利用水泥窯協(xié)同處置城市污泥處理廠污泥

　　1.城市污泥處理的必要性和難度

　　隨著城市人口的不斷增加及生活污水處理率的提高，市政污水污泥的產(chǎn)出量也隨之不斷增加。市政污泥的環(huán)境污染已成為廣大市民關(guān)注的焦點(diǎn)。市政污泥是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無極顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體，含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬、鹽類，以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。污泥還含有很高的附著水和結(jié)合水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機(jī)械脫水，污泥含水率仍達(dá)80%以上。由于污泥所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，污泥的徹底無害化處置

　　極其困難，已成為當(dāng)今世界難題。目前所采用的填埋、農(nóng)用、焚燒等處置方式均存在很高的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)．要真正達(dá)到徹底無害化處置需要付出極高的成本。

　　2.利用水泥窯處置污泥的可能性

　　廣州市越堡水泥有限公司(下稱越堡公司)從2007年就開始研究建設(shè)利用水泥窯無害化處置污泥項(xiàng)目。由于水泥窯處置污泥具有處理溫度高、焚燒空間大、焚燒停留時(shí)間長、處理規(guī)模大、無二次渣排放問題等顯著優(yōu)點(diǎn)，來自污水處理廠的污泥含水率約80%，在水泥廠配套建設(shè)一個(gè)烘干預(yù)處理系統(tǒng)，利用出預(yù)熱器廢氣余熱(溫度約280℃)將污泥烘干至含水率低30%。含水率低于30％污泥已成散狀物料，經(jīng)輸送及喂料設(shè)備送入分解爐焚燒。在分解爐喂料口處設(shè)有撒料板，將散狀污泥充分分散在熱氣流中，由于分解爐的溫度高、熱熔大，使得污泥能快速、完全燃燒。污泥燒盡后的灰渣隨物料一起進(jìn)入窯內(nèi)煅燒。

　　2007年12月22日～24日，越堡公司進(jìn)行了含水量30％的漂染污泥在6000t/d生產(chǎn)線上的工業(yè)試驗(yàn)工作。試驗(yàn)期間漂染污泥的空氣干燥基熱值平均為1445kCal/kg，入窯平均水分33.24%，喂料量1.2-7.6t/h。試驗(yàn)結(jié)果表明，新型干法水泥窯系統(tǒng)完全可以處置具有較高硫含量的工業(yè)污泥。對水泥窯工藝過程的研究可知，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理污泥具有以下特性：

　　(1)有機(jī)物分解徹底

　　在回轉(zhuǎn)窯中內(nèi)溫度一般在1350℃-1650℃之間，甚至更高，燃燒氣體在此停留時(shí)間>8s，高于l100℃時(shí)停留時(shí)間>3s。燃燒氣體的總停留時(shí)間為20s左右，且窯內(nèi)物料呈高湍流化狀態(tài)。因此窯內(nèi)的污泥中有害有機(jī)物可充分燃燒，焚燒率可達(dá)99.999%，即使是穩(wěn)定的有機(jī)物如二惡英等也能被完全分解。

　　(2)抑制二惡英形成

　　由于干化污泥喂入點(diǎn)處在高于850℃的分解爐，分解爐內(nèi)熱容大且溫度穩(wěn)定，有效地抑制了二惡英前軀體的形成。從國內(nèi)外水泥窯處置有毒有害廢棄物的實(shí)踐表明，廢棄物焚燒后產(chǎn)生的二惡英排放濃度遠(yuǎn)低于排放限值。

　　(3)不產(chǎn)生飛灰

　　煅燒排出廢氣粉塵經(jīng)窯尾布袋收塵器收集后作為水泥原料重新進(jìn)入窯內(nèi)煅燒，沒有危險(xiǎn)廢棄物飛灰產(chǎn)生。

　　(4)同化重金屬

　　回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性，可吸收SO2，從而抑止其排放。在水泥燒成過程中，污泥灰渣中的重金屬能夠被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中．從而達(dá)到被固化的作用。

　　(5)資源化效率高

　　污泥中的有機(jī)成分和無機(jī)成分都能得到充分利用，資源化效率高。污泥中含有部分有機(jī)質(zhì)(55％以上)和可燃成分，它們在水泥窯中煅燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量；污泥的低位熱值是11MJ/kg左右，在熱值意義上相當(dāng)于貧煤。貧煤含55％灰分和10%-15%揮發(fā)分，并具有熱值10-12.5MJ/kg。

