保管〔1999〕253），其中明確“污泥采用濃縮、中溫消化、脫水及干化處理的技術路線是可行的，但對于干化污泥是采用填埋、焚燒或兼作農肥，要進一步調研后確定”。同年7月形成的工程初步設計文件，對污泥消化+干化方案、污泥干化+焚燒方案等方案進行了設計與比較分析，工程最終建成了國內城鎮污水處理廠首座污泥單獨干化焚燒廠。
3.2 竹園片區污泥工程
本工程是世行貸款項目。2005年5月9日，上海市環境保護局批復了竹園污泥處理工程環境影響報告書（滬環保許管〔2005〕614），其中明確“污泥實施消化、脫水和干化處理工藝，并將干化污泥進行土地綜合利用”。但2008年12月24日，上海市環境保護局批復了竹園污泥處理工程調整的環境影響報告書（滬環保許管〔2008〕1342），其中明確“項目擬采用干化焚燒工藝。項目建設符合上海城市發展規劃總體目標的要求，符合污水規劃確定的污泥處理要求，有利于實現節能減排的目標，對于促進上海市走可持續發展的道路具有積極意義”。
3.3 白龍港片區污泥工程
2014年1月26日，上海市發展和改革委員會核準批復上海建筑材料（集團）總公司和上海聯合水泥有限公司合資建設上海建材資源綜合利用示范基地項目（滬發改產〔2014〕4號），其中明確“建設×2×4 000 t/d協同處理城市污泥及廢棄物的新型干法水泥生產工藝線；年協同處置城市污泥53萬t；項目節能評估已獲國家發展改革委批復（發改辦環資〔2013〕2745號）；項目環評已獲國家環保部批復（環審〔2012〕17號）；項目建設用地預審已獲國家國土資源部批復（國土資預審字〔2013〕280號）；項目碼頭工程總平面圖相關技術要求已獲交通運輸部長江口航道管理局批復（交長管航〔2012〕124號）”。但在2017年1月24日，上海市發展和改革委員會批復同意建設白龍港污泥處理二期工程（滬發改環資〔2017〕7號），原則同意污泥處理采用污泥脫水至含水率80%，通過外加熱源進一步干化至含水率30%~40%后焚燒的處理工藝。
3.4 上海三大片區上述污泥工程工藝演變
上海三大片區上述污泥工程工藝演變匯總見表1。
在上海，污泥穩定化后進行土地利用的工藝路線及污泥協同焚燒進行建材利用的工藝路線并不順暢。按《城鎮污水處理廠污泥處置分類》（GB/T 23484-2009），污泥處置分為土地利用、建材利用、填埋及焚燒四類。在填埋受限、土地利用及建材利用工藝路線不暢的情況下，污泥的焚燒工藝成為必選方案。
3.5 工藝演變原因分析
影響工藝演變的因素眾多，其中包括污泥本身性質、污泥處置出路穩定性、相關產業發展前景、相關行業管理部門協同需求等。以下僅從演變內因即污泥本身特性之重金屬含量方面進行相關分析。
2006至2013年間，有研究團隊曾對全國57個城市88座城市污水處理廠污泥重金屬含量進行分析。按研究分析結果，污泥中的部分重金屬含量及其相對于《城鎮污水處理廠污泥泥質標準》（GB 24188）的超標率見表2。
目前，廢水與污水同網、源頭廢水污染物濃度超標納網等問題客觀存在，污水處理產生的污泥的泥質存在諸多不確定性，這可從上述城鎮污水處理廠污泥的重金屬濃度超標中得以印證。污泥作為污水處理的產物，源頭上具有“污染物”的特性。在此情形下，加上受到污泥處置出路穩定性、相關產業發展前景、相關行業管理部門協同需求等問題的影響，污泥穩定化后進行土地利用的工藝路線及污泥協同焚燒進行建材利用的工藝路線受阻也就不足為奇了。
相反地，污泥單獨焚燒工藝相對其他污泥處理工藝而言可適應于不確定的污泥特性，同時具有減量效果最大化、末端處置需求最小化、不受制于相關產業發展前景及相關行業管理部門協同需求的綜合優勢。因此，污泥單獨焚燒至少在近階段是我國污水處理廠污泥處理的必選方案之一。
04 上海三大片區部分污泥工程概況
4.1 石洞口片區
4.1.1 污泥焚燒一期工程
石洞口污泥焚燒一期工程處理規模為64tDS/d（折合213t/d脫水污泥）,處理工藝采用流化床干化+流化床焚燒+煙氣處理，處理對象為上海市石洞口污水處理廠產生的污泥。煙氣處理執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GWKB 3-2000）和《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996)；臭氣控制執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）。
