水泥窯協(xié)同處置城市污泥

  根據(jù)當(dāng)前國家相關(guān)政策及環(huán)保發(fā)展要求，水泥窯協(xié)同處置和利用工業(yè)廢棄物、城市垃圾及城市生活污泥生產(chǎn)綠色環(huán)保水泥是目前國內(nèi)外提倡的水泥企業(yè)發(fā)展方向，不僅能節(jié)約天然礦產(chǎn)資源，而且能消納、減少環(huán)境污染。為了積極響應(yīng)國家相關(guān)政策， 我公司2010年6月份開始著手試用城市污泥配料燒制水泥熟料生產(chǎn)綠色環(huán)保水泥方面的技術(shù)研究和攻關(guān)工作，分別于2011年10月份、2012年6、7、8月分兩次在江蘇南方成員企業(yè)江蘇宜城南方水泥有限公司實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行試用，總共使用城市污泥4000噸左右，兩次工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果都比較理想，2012年12月在江蘇溧陽南方水泥有限公司試燒也取得了滿意的效果。現(xiàn)將具體情況匯報(bào)如下：

  一、我國水泥窯協(xié)同處置城市污泥的現(xiàn)狀

  “十一五”末，我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥年產(chǎn)生量已達(dá)3000萬噸，但大部分污泥只是簡(jiǎn)單脫水后外運(yùn)棄置，只有很少一部分被規(guī)范處置。污泥含有污水中約50%的污染物，棄置后有再次污染水體、環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，污泥的科學(xué)處置已不容忽視。污泥處理的主流工藝衛(wèi)生填埋會(huì)占用大量土地資源。堆肥的方法難以去除有毒有害物質(zhì)容易造成二次污染。污泥的處置與資源化的結(jié)合，必將成為城市污泥唯一的最終出路。

  目前，我國水泥窯協(xié)同處置城市污泥主要有以下幾種工藝。

  1、直接計(jì)量入生料磨

  杭州山亞南方采用此工藝，5000t/d熟料生產(chǎn)線處理300t/d污泥（含水率約80-85%），污水處理廠產(chǎn)生的污泥（含水率約80-85%）經(jīng)專用密封罐車運(yùn)至水泥工廠，通過緩沖倉計(jì)量加入生料配料皮帶入磨烘干粉磨成生料。此工藝簡(jiǎn)單，水泥廠內(nèi)不密閉，有惡臭氣味，由于含水率高，儲(chǔ)存難度大，造成二次污染。運(yùn)行成本約為70元/噸。

  2、干化后計(jì)量入窯

  廣州市越堡水泥有限公司采用該工藝處置，7000t/d熟料生產(chǎn)線處理600t/d污泥（含水率約80-85%），污水處理廠產(chǎn)生的污泥（含水率約80-85%）經(jīng)專用密封罐車運(yùn)至水泥工廠，通過緩沖倉進(jìn)入烘干機(jī)，在此由窯尾廢氣余熱烘干為半干污泥（含水率約30%），半干污泥經(jīng)皮帶稱計(jì)量后喂入窯尾分解爐（喂入點(diǎn)溫度約為900度），并隨生料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，參與熟料煅燒過程。污泥中的有機(jī)物被徹底分解，重金屬及無機(jī)物等被晶化在熟料中，無底渣及飛灰等二次污染物排出。運(yùn)行成本約為315元/噸。

  3、增鈣熱干化及水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

  北京市琉璃河水泥有限公司采用該工藝處置，2000t/d熟料生產(chǎn)線處理1000t/d污泥（含水率約80-85%），將濕污泥、高活性的生石灰及污泥改性劑計(jì)量混合，物料混合后輸送至轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī)內(nèi)與過熱蒸汽充分接觸。酸、堿改性劑迅速刺破污泥的細(xì)胞壁，在材料反應(yīng)化學(xué)熱和過熱蒸汽輻射熱的作用下，病原菌在高溫下得到全面的消滅并且污泥的水分大量蒸發(fā)。經(jīng)過增鈣熱干化處理后的污泥在堆場(chǎng)堆置10-15天，含水率下降到10%左右，然后輸送至水泥窯協(xié)同處置。運(yùn)行成本約為280元/噸。