　　(6)處理量大、見效快

　　水泥生產(chǎn)量大，需要的污泥量多；水泥廠地域分布廣，有利于污泥就地消納，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用；水泥窯的熱容量大，工藝穩(wěn)定，處理污泥方便，見效快。

　　3.越堡公司協(xié)同處理城市污泥項(xiàng)目的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1全新的技術(shù)路線

　　本項(xiàng)目是通過新的技術(shù)路線。充分利用水泥窯的余熱和處置能力．使市政污泥的處理達(dá)到低成本運(yùn)行，并可達(dá)到穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化的目的，為解決長期困擾的市政污泥處理問題，尋求一種有效利用的途徑，為全國污泥的減量處理和有效利用提供示范作用。此項(xiàng)目的實(shí)施不但有很好的社會(huì)效益，而且節(jié)省了資源，徹底地排除污泥無害化處理技術(shù)領(lǐng)域中最終處置時(shí)所付出的巨大環(huán)境代價(jià)。從而從根本上消除城市生活中威脅著人們健康生存的一個(gè)隱患，使生態(tài)環(huán)境與資源再生利用走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

　　3.2建設(shè)內(nèi)容和工藝流程

　　2008年越堡公司開始新建一座日處理污泥600t(含水率80％)的干化處置中心，2009年正式運(yùn)營。利用窯尾廢氣余熱將污泥烘干至含水<30%，然后通過新建的接口設(shè)備將污泥送入6000t/d生產(chǎn)線水泥熟料燒成系統(tǒng)中焚燒處理。本項(xiàng)目主要的建設(shè)內(nèi)容包括：(l)污泥收集及輸送；(2)污泥來料稱重計(jì)量系統(tǒng)；(3)污泥來料接收倉系統(tǒng)；(4)污泥儲(chǔ)存料倉系統(tǒng)；(5)污泥輸送系統(tǒng)；(6)污泥干燥車間，含車間建筑、污泥干燥設(shè)備；(7)成品污泥料倉系統(tǒng)；(8)成品污泥輸送系統(tǒng)；(9)配套電氣、自控儀表、暖通、消防、除臭、衛(wèi)生等系統(tǒng)。廣州越堡日處理污泥600t項(xiàng)目工藝流程見圖l。

　　這個(gè)項(xiàng)目立足于利用水泥窯的廢氣余熱利用，針對水泥窯系統(tǒng)的生產(chǎn)特性，研究污泥在水泥窯處置技術(shù)。通過核心主機(jī)裝置的應(yīng)用研究，并通過系統(tǒng)的革新及工藝技術(shù)的優(yōu)選，使實(shí)用技術(shù)在水泥廠得到應(yīng)用，帶動(dòng)水泥行業(yè)處置廢奔物的技術(shù)進(jìn)步。

　　3.3主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

　　主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在：干化污泥和水泥窯系統(tǒng)的銜接布置，在建設(shè)及運(yùn)行過程中不影響水泥窯系統(tǒng)的正常生產(chǎn)；利用窯尾廢氣余熱烘干污泥的干燥系統(tǒng)采用了旋流噴騰直接接觸干燥工藝，大幅提高熱效率和烘干能力，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；幹梦勰嗟哪芰?。這個(gè)項(xiàng)目解決了以下幾個(gè)技術(shù)問題：

　　(l)半干化模式

　　作為污泥干化的熱源，水泥廠的廢熱煙氣由于溫度低、含塵量較大對污泥的干化換熱有很強(qiáng)的限制作用。污泥干化隨著成品干度的增加，所需設(shè)備的容積呈指數(shù)冪增加，污泥干化得經(jīng)濟(jì)性和污泥成品干度之見有著強(qiáng)烈的相關(guān)性。熱源的品質(zhì)決定了利用水泥窯廢熱干化污泥只能采用半干化模式，才能具有顯箸的處置能力優(yōu)勢。

　　(2)處理成本低廉化

　　干化后的污泥替代燃料的能力和污泥的水分、有害元素的含量有直接的關(guān)系，通過系統(tǒng)研究處置污泥對水泥窯系統(tǒng)的影響，科學(xué)分析水泥窯處置污泥的最大能力和最經(jīng)濟(jì)的處置指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)處置污泥總體成本的最低廉化，在目前尚沒有類似的研究工作可供參考。

　　(3)全新的設(shè)計(jì)

　　國外采用全干化污泥替代燃料在多個(gè)行業(yè)中應(yīng)用，但目前國內(nèi)尚沒有污泥替代燃料的應(yīng)用，因此干化后的污泥只能采用水泥廠自行消納的模武。半干化污泥進(jìn)入水泥窯工藝系統(tǒng)需要進(jìn)行全新的沒計(jì)。

