美国污泥焚烧项目汞都不达标是真的吗？
时间：2022-03-03
来源： 奔跑的环保人
污泥焚烧的话题这两年一直很热，支持者和反对者似乎都有充足的理由。
反对者最早担心二噁英的，随着科普的增多，实际运行的污泥焚烧厂实测数据的公布，逐渐打消了很多人关于二噁英的担忧。
目前听到的很多是关于污泥焚烧后重金属的排放，担心重金属进入环境后影响公众健康。尤其是对汞的担忧更为严重，因为汞的沸点相比其他的重金属较低，通常的烟气处理设施，对汞的去除效率也相对较低。
理由之一是美国的污泥焚烧因为烟气排放标准升级，对汞的限制更加严格，导致很多污泥焚烧厂无法满足新排放标准。更有玄乎的传言：美国没有一个污泥焚烧厂能达到新的烟气排放标准...
咱们用事实说话！
1. 美国污泥焚烧新标准
2011年3月21日，美国EPA出台了针对污泥焚烧烟气排放的新标准（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烧厂和新建焚烧厂执行新的排放限值。新标准将于2016年3月21日正式生效。届时，除非项目所在州有提前批准的州计划，其余所有的污泥焚烧厂，都将按照新的排放标准执行。
该标准针对不同的污泥焚烧炉执行不同的排放限值，主要是多膛炉和流化床焚烧炉两种类型。MHI：多膛炉；FBI：流化床焚烧炉
对流化床焚烧炉来说，新标准针对已建成项目和新建项目的排放要求也不一样。以汞为例，已建成项目的新排放标准为0.037mg/dscm，新建项目的新排放限值更严，为0.001mg/dscm。
相比而言，流化床焚烧炉执行的标准比多膛炉执行更加严格的烟气排放标准。主要是多膛炉燃烧污泥，空气过量系数更大，同样的污泥量，若采用多膛炉焚烧后烟气量更大，如果执行同样严格的标准，则烟气处理费用非常高。
现在主流的污泥焚烧多采用流化床焚烧炉，主要是其空气过量系数小，烟气处理费用较低。
1. Southerly污水处理
Southerly污水厂最早于1967年8月14日投入运行，是俄亥俄州东北部地区（NEORSD）的三个污水处理厂中最大的一个。目前平均日处理量125MGD（约为47万吨/天），峰值处理能力400MGD（约为150万吨/天），另外该污水厂还可以通过一级处理单元处理多达335 MGD（126.8万吨/天）的雨水。
处理工艺：一级曝气系统——活性污泥
旱季时两级工艺串联使用，但是若一级系统处理达到最大负荷400MGD时，多余的来水直接进入二级单元进行处理。
初沉池污泥经重力浓缩为含固率47%的污泥，二沉池的剩余污泥也送至重力带式浓缩机浓缩为含固率5-7%的污泥。
浓缩后的初沉污泥直接送进1个污泥存储池，浓缩后的剩余污泥被送进另外5个污泥存储池。两种污泥同时送至脱水机房进行脱水。
脱水设备共有9台离心脱水机，脱水后直接送至3个脱水污泥收集池（三台离心机对应一个脱水污泥收集池），然后通过6台柱塞泵（每个脱水污泥收集池对应2台）直接送进3个流化床焚烧炉中进行焚烧（每台处理能力100吨干泥/天）。
2. Southerly污泥焚烧
Southerly污泥焚烧厂，最早采用多膛炉焚烧污泥，在2009年开始，计划用3台循环流化床焚烧炉取代了原有的4台多膛炉焚烧炉，以提高焚烧效率和降低成本。
处理流程包括：流化床焚烧炉——一级换热器（用于加热余热流化风、余热锅炉产生蒸汽）——二级预热器（用于烟气控制、飞灰处理、辅助系统、发电装置等）——烟气处理系统。
该污泥焚烧厂，采用苏伊士的Thermylis流化床焚烧炉，直接焚烧脱水污泥（72%含水率），无需辅助染料助燃，每年可通过余热回收发电1.2MW。
污泥焚烧工艺流程大致如下：
2014年的烟气排放检测数据显示，烟气中的污染物主要是汞和SO2无法满足2016年生效的新标准排放限值，以下每个数据都是三次测试的平均值：
从2011年1月至2014年6月收集数据看，污泥中的重金属汞的平均含量为0.57mg Hg/kg 干泥，最大为0.99mg Hg/kg干泥，标准方差为0.14mg Hg/kg干泥。
根据运行数据的预测，污泥经流化床焚烧炉焚烧，经原有烟气处理系统处理后，烟气中的汞含量见下图（已折算为含氧量7%的标态），与新标准要求仍有一定差距：
如果不增加侧重于汞去除的强化排放控制措施，在2016年3月新排放标准生效之后，污泥焚烧厂很可能因无法满足新标准而丧失焚烧污泥的许可证。一旦这样，污水厂将需要重新制定相关计划，以便将污泥送去填埋。污水厂主管单位认为填埋不仅成本高昂且不可持续。因此对烟气处理系统进行升级成为了比较可行的方案。