4.1.2 污泥焚燒改擴建工程
石洞口污泥焚燒改擴建工程處理規模：72tDS/d（360t/d脫水污泥）,處理工藝采用槳葉式干化+流化床單獨焚燒+煙氣處理，處理對象為石洞口、吳淞、桃浦污水處理廠產生的污泥。煙氣處理執行上海市地標《生活垃圾焚燒污泥控制標準》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）。
4.1.3 污泥焚燒二期工程
石洞口污泥焚燒二期工程處理規模為128tDS/d （640t/d脫水污泥），處理工藝采用污泥常規脫水處理+部分槳葉式干化/部分外接半干污泥+流化床單獨焚燒處理，處理對象為石洞口污水處理廠、泰和污水處理廠等產生的污泥。煙氣處理執行上海市地標《生活垃圾焚燒污泥控制標準》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執行上海市地標《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB 31/982-2016）。
4.2 竹園片區污泥焚燒工程
竹園片區污泥焚燒工程處理規模為150 tDS/d（折合750t/d 脫水污泥），處理工藝采用槳葉式干化+流化床單獨焚燒+煙氣處理，處理對象為竹園第一污水處理廠、竹園第二污水處理廠等污水處理廠產生的污泥。煙氣處理執行《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996)，二噁英達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2001)；臭氣控制執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）。
4.3 白龍港片區
4.3.1 污泥消化干化工程
白龍港污泥消化干化工程處理規模204tDS/d（折合1 020t 脫水污泥）,處理工藝采用二級濃縮+厭氧消化+脫水+流化床干化工藝，處理對象為上海市白龍港污水處理廠產生的污泥。
4.3.2 污泥焚燒工程
白龍港污泥焚燒工程處理規模486 tDS/d （折合2 430t/d脫水污泥）,處理工藝采用污泥離心脫水+流化床干化+流化床單獨焚燒處理，處理對象為白龍港污水處理廠、虹橋污水處理廠等產生的污泥。煙氣處理執行上海市地標《生活垃圾焚燒污泥控制標準》（DB 31/768-2013）；臭氣控制執行上海市地標《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB 31/982-2016）。
05 污泥焚燒工藝發展趨勢
5.1 污泥處理處置技術標準趨于合理
系統科學的污泥處理處置標準是引導污泥妥善處理處置、選取合理技術路線的重要前提。我國前些年陸續出臺了污泥處理處置相關的技術標準，為我國污泥處理處置技術的發展和提高、促進我國污泥處理處置行業的健康發展發揮了積極的作用，但不容回避的是其中個別技術標準的內容尚待商榷。以下兩項技術標準分別廢止與澄清在一定程度上反映了我國污泥處理處置技術標準總體上趨于科學合理化。
（1）《關于廢止、修改部分生態環境規章和規范性文件的決定》于2020年12月25日由生態環境部審議通過，并于2021年1月4日發布施行，其中包括廢止發布于2010年11月26日的《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環辦〔2010〕157號）。在該通知中要求“污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的將污泥運出廠界的 ,必須將污泥脫水至含水率50%以下”。
（2）2019年6月11日，生態環境部于《關于市政污泥單獨焚燒飛灰可否衛生填埋的回復》中明確：按照《國家危險廢物名錄（2016）》第八條“對不明確是否具有危險特性的固體廢物，應當按照國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法予以認定”的規定，需要對生活污水處理設施產生的污泥、一般工業固體廢物的專用焚燒爐產生的飛灰進行危險特性鑒別。經鑒別具有危險特性的，屬于危險廢物，應當根據其主要成分和危險特性確定所屬廢物類別，并按代碼“900-000-xx”(xx為危險廢物類別代碼)進行歸類管理。經鑒別不具有危險特性的，不屬于危險廢物。