　　3.4關(guān)鍵技術(shù)

　　利用水泥窯處置污泥的關(guān)鍵技術(shù)是污泥的干化。污泥含有很高的附著水和結(jié)臺(tái)水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機(jī)械脫水，污泥含水率仍達(dá)80%以上。污泥進(jìn)行水泥窯處置，主要技術(shù)難點(diǎn)在于污泥必需進(jìn)行干化。以污泥含固率20％計(jì)，處理每噸干固體需要蒸發(fā)4倍量的水分。在同等的絕干基污泥日處理量的條件下，進(jìn)入水泥燒成系統(tǒng)的污泥其含固率越高，則污泥焚燒進(jìn)入系統(tǒng)的有效發(fā)熱量(扣除污泥焚燒過程中水分蒸發(fā)、形成煙氣的升溫等的耗熱)就越高，污泥燃燒過程對窯系統(tǒng)的工藝參數(shù)的穩(wěn)定性影響就越小。因此，干燥工業(yè)的選擇是本項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　本項(xiàng)目是在利用水泥窯廢氣余熱作為烘干熱源，總結(jié)了流化床、熱破碎、旋流和分級(jí)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種熱效率高、適應(yīng)范圍廣的新型干燥裝置(見圖2)。余熱廢氣以適宜的噴動(dòng)速度從下燥機(jī)底部進(jìn)入攪拌破碎干燥室，對物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切、吹浮、旋轉(zhuǎn)作用，物料受到離心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化，形成較大的比表面積，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱。在干燥室底部，較大、較濕的顆粒團(tuán)在攪拌器的作用下被機(jī)械破碎，并被高速噴動(dòng)的熱氣流裹脅、撕裂，不斷形成新的干燥表面，而濕含量較低、顆粒度較小的顆粒被旋轉(zhuǎn)氣流夾帶上升，在上升過程中進(jìn)一步干燥，并被分級(jí)。干燥器內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)、氣流對壁的旋轉(zhuǎn)沖刷和攪拌器的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)制物料被高速氣流裹脅，因此很適宜處置黏性干燥物質(zhì)。物料的干燥過程主要在旋流區(qū)內(nèi)迅速達(dá)到平衡，在離心旋流場的作用下，氣固之間的熱交換進(jìn)行速度很快，物料的干燥過程時(shí)間很短，可以大幅度地降低設(shè)備的規(guī)格。物料在干燥過程中完成顆粒化，不需要成形或進(jìn)行破碎作業(yè)。由于干燥過程中物料受到破碎、沖刷、碰撞，表面積增大，強(qiáng)化了干燥；同時(shí)由于最熱煙氣直接接觸待干物料，可以使進(jìn)風(fēng)溫度高于物料熔點(diǎn)，因此該設(shè)備干燥強(qiáng)度高。

　　由于干燥系統(tǒng)的干燥速度特快，在干燥機(jī)內(nèi)的平均停留時(shí)間約10s后，污泥含水就從80%降至30%了，含水30%的干污泥離開干燥機(jī)的溫度約50℃。煙氣從底部進(jìn)入的時(shí)候達(dá)277℃，到達(dá)加泥口煙氣溫度己降到100℃以下，在干燥過程中，干泥基本上不和277℃的高溫?zé)煔饨佑|，確保運(yùn)行的安全性。污泥顆粒的表觀密度和水分的含量關(guān)系密切，在旋流風(fēng)的分級(jí)作用下，干化的污泥顆?？偸呛偷蜏氐臒煔饨佑|和攜帶離開。熱煙氣基本不直接接觸干料。

　　4.工程、環(huán)境和社會(huì)效益

　　4.1工程效益

　　該項(xiàng)目日處理市政污泥600t。利用水泥廠的廢氣余熱烘干污泥，干化后的污泥進(jìn)入水泥窯進(jìn)行焚燒處理。此工藝既補(bǔ)充了由于對污泥干燥所需的熱量，從而減少了燃料煤的用量，而且焚燒時(shí)，干污泥的熱值可用作水泥熟料生產(chǎn)的部分替代燃料，焚燒的殘?jiān)梢蕴娲炝仙a(chǎn)使用的硅質(zhì)、鋁質(zhì)原料，是一個(gè)污泥再生利用的項(xiàng)目。該項(xiàng)目建設(shè)與實(shí)施．對我國的城市污泥再利用具有開拓性和革命性意義。同時(shí)，也積極響應(yīng)了國家關(guān)于大力發(fā)展可再生能源要求，符合國家積極開展和推進(jìn)可再生能源的戰(zhàn)略方向。