3. 重金属汞的控制
烟气检测的数据显示，除了重金属汞和SO2外，重金属镉Cd也有个别的处理线在个别时间少量超标。SO2和重金属镉主要通过湿式洗涤塔的改进进行解决，本文不做详细介绍。
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汞的来源
污泥焚烧的烟气中的汞来自污水处理，大多数重金属可通过飞灰的去除、以及湿式洗涤和其他的单元中去除，重金属汞则可通过以下三种形式存在于焚烧过程中。
颗粒汞：飞灰和颗粒物质中夹杂着汞。总汞的这一部分在湿式洗涤器中被除去，并与其他金属和颗粒一起被送到飞灰储罐。总汞中只有很小的一部分以这种形式存在。
元素汞：汞通过燃烧变成挥发态。由于气态元素汞在后续烟气处理过程中冷却，它可能与烟气中的其他成分发生反应，形成氧化气态汞。这种形式的汞可溶于水，在湿式洗涤器中可以去除一部分。
氧化气态汞：被废气成分氧化的单质汞，如卤素(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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常见汞去除技术
在大多数污水处理厂，只有一小部分元素汞被氧化。因此在焚烧过程中排放的汞中，有一部分仍以元素形式存在。尽管湿式洗涤可以捕获一部分氧化汞，但该工艺对汞的去除效率仍较低。
目前用于汞去除的成熟技术包括干法的粉末活性炭(PAC)喷射技术，和湿法的固定床颗粒活性炭(GAC)吸附技术。
1.粉末活性炭法，通常能够去除85%左右的重金属汞，且需要持续投加粉炭和药剂，运行成本较高。
2.固定床GAC吸附，对汞的去除率可超过95%，一般1-2年需要更换颗粒活性炭
3.SPC吸附技术，Sorbent Polymer Composite，一种利用特殊吸附材料的新型专利汞去除技术。其可以单独作为一个装置使用，也可以改造已有的湿式洗涤塔，将其作为湿式洗涤塔的一部分来使用。该系统采用了由SPC滤料组成的专用滤料床，可从污泥焚烧废气中捕获离子态和元素态的汞。
相比颗粒活性炭吸附，SPC吸附模块可承受水份饱和的气流，不需要额外的除湿器或上游的再加热步骤。SPC吸附对汞的去除能力，与滤料床的厚度和SPC吸附模块数量有关。与GAC吸附类似，SPC吸附也需要定期更换滤料，大约每半年更换一次，具体取决于烟气中汞的浓度以及滤料的多少。
在已建成项目中，采用SPC吸附比GAC吸附所需投资少，操作简单，且更容易进行改造。
4. 烟气系统改造
经过详细的前期模拟和对比，最终决定在Southerly污泥焚烧项目中，采用SPC吸附来提高烟气处理效果。
2016年初，NEORSD决定在southerly污泥焚烧厂内安装三套SPC吸附装置（下图）以实现烟气处理的升级。每个SPC吸附装置内设三层SPC吸附模块，并预留额外2层以便今后进一步升级所用。
改造完成后SPC吸附装置后的运行数据显示，三条污泥焚烧线的烟气排放值，包括汞在内所有值均满足新的烟气排放限值。所有的测试均在2016年3月21日前新的烟气排放标准正式生效之前完成。成为美国最早实现按照新烟气排放限值运行的污泥焚烧厂。
5. 烟气改造后效果
改造完成后，官方于2015年底至2016年出进行了为期三个月的尾气测试，最终结果显示，经过改造后，Southerly污泥焚烧厂的尾气排放值完全满足新标准中关于“已建流化床焚烧炉”尾气排放的要求。下表数据中的百分数，表示实测浓度与排放限值的比例。
后续一年的运行数据显示，系统稳定达标。Southerly污泥焚烧厂也成为美国第一个达到新烟气排放标准的项目，与其同期完成改造的还有辛辛那提Mill Creek污泥焚烧厂， 该焚烧厂也是由SUEZ建设。
写在最后：
污泥焚烧目前依然是很多大城市解决污泥的一个很重要的手段，因为减量化最明显！当然，随着提质增效等工作的推进，希望污水厂进水浓度进一步增加之后，污泥的有机质也能有所提高，再结合厌氧消化等工艺的应用，做好污泥的减量化同时，加大资源化利用。
而污泥焚烧，也会随着经济发展和法规的完善，发挥更大的作用。彻底解决污泥围城问题，焚烧必不可少。而焚烧产生的烟气污染问题，在现有的技术下，都是能解决的。
特此感谢在美国的江瑞原先生分享的资料！