5.2 污泥燃煤電廠摻燒有待嚴格規范
5.2.1 現行大氣污染物排放標準
表3列出了與燃煤電廠及污泥焚燒廠相關的國家、上海地方大氣污染物排放標準。
如上所述，《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223-2011）不適用于污泥于燃煤電廠的協同焚燒。因此，僅從燃煤電廠及污泥焚燒廠相關的國家、上海地方大氣污染物排放標準來看，鑒于電廠摻燒污泥存在的 “煙氣污染物稀釋排放”問題，污泥于燃煤電廠的摻燒有待在國家規范標準層面加以嚴格規范。
5.2.2 上海電廠摻燒污泥實踐
2019年10月，上海上電漕涇發電有限公司2×1 000MW超臨界機組摻燒城鎮污水處理廠污泥技改項目的環境影響報告表獲批(滬環保許評〔2019〕47號)。本項目擬建設在上海金山區上電漕涇發電有限公司，計劃年最大摻燒10萬t的城鎮污水處理廠污泥，機組年運行時間約230 d，摻燒比例不高于5%。項目摻燒的污泥為含水率60%的城鎮污水處理廠污泥，用密閉專用車輛運輸至電廠內煤場的地下應急煤斗，不存儲，即到即燒。該項目環境影響報告表的審批意見明確了如下內容：
（1）燃煤鍋爐污泥摻燒比不應高于 5%；嚴格落實污泥進廠要求及泥質保障措施，污泥泥質應滿足《城鎮污水處理廠污泥處置 單獨焚燒用泥質》（GB/T 24602-2009）中的相關要求。嚴禁接收固廢屬性為危險廢物的污泥進廠摻燒。
（2）污泥摻燒過程中產生的燃燒廢氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、 汞及其化合物應達到《燃煤電廠大氣污染物排放標準》（DB 31/963-2016）的要求，氯化氫、二噁英及鎘、鉈及其化合物、銻、 砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物應達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》（DB 31/768-2013）的要求。
（3）應按《上海市大氣污染防治條例》提出的要求，嚴格控制廢氣的無組織排放。加強污泥卸料及運輸過程摻燒的異味廢氣的控制，卸料區域增設植物液霧化噴淋系統，輸煤皮帶加裝防塵防臭罩，確保廠界氨、硫化氫及臭氣濃度達到《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB 31/1025-2016）限值要求。
（4）各類固體廢物應分類收集，按《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和本市有關規定要求分別妥善處理。危險廢物貯存場所設置應符合《危險廢物貯存污染控制標準》（GB 18597-2001）及2013年修改單的要求。應做好脫硫污泥的固體廢物屬性鑒別工作，并加強廢物在廠區內運輸過程的管理措施，防止存放、裝運過程中產生的二次污染。危險廢物應委托有資質單位處置。
（5）本項目技改后煙粉塵、二氧化硫、氮氧化物的總排放量不得超出排污許可證中規定的許可排放量。
在實際操作中，項目運行單位還要求接收處理的污泥收到基的低位熱值不得低于350 kcal/kg，接收處理的污泥中不能摻加生石灰，且所添加物質中不能含氯離子、氟離子及其他對后續焚燒處理有較大損害的物質。上海電廠摻燒污泥的實踐從實踐層面證明污泥于燃煤電廠摻燒有待嚴格規范。
5.2.3 上海燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標準出臺
上海于2021年6月1日起實施《燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標準》(DB 31/1291-2021)。按該標準，污泥摻燒比不應大于5%，且排放的氯化氫、汞及其化合物、鎘/鉈及其化合物、二噁英類等污染物的限值僅為《生活垃圾焚燒大氣污染物排放標準》（DB 31/768-2013）規定排放限值的1/5。該地方性燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標準的出臺，或將成為我國污泥于燃煤電廠摻燒工藝應用的重要轉折點。
5.2.4 “雙碳”研究
