污泥焚烧和热水解 优势

污泥焚烧是污泥处理的几种方法之一，也可以说是除土地应用和填埋之外最常见的方法。这种热处理方法可以最大程度地减少污泥的体积。在许多情况下，如果使用热水解 工艺（THP）或 THP 和消化法处理作为原料的生物固体，则可以提高效率。了解这一点，并了解一些设施如何战略性地利用 THP 来改进其焚烧策略。

为什么选择焚烧处理污泥或生物固体？

选择焚化作为污泥或生物固体的出路涉及多个因素，其中地方立法往往起着关键作用。例如，荷兰和德国等国家倾向于焚烧污泥，因为这些国家对在农田中使用生物固体有广泛的限制或禁止。污泥中含有高浓度的重金属或其他有害物质，如在远东亚洲发现的污泥，也会阻碍市政当局在土地上撒播生物固体。

地形是考虑热处理的另一个因素。例如，香港多山，人口密度高，根本没有农田可用于在远离居民区的地方施用生物固体。

虽然污泥焚烧似乎是一种受法规或地点限制的选择，但它具有明显的优势：

• 使用焚化炉被视为最终处置途径，其最终产品是粉煤灰，这与使用污泥干燥机不同，后者产生的生物固体仍需要另一个处理步骤或需要进一步管理。
• 在某些情况下，可以从焚烧污泥的灰烬中获得磷（_P205），使其成为一种营养回收选择
• 焚化是一项经过几十年验证的技术，比填埋更好

尽管有这些好处，但作为一种污泥处理方法，焚化仍然面临挑战。首先，由于焚化产生的危险废物需要管理，人们对焚化的看法在很大程度上仍然是负面的。其次，由于需要投入资金和燃料，焚烧法成本高昂。监测要求也增加了运营成本。

然而，这些因素似乎并没有扼杀污泥焚化的未来，尤其是在人们越来越关注 PFAS（全氟烷基和多氟烷基物质）、其后续物质以及其他可能在处理过的污泥中持续存在的污染物的情况下。

污泥焚烧工艺简化

 图 1.典型的污泥焚烧过程。来源：Waterleau来源：Waterleau

要了解厌氧消化（AD）和热水解 对污泥焚烧的益处，首先要了解典型的污泥焚烧工艺并了解其组成部分（见图 1）。  

污泥饼的接收 和干燥

污泥焚烧厂从多个废水处理或污泥处理设施的大型筒仓中接收污泥饼或生物固体。焚烧厂通常使用拖链输送系统或饼泵，可将干固体含量为 20% 至 30% 的污泥泵入焚烧炉。

最理想的情况是接收的污泥饼是 "自热 "或 "自热 "的，这意味着污泥饼干燥到足以自燃，不需要辅助燃料来燃烧材料。然而，运抵这些工厂的污泥饼通常只有 20-25% 的干固体含量，通常不够干燥，无法自热。此类原料需要预先干燥，这在某些城市可能是一项法规要求。污泥干燥机使用的热量可来自随后的焚烧过程。

焚烧

一旦足够干燥，污泥通常会被送入流化床焚化炉，焚化炉的工作温度约为 850-950 摄氏度。

在焚烧过程中，污泥中影响能量的成分开始发挥作用，这些成分被称为挥发性固体（VS）。当污泥中碳和氢等可提供能量的挥发性固体比例较高时，自然可以从材料中提取更多的能量（热量）。

焚烧这些挥发性固体和其他污泥成分会产生热量和所谓的 "烟气"。

热回收

例如，能源回收系统接收的热量可用于涡轮机发电，而部分热量则用于污泥的预干燥。

烟气处理和飞灰回收

从焚化炉排出的烟气中含有需要处理的灰烬和其他颗粒。根据法规要求，处理可分为多个阶段，通常包括静电沉淀。

这部分通常使用气体洗涤器去除灰烬或汞等有害成分。这一步骤有三个主要产出：飞灰，填埋或用作建筑或其他行业的原材料；特殊废物，进一步处理或处置；以及处理后的气体，从烟囱排出。

通过消化和热电联产实现更干燥、富含能量的污泥

了解了这一过程后，我们就会明白，只有当要焚烧的材料足够干燥，并且作为能量来源的挥发性固体物质平衡良好时，污泥焚烧才能达到最佳效果。那么，消化和 热水解如何有助于产生高能量、足够干燥的焚烧原料？简而言之，就是提高污泥干度，为焚烧提供自热污泥。

污泥焚烧工艺表明，如果原料是自热的，即足够干燥，不需要燃料就能燃烧，则焚烧效果会更好。要使污泥自热，它需要产生的能量范围相当于每湿吨材料 1100-1500 千瓦时。然而，不同类型的污泥具有不同的能量组成。因此，它们需要不同的干燥度来达到这种自热状态。下图 2 显示了几种污泥所需的干固体含量。   

