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    熱點 | 美國污泥焚燒項目汞都不達標是真的嗎?

    分類:固廢觀察 > 污泥治理    發布時間:2022年3月9日 8:59    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:

    污泥焚燒目前依然是很多大城市解決污泥的一個很重要的手段,因為減量化最明顯!當然,隨著提質增效等工作的推進,希望污水廠進水濃度進一步增加之后,污泥的有機質也能有所提高,再結合厭氧消化等工藝的應用,做好污泥的減量化同時,加大資源化利用。

    污泥焚燒的話題這兩年一直很熱,支持者和反對者似乎都有充足的理由。

    反對者最早擔心二噁英的,隨著科普的增多,實際運行的污泥焚燒廠實測數據的公布,逐漸打消了很多人關于二噁英的擔憂。

    目前聽到的很多是關于污泥焚燒后重金屬的排放,擔心重金屬進入環境后影響公眾健康。尤其是對汞的擔憂更為嚴重,因為汞的沸點相比其他的重金屬較低,通常的煙氣處理設施,對汞的去除效率也相對較低。

    理由之一是美國的污泥焚燒因為煙氣排放標準升級,對汞的限制更加嚴格,導致很多污泥焚燒廠無法滿足新排放標準。更有玄乎的傳言:美國沒有一個污泥焚燒廠能達到新的煙氣排放標準...

    咱們用事實說話!

    1. 美國污泥焚燒新標準


    2011年3月21日,美國EPA出臺了針對污泥焚燒煙氣排放的新標準(Title 40 Code of Federal Regulations (CFR) Part 60 – Standards of Performance for New Stationary Sources and Emissions Guidelines for Existing Sources: Sewage Sludge Incineration Units; Final Rule),要求所有的已建成的污泥焚燒廠和新建焚燒廠執行新的排放限值。新標準將于2016年3月21日正式生效。屆時,除非項目所在州有提前批準的州計劃,其余所有的污泥焚燒廠,都將按照新的排放標準執行。

    該標準針對不同的污泥焚燒爐執行不同的排放限值,主要是多膛爐和流化床焚燒爐兩種類型。MHI:多膛爐;FBI:流化床焚燒爐

    對流化床焚燒爐來說,新標準針對已建成項目和新建項目的排放要求也不一樣。以汞為例,已建成項目的新排放標準為0.037mg/dscm,新建項目的新排放限值更嚴,為0.001mg/dscm。

    相比而言,流化床焚燒爐執行的標準比多膛爐執行更加嚴格的煙氣排放標準。主要是多膛爐燃燒污泥,空氣過量系數更大,同樣的污泥量,若采用多膛爐焚燒后煙氣量更大,如果執行同樣嚴格的標準,則煙氣處理費用非常高。

    現在主流的污泥焚燒多采用流化床焚燒爐,主要是其空氣過量系數小,煙氣處理費用較低。


    1. Southerly污水處理


    Southerly污水廠最早于1967年8月14日投入運行,是俄亥俄州東北部地區(NEORSD)的三個污水處理廠中最大的一個。目前平均日處理量125MGD(約為47萬噸/天),峰值處理能力400MGD(約為150萬噸/天),另外該污水廠還可以通過一級處理單元處理多達335 MGD(126.8萬噸/天)的雨水。

    處理工藝:一級曝氣系統——活性污泥

    旱季時兩級工藝串聯使用,但是若一級系統處理達到最大負荷400MGD時,多余的來水直接進入二級單元進行處理。

    初沉池污泥經重力濃縮為含固率47%的污泥,二沉池的剩余污泥也送至重力帶式濃縮機濃縮為含固率5-7%的污泥。

    濃縮后的初沉污泥直接送進1個污泥存儲池,濃縮后的剩余污泥被送進另外5個污泥存儲池。兩種污泥同時送至脫水機房進行脫水。

    脫水設備共有9臺離心脫水機,脫水后直接送至3個脫水污泥收集池(三臺離心機對應一個脫水污泥收集池),然后通過6臺柱塞泵(每個脫水污泥收集池對應2臺)直接送進3個流化床焚燒爐中進行焚燒(每臺處理能力100噸干泥/天)。


    2. Southerly污泥焚燒


    Southerly污泥焚燒廠,最早采用多膛爐焚燒污泥,在2009年開始,計劃用3臺循環流化床焚燒爐取代了原有的4臺多膛爐焚燒爐,以提高焚燒效率和降低成本。

    處理流程包括:流化床焚燒爐——一級換熱器(用于加熱余熱流化風、余熱鍋爐產生蒸汽)——二級預熱器(用于煙氣控制、飛灰處理、輔助系統、發電裝置等)——煙氣處理系統。

    該污泥焚燒廠,采用蘇伊士的Thermylis流化床焚燒爐,直接焚燒脫水污泥(72%含水率),無需輔助染料助燃,每年可通過余熱回收發電1.2MW。

    污泥焚燒工藝流程大致如下:

    2014年的煙氣排放檢測數據顯示,煙氣中的污染物主要是汞和SO2無法滿足2016年生效的新標準排放限值,以下每個數據都是三次測試的平均值:

    從2011年1月至2014年6月收集數據看,污泥中的重金屬汞的平均含量為0.57mg Hg/kg 干泥,最大為0.99mg Hg/kg干泥,標準方差為0.14mg Hg/kg干泥。

    根據運行數據的預測,污泥經流化床焚燒爐焚燒,經原有煙氣處理系統處理后,煙氣中的汞含量見下圖(已折算為含氧量7%的標態),與新標準要求仍有一定差距:

    如果不增加側重于汞去除的強化排放控制措施,在2016年3月新排放標準生效之后,污泥焚燒廠很可能因無法滿足新標準而喪失焚燒污泥的許可證。一旦這樣,污水廠將需要重新制定相關計劃,以便將污泥送去填埋。污水廠主管單位認為填埋不僅成本高昂且不可持續。因此對煙氣處理系統進行升級成為了比較可行的方案。


    3. 重金屬汞的控制


    煙氣檢測的數據顯示,除了重金屬汞和SO2外,重金屬鎘Cd也有個別的處理線在個別時間少量超標。SO2和重金屬鎘主要通過濕式洗滌塔的改進進行解決,本文不做詳細介紹。

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    汞的來源

    污泥焚燒的煙氣中的汞來自污水處理,大多數重金屬可通過飛灰的去除、以及濕式洗滌和其他的單元中去除,重金屬汞則可通過以下三種形式存在于焚燒過程中。

    顆粒汞:飛灰和顆粒物質中夾雜著汞??偣倪@一部分在濕式洗滌器中被除去,并與其他金屬和顆粒一起被送到飛灰儲罐??偣兄挥泻苄〉囊徊糠忠赃@種形式存在。

    元素汞:汞通過燃燒變成揮發態。由于氣態元素汞在后續煙氣處理過程中冷卻,它可能與煙氣中的其他成分發生反應,形成氧化氣態汞。這種形式的汞可溶于水,在濕式洗滌器中可以去除一部分。

    氧化氣態汞:被廢氣成分氧化的單質汞,如鹵素(氯、氟和溴);硫的氧化物(二氧化硫和三氧化硫);以及氮(二氧化氮)。

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    常見汞去除技術

    在大多數污水處理廠,只有一小部分元素汞被氧化。因此在焚燒過程中排放的汞中,有一部分仍以元素形式存在。盡管濕式洗滌可以捕獲一部分氧化汞,但該工藝對汞的去除效率仍較低。

    目前用于汞去除的成熟技術包括干法的粉末活性炭(PAC)噴射技術,和濕法的固定床顆?;钚蕴?GAC)吸附技術。

    1.粉末活性炭法,通常能夠去除85%左右的重金屬汞,且需要持續投加粉炭和藥劑,運行成本較高。

    2.固定床GAC吸附,對汞的去除率可超過95%,一般1-2年需要更換顆?;钚蕴?/span>

    3.SPC吸附技術,Sorbent Polymer Composite,一種利用特殊吸附材料的新型專利汞去除技術。其可以單獨作為一個裝置使用,也可以改造已有的濕式洗滌塔,將其作為濕式洗滌塔的一部分來使用。該系統采用了由SPC濾料組成的專用濾料床,可從污泥焚燒廢氣中捕獲離子態和元素態的汞。

    相比顆?;钚蕴课?,SPC吸附模塊可承受水份飽和的氣流,不需要額外的除濕器或上游的再加熱步驟。SPC吸附對汞的去除能力,與濾料床的厚度和SPC吸附模塊數量有關。與GAC吸附類似,SPC吸附也需要定期更換濾料,大約每半年更換一次,具體取決于煙氣中汞的濃度以及濾料的多少。

    在已建成項目中,采用SPC吸附比GAC吸附所需投資少,操作簡單,且更容易進行改造。


    4. 煙氣系統改造


    經過詳細的前期模擬和對比,最終決定在Southerly污泥焚燒項目中,采用SPC吸附來提高煙氣處理效果。(橫屏查看)

    2016年初,NEORSD決定在southerly污泥焚燒廠內安裝三套SPC吸附裝置(下圖)以實現煙氣處理的升級。每個SPC吸附裝置內設三層SPC吸附模塊,并預留額外2層以便今后進一步升級所用。

    改造完成后SPC吸附裝置后的運行數據顯示,三條污泥焚燒線的煙氣排放值,包括汞在內所有值均滿足新的煙氣排放限值。所有的測試均在2016年3月21日前新的煙氣排放標準正式生效之前完成。成為美國最早實現按照新煙氣排放限值運行的污泥焚燒廠。


    5. 煙氣改造后效果


    改造完成后,官方于2015年底至2016年出進行了為期三個月的尾氣測試,最終結果顯示,經過改造后,Southerly污泥焚燒廠的尾氣排放值完全滿足新標準中關于“已建流化床焚燒爐”尾氣排放的要求。下表數據中的百分數,表示實測濃度與排放限值的比例。

    后續一年的運行數據顯示,系統穩定達標。Southerly污泥焚燒廠也成為美國第一個達到新煙氣排放標準的項目,與其同期完成改造的還有辛辛那提Mill Creek污泥焚燒廠, 該焚燒廠也是由SUEZ建設。


    寫在最后:

    污泥焚燒目前依然是很多大城市解決污泥的一個很重要的手段,因為減量化最明顯!當然,隨著提質增效等工作的推進,希望污水廠進水濃度進一步增加之后,污泥的有機質也能有所提高,再結合厭氧消化等工藝的應用,做好污泥的減量化同時,加大資源化利用。

    而污泥焚燒,也會隨著經濟發展和法規的完善,發揮更大的作用。徹底解決污泥圍城問題,焚燒必不可少。而焚燒產生的煙氣污染問題,在現有的技術下,都是能解決的。

    特此感謝在美國的江瑞原先生分享的資料!


    來源 | 奔跑的環保人
    作者 | 開花的雨
    編輯 | 匡宋堯

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