　　4.2社會(huì)效益

　　該項(xiàng)目2009年總投資額7070萬元，回收期25年。主要體現(xiàn)在社會(huì)效益，經(jīng)濟(jì)效益取決于政府補(bǔ)貼的污泥處置費(fèi)。2009年政府給出的污泥處置費(fèi)與項(xiàng)目處置污泥的實(shí)際成本持平，故項(xiàng)目沒有體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。今后，政府將根據(jù)去年的項(xiàng)目污泥實(shí)際處置成本，協(xié)商項(xiàng)目投資利潤率后再確定污泥處置費(fèi)。

　　這個(gè)項(xiàng)目是污泥處置工程，又是一個(gè)能源再生項(xiàng)目，更是治理污染的環(huán)境保護(hù)項(xiàng)目，項(xiàng)目建成后很好地解決了廣州市市政污泥處理處置問題。使原來對環(huán)境造成嚴(yán)重危害的污泥處理后，實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、資源化，大大降低城市的環(huán)境污染，改善人民的生活環(huán)境，控制和預(yù)防各種傳染病、公害?。岣呷嗣窠】邓?，并從根本上促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。該工程項(xiàng)目進(jìn)一步完善了本地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施，可使得一些因環(huán)境問題受到限制的項(xiàng)目得以開展。

　　4.3環(huán)境效益

　　項(xiàng)目從2009年運(yùn)行以來，已經(jīng)處理了大坦沙、獵窖、西朗、龍歸等污水處理廠污泥，實(shí)現(xiàn)了污泥的徹底無害化處置及資源化利用。

　　2009年進(jìn)廠污泥平均熱值(干躁基低位熱值)13.79MJ/kg，實(shí)測每噸濕污泥可節(jié)省原煤170kg。2009年熟料3d平均強(qiáng)度為33.2MPa、28d平均強(qiáng)度為60.8MPa，處置污泥后沒有影響水泥熟料質(zhì)量。

　　該處理工藝的實(shí)施，可減少污泥無序堆放占用土地，殺滅污泥中的病原微生物，控制疾病的傳播，同時(shí)還減少了污泥進(jìn)入垃圾填埋場的量，增加了垃圾衛(wèi)生填埋場的填埋年限，實(shí)現(xiàn)了污泥處理的減量化。

　　一年多實(shí)踐表明，系統(tǒng)可靠，操作簡便，對污泥的適應(yīng)性強(qiáng)。經(jīng)熱工標(biāo)定，處置能力已達(dá)736t/d，污泥干化后可替代燃料和作為脫硝材料使用。經(jīng)檢測，系統(tǒng)NOX排放值230mg/Nm3(10%O2)；污泥協(xié)同處置過程中二惡英的排放量0.026ng TEQ/Nm3，優(yōu)于歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。項(xiàng)目運(yùn)行期間環(huán)保檢測結(jié)果見表1。

　　表1 項(xiàng)目運(yùn)行期間環(huán)保監(jiān)測結(jié)果

　　注：1.常規(guī)氣態(tài)污染物執(zhí)行《水泥廠大氣排放標(biāo)準(zhǔn)》GB4915-2004第二時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)；特殊氣態(tài)污染物執(zhí)行《廣東省大氣排放限制》DB/27-2001 第二時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)；危險(xiǎn)氣態(tài)污染物執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485-2001。2.監(jiān)測日前：2009年2月25日。惡臭項(xiàng)目由廣州市環(huán)境衛(wèi)生研究所監(jiān)測；其他項(xiàng)目由環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究院所監(jiān)測。

　　5.結(jié)論

　　越堡公司污泥處理項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了污泥處理的無害化、減量化和資源化，有顯著的生態(tài)環(huán)境效益，為行業(yè)樹立了樣板，市場前景廣闊，該項(xiàng)目榮獲2010年度“凱盛杯”全國建材行業(yè)技術(shù)革新獎(jiǎng)。目前，北京水泥廠已建成利用水泥窯日處置500t生活污水污泥項(xiàng)目。上海浦東開發(fā)區(qū)利用水泥窯日處置2×1100t生活污水污泥項(xiàng)目已獲上海發(fā)改委核準(zhǔn)，正在建設(shè)中。沈陽工源水泥廠、湖北華新水泥廠也正在籌建利用水泥窯處置生活污水污泥項(xiàng)目。