图 2.各种污泥在焚化炉中进行自热操作所需的干燥度（干固体）。资料来源康碧

未加工的混合污泥和未加工的初沉污泥需要大致相同的干固体百分比才能实现自热，而消化污泥则需要稍高的干固体百分比（DS），即 26-30%。生生物污泥或废活性污泥（WAS）需要达到与消化污泥相似的干度水平，但由于其粘性，生生物污泥无法达到这一干度水平。化学加药污泥（用于磷回收）含氧量过高，因此能量水平降低，对干燥度的要求较高。

污水处理厂的有效脱水是达到上述必要自热水平的关键。这正是热水解 发挥作用的地方。热水解 在对污泥进行压力蒸煮时，会改变材料的粘度，从而显著改善污泥的脱水性，帮助达到所需的干度水平。

下图显示了 THP 处理过的污泥与原污泥和消化污泥的能量含量对比，其中考虑到了脱水性能改善的影响。这表明，经过 THP 处理的污泥达到了焚化所需的干度水平。

 图 3.考虑到脱水性能，原污泥、消化污泥和 THP 处理污泥的能量含量。资料来源康碧

对于在消化前经过热电联产处理的污泥（第 3 栏和第 4 栏），如果考虑到脱水性，其热值约等于或超过原污泥。即使是上文提到的二次污泥或 WAS（由于高粘度而无法达到自热条件），也因为 THP 而大大提高了干燥度和能量含量，因此可以进行焚烧。  

值得注意的是消化后用热电联产法处理的污泥（第 5 栏）--采用这种配置，脱水效率可提高约一倍，能源含量也显著提高。

在热值相同的情况下，减少生物固体的数量可提高焚化炉的效率

除了更好的能量分布和脱水性能之外，THP 在焚烧方面还有一个额外的优势。由于 THP 可减少生物固体总量，同时保持单位体积内的能量含量大致相同，因此可释放焚化炉的容量。在考虑城市发展时，这一点尤其值得考虑。

对于康碧 的一些 客户来说，这是一个重要因素，下面的例子就说明了这一点。这些例子也证明了不同配置和污泥类型的焚化价值。

案例 1：提高现有焚化炉的处理能力（荷兰亨格洛）

经 THP 预处理+消化的二次固体或废弃活性污泥

荷兰Hengelo工厂处理 Waterschap Vechtstromen 旗下 20 家污水处理厂的所有二次污泥或 WAS。通过在 Hengelo 安装康碧的热水解 工艺，他们每年可减少约 500 卡车的生物固体焚烧量。

Moerdijk 的焚烧厂因此提高了产能，可以从该地区的其他设施接收更多的污泥饼。

其他康碧 处理用于焚烧的垃圾活性污泥的工厂包括新加坡的裕廊、比利时布鲁塞尔的 North 工厂和希腊雅典的 Psyttalia 工厂。丹麦哥本哈根的 Damhusåen 工厂将于 2024 年加入该名单。

案例 2：利用焚化技术制定灵活的污泥处理战略（英国达维胡尔姆）

经 THP 预处理+消化的混合污泥

Davyhulme 是联合公用事业公司（United Utilities）拥有的几家通过管道将污泥输送到默西河谷处理中心（Mersey Valley Processing Centre）进行焚烧的工厂之一。通过在消化前使用热水解 ，该厂提高了焚烧厂接收的所有固体的整体干燥度，从而释放了焚烧炉的容量。达维胡尔姆生产的生物固体还成为了一种强化饼产品，使该设施在处理生物固体方面具有灵活性。他们可以继续通过管道将生物固体送往焚烧厂，或者在有足够的土地储备时进行土地应用。不仅如此，沼气的增加还帮助工厂实现了能源自给自足。

其他使用热电联产作为焚烧前消化预处理的工厂包括韩国安阳的 Bakdal 污水处理厂（该厂将污泥与食物垃圾共同消化），以及三个新的康碧 合同：一个是新加坡的 Tuas 工厂，一个是新西兰惠灵顿的 Moa Point 工厂，还有一个是即将投入运营的香港石湖墟工厂。

除了作为预处理外，热电联产还可与其他以焚烧为终点的消化配置相结合。华沙的 Południe（南）工厂和比利时安特卫普的一家即将投入使用的工厂就采用了这种技术。

纵观能源全局

总之，消化和热水解 有助于污泥焚化，因为它们明显改善了污泥的脱水性。因此，污水处理设施可以减少生物固体量，同时保持污泥中相似的能量含量。减少热值相近的污泥量可释放焚化炉的容量。

污泥在焚化前被消化这一事实也意味着可通过两个步骤从材料中获得能源：消化过程中产生的生物甲烷或沼气，以及焚化过程中产生的热量。因此，从总的能源角度来看，在焚化前对污泥进行消化和热水解意味着最大限度地发挥材料的可再生能源潜力，同时提高焚化炉的处理能力。在许多情况下，这种方法可降低公用事业的支出，并有助于延长现有焚化炉的使用寿命。

全球各地的实际案例证明，在污泥焚烧战略中，消化和热电联产是相当有竞争力的选择。令人兴奋的是，在未来几年中，它们将如何更好地用于污泥或生物固体的热处理。

想了解康碧使用 THP 进行焚烧的所有项目吗？您是否对采用 THP 从焚烧转向土地应用的工厂感到好奇？请查看 康碧的参考资料.