2021年3月18日，全球能源互聯網發展合作組織舉辦中國碳達峰碳中和成果發布暨研討會，發布了《中國2030年前碳達峰研究報告》、《中國2060年前碳中和研究報告》以及《中國2030年能源電力發展規劃研究及2060年展望》，其中提出，中國的煤電總量控制在2025年達峰，峰值為11億kW，到2030年下降至10.5億kW，到2050年下降至3億kW左右，2060年煤電裝機全部退出。在“雙碳”的大背景下，燃煤電廠的轉型勢在必行。在此背景下，盲目再行污泥的電廠摻燒必將證明是具有多重風險的。
5.2.5 污泥處理的德國實踐
在德國，隨著污泥法的施行，德國逐步轉向單獨焚燒處理，2029年基本廢棄協同焚燒處理。僅已實現磷回收的污水污泥或者僅有低含磷量的污泥（如工業污泥）才繼續適用于燃煤電廠、水泥窯、生活垃圾焚燒廠的協同處置。目前，雖然我國尚未出臺對污泥中磷回收的強制性政策文件，但我國磷礦占有量同樣較低，基于自然界中的磷平衡問題，出臺類似的污泥中磷回收強制性政策文件及技術要求僅是時間問題。在此發展趨勢下，污泥單獨焚燒處理是我國污水處理廠污泥處理必選方案之一。
5.3 碳循環與污泥單獨焚燒
按Water Environment Federation (WEF) 《Wastewater Solids Incineration Systems》，化石燃料燃燒產生的碳不是自然碳循環的一部分，可能會導致氣候變化；相反地，污水污泥是自然界中碳循環的一部分，故污泥單獨焚燒本身在理論上并不會增加大氣中的碳含量。
以下結合工程實踐，統一基于100 tDS/d的處理量，分別定量給出了常規脫水污泥(含水率按80%)在不同熱值情況下的干化焚燒熱平衡、不同含水率的脫水污泥在一定熱值情況下的干化焚燒熱平衡、常規脫水污泥(含水率按80%)在不同熱值情況下的干化焚燒系統理論碳排放、不同含水率的脫水污泥在一定熱值情況下的干化焚燒系統理論碳排放,見表4~表7。
從表4~表7可見，污泥熱值及進污泥干化焚燒系統的含水率會顯著影響系統熱平衡。其中，進系統的污泥含水率對熱平衡的影響更為顯著，在較低污泥熱值的條件下可通過降低進系統的污泥含水率實現系統的熱平衡。隨著污泥熱值的逐步提高，污泥單獨焚燒的碳排放會相應得到優化。
5.4 污泥焚燒煙氣排放標準有待顯著提高
5.4.1 國家、上海地方標準與歐美標準的對比
從表8可見，國家及上海地方關于污泥焚燒的煙氣排放標準與歐美標準相比，眾多標準的限值顯著較高，其中部分標準限值存在幾個數量級的差距。
06 結論與展望
（1）“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要明確了“推廣污泥集中焚燒無害化處理 ”。國家發展改革委與住房和城鄉建設部《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》明確了“在土地資源緊缺的大中型城市鼓勵采用生物質利用+焚燒模式”。《上海市污泥處理處置規劃（2017-2035）》延續了“污泥單獨焚燒為主”原則。
（2）國內眾多城市污水處理廠污泥重金屬及近年部分城市重金屬含量情況，加之污泥處置出路穩定性、相關協同處理產業發展前景及其行業管理部門協同需求等多因素，污泥單獨焚燒至少在近階段是我國污水處理廠污泥處理必選方案之一。
（3）發展趨勢方面：我國污泥處理處置技術標準漸趨合理，如澄清界定污水污泥焚燒飛灰是否危廢從而有助于污泥焚燒飛灰的資源化利用。工程實踐、規范標準、我國2060年前碳中和要求等表明，污泥于燃煤電廠摻燒有待在國家規范標準層面加以嚴格規范。污泥處理的德國實踐表明，污泥單獨焚燒而非協同焚燒處理是污泥處理主要發展方向。按Water Environment Federation WEF《Wastewater Solids Incineration Systems》，在碳循環方面，污泥單獨焚燒屬于自然碳循環而無碳排放增量，一定條件下可實現熱能凈零需求、甚至熱能與電能的凈零需求；相反，化石燃料的焚燒不屬于自然碳循環而存在碳排放增量。污泥熱值及進污泥干化焚燒系統的含水率會顯著影響系統熱平衡，進系統的污泥含水率對熱平衡的影響更為顯著，在較低污泥熱值的條件下可通過降低進系統的污泥含水率實現系統的熱平衡。隨著污泥熱值的逐步提高，污泥單獨焚燒的碳排放會相應得到優化。與歐美標準對比結果、多工程實踐表明，我國污泥焚燒煙氣排放標準有待顯著提高。
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