  4、與城市生活垃圾共同焚燒

  銅陵海螺水泥有限公司采用此工藝，該工藝原本只用來處理城市生活垃圾，2011年11月起同時(shí)處理城市污泥，城市生活垃圾與城市污泥（含水率約80-85%）的比例約為5:1，300t/d城市生活垃圾和60t/d城市污泥。城市生活垃圾（城市污泥）運(yùn)輸至水泥熟料生產(chǎn)線的垃圾密閉堆場(chǎng)，用抓斗將垃圾送入垃圾破碎機(jī)，經(jīng)破碎后的垃圾送入氣化焚燒爐（必要時(shí)添加一定量的煤粉補(bǔ)充燃料）。燃燒產(chǎn)生550℃的廢氣作為分解爐的三次風(fēng)進(jìn)一步升溫到900℃以上，為生料分解提供熱量，由于廢氣溫度高，在分解爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)（3秒以上），燃燒充分、徹底，無二次污染氣體排出。排出的灰燼經(jīng)過選鐵、選鋁后作為水泥生料的一種原料生產(chǎn)水泥生料，部分替代天然礦產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)了生活垃圾的資源化。全部工藝都是在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，無二次污染，該工藝處理廢棄物徹底，真正實(shí)現(xiàn)了城市生活垃圾（城市污泥）處置的“減量化、資源化、無害化”。系統(tǒng)投資1.5億元，運(yùn)行成本200元/噸。

  二、城市污泥的來源

  2010年5月，經(jīng)無錫市水泥協(xié)會(huì)介紹，無錫金園污泥處置新型燃料科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱金園公司）與我公司接洽。無錫金園污泥處置新型燃料科技有限公司在污泥中添加少量化學(xué)添加劑，破壞污泥的組織結(jié)構(gòu)，再通過機(jī)械擠壓脫水的方法，將含水率85%-80%的污泥干化至含水率40%左右，為污泥的資源化利用提供了極大的方便。干化處置的污泥主要來自無錫市的污水處理廠，我公司使用的污泥全部由無錫金園污泥處置新型燃料科技有限公司提供。

  三、城市污泥的主要化學(xué)成分及重金屬含量

  1、城市污泥的化學(xué)成分分析

  2011年6月份至今，我公司先后3次共進(jìn)廠城市污泥4000余噸，每批進(jìn)廠抽檢結(jié)果如下：

  從分析結(jié)果看用城市污泥替代部分硅、鐵質(zhì)材料進(jìn)行配料，是可以實(shí)現(xiàn)配料方案的。

  2、城市污泥的重金屬微量元素分析

  2011年9月和2012年5月，無錫金園污泥處置新型燃料科技有限公司分別送樣到同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和江蘇力維環(huán)境檢測(cè)技術(shù)研究有限公司進(jìn)行重金屬危險(xiǎn)情況檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論如下。

  （1）、同濟(jì)大學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：

  檢驗(yàn)結(jié)論：該干化脫水污泥樣品的重金屬含量符合我國土壤環(huán)境質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

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  （2）、力維公司檢驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：

  檢驗(yàn)結(jié)論：所檢固體廢棄物中PH濃度值符合《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)  腐蝕性鑒別》（GB5085.1-2007）標(biāo)準(zhǔn)要求；所測(cè)固體廢棄物中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳濃度值符合《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)  浸出毒性鑒別》（GB5085.1-2007）表1浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)要求；有機(jī)質(zhì)沒有判別標(biāo)準(zhǔn)，故不作判定。

  由以上檢驗(yàn)結(jié)果及檢驗(yàn)結(jié)論可以判定，用城市污泥部分替代天然礦物原料生產(chǎn)水泥熟料符合環(huán)保要求。

  四、城市污泥替代部分天然礦產(chǎn)資源進(jìn)行配料計(jì)算

  根據(jù)城市污泥化學(xué)組成，用城市污泥部分替代天然礦產(chǎn)原料進(jìn)行配料計(jì)算，經(jīng)過理論計(jì)算在目前原材料不變的前提下用2.5%的城市污泥替代現(xiàn)有的硅、鐵質(zhì)材料配料，除熟料中SO₃等有害成分略有上升外（SO₃可在污泥選擇和干化過程中予以控制），基本上不會(huì)引起生料、熟料化學(xué)成分變化，用5.0%的城市污泥替代現(xiàn)有的硅、鐵質(zhì)材料配料，只需對(duì)城市污泥中的有害成分適當(dāng)限制以及現(xiàn)有原材料進(jìn)行調(diào)整，也能實(shí)現(xiàn)硅酸鹽水泥熟料的配料方案。

  五、水泥窯協(xié)同處置城市污泥的生產(chǎn)工藝

  金園公司將污泥干化至水分40%左右，經(jīng)過船運(yùn)至我公司熟料生產(chǎn)線碼頭，上岸后儲(chǔ)存于原材料堆棚等待使用。干化污泥按照一定的比例經(jīng)過計(jì)量和其它原料一起送入生料磨中共同進(jìn)行烘干、粉磨后成為水泥生料，水泥生料再經(jīng)過水泥窯內(nèi)1700℃左右火焰溫度的高溫煅燒（物料溫度可以達(dá)到1450℃左右）成為水泥熟料。干化污泥在從生料煅燒成為熟料的復(fù)雜物理化學(xué)變化過程中將灰渣中可能存在的重金屬固化在水泥熟料的晶格中，達(dá)到穩(wěn)定固化效果，進(jìn)行了徹底的無害化處理，不會(huì)造成二次污染，變廢為寶，造福人類。

  六、使用城市污泥配料對(duì)水泥熟料、水泥質(zhì)量的影響

  由于2011年10月份使用時(shí)受其他條件限制，試用時(shí)間短，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不宜作為對(duì)比總結(jié)數(shù)據(jù)。今年6月2日開始，先后按2%的比例試用城市污泥，從試用期間熟料檢驗(yàn)結(jié)果看，使用城市污泥配料后熟料中的SO₃含量上升0.2%左右外基本沒有太大變化。試用城市污泥前后水泥熟料化學(xué)成分及物理檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見附表1。

  從水泥質(zhì)量看，用城市污泥前后，水泥質(zhì)量基本沒有明顯變化，水泥質(zhì)量不僅完全滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，而且還能達(dá)到南方水泥內(nèi)控指標(biāo)要求及建材行業(yè)優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見附表2。

  從以上數(shù)據(jù)分析，城市污泥參與配料對(duì)水泥熟料和水泥的質(zhì)量沒有影響，城市污泥可以用來生產(chǎn)水泥熟料。

  七、城市污泥使用體會(huì)

  1、無錫金園污泥處置新型燃料科技有限公司通過機(jī)械脫水的方法將城市污泥從含水率8O-85% 干化到含水率40%左右，耗能低，污染小。為水泥窯協(xié)同處置城市污泥提供了極大方便，使水泥窯工業(yè)化協(xié)同處置城市污泥成為可能。

  2、水泥窯生產(chǎn)溫度高，對(duì)污泥中的有機(jī)物能100%處置。水泥生產(chǎn)過程中的熟料溫度在1450℃左右，氣體溫度在1700℃左右，燃燒氣體在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的停留時(shí)間大于8秒，高于l100℃時(shí)停留時(shí)間大于4秒，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料呈高度湍流化狀態(tài)，污泥中有害有機(jī)物能得到充分燃燒，廢棄物的焚毀率能達(dá)99.999%。

  3、焚燒污泥采用閉路生產(chǎn)措施，不產(chǎn)生新的廢物，無二次污染。新型干法水泥企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)決定焚燒污泥后的廢氣粉塵需經(jīng)過收塵器收集后又進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅燒，形成閉路生產(chǎn)路徑。

  4、水泥窯內(nèi)呈堿性氣氛，能消滅二惡英形成，從國內(nèi)外水泥窯處置有毒有害廢棄物的實(shí)踐表明，鑒于水泥窯系統(tǒng)的熱容大、溫度穩(wěn)定，廢棄物焚燒后產(chǎn)生的二惡英排放濃度遠(yuǎn)低于國家對(duì)廢氣排放要求的限值標(biāo)準(zhǔn)。

  5、水泥生產(chǎn)過程中的熟料能吸收重金屬。鑒于水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)自有特性，在焚燒污泥過程中能將灰渣中的重金屬固化在水泥熟料的晶格中，達(dá)到穩(wěn)定固化效果。

  6、水泥窯協(xié)同處置城市污泥減少對(duì)不可再生自然資源的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目較好解決了城市污泥處置難題，不需要再規(guī)劃污泥處置的填埋用地，節(jié)約了填埋用土地，避免了填埋過程中的二次污染。

  7、水泥窯協(xié)同處置城市污泥，利用現(xiàn)有設(shè)備和工藝，工藝簡(jiǎn)潔可靠，無須大的改造資金投入，節(jié)約投資。

  8、江蘇南方水泥有限公司水泥窯協(xié)同處置城市污泥真正實(shí)現(xiàn)了污泥處理的“減量化、資源化、無害化”。

  本次試用城市污泥配料摻加比例較小，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)影響熟料產(chǎn)量、質(zhì)量及水泥質(zhì)量的情況。下一步在確保產(chǎn)品質(zhì)量安全和生產(chǎn)正常的前提下，公司將提高城市污泥試用比例，按在入磨物料中配比不小于3%的比例繼續(xù)試用，進(jìn)一步探索使用城市污泥配料對(duì)熟料產(chǎn)量、質(zhì)量及水泥質(zhì)量的相關(guān)性。力求更多地消納城市污泥，為地方發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)多做貢獻(xiàn)，認(rèn)真踐行中國建材“善用資源，服務(wù)建設(shè)”的企業(yè)使命。