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。市政污泥是一種由有機殘片、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．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、焚燒停留時間長、處理規(guī)模大、無二次渣排放問題等顯著優(yōu)點，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入窯內(nèi)煅燒。

　　2007年12月22日～24日，越堡公司進行了含水量30％的漂染污泥在6000t/d生產(chǎn)線上的工業(yè)試驗工作。試驗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間>8s，高于l100℃時停留時間>3s。燃燒氣體的總停留時間為20s左右，且窯內(nèi)物料呈高湍流化狀態(tài)。因此窯內(nèi)的污泥中有害有機物可充分燃燒，焚燒率可達(dá)99.999%，即使是穩(wěn)定的有機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入窯內(nèi)煅燒，沒有危險廢棄物飛灰產(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

　　污泥中的有機成分和無機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質(zhì)(55％以上)和可燃成分，它們在水泥窯中煅燒時會產(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)省運輸費用；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)同處理城市污泥項目的特點和關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1全新的技術(shù)路線

　　本項目是通過新的技術(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。此項目的實施不但有很好的社會效益，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)域中最終處置時所付出的巨大環(huán)境代價。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)污泥來料稱重計量系統(tǒng)；(3)污泥來料接收倉系統(tǒng)；(4)污泥儲存料倉系統(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項目工藝流程見圖l。

　　這個項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，使實用技術(shù)在水泥廠得到應(yīng)用，帶動水泥行業(yè)處置廢奔物的技術(shù)進步。

　　3.3主要技術(shù)創(chuàng)新點

　　主要技術(shù)創(chuàng)新點表現(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，實現(xiàn)了規(guī)?；幹梦勰嗟哪芰?。這個項目解決了以下幾個技術(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)濟性和污泥成品干度之見有著強烈的相關(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)濟的處置指標(biāo)，實現(xiàn)社會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

　　國外采用全干化污泥替代燃料在多個行業(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。半干化污泥進入水泥窯工藝系統(tǒng)需要進行全新的沒計。

　　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)臺水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機械脫水，污泥含水率仍達(dá)80%以上。污泥進行水泥窯處置，主要技術(shù)難點在于污泥必需進行干化。以污泥含固率20％計，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，進入水泥燒成系統(tǒng)的污泥其含固率越高，則污泥焚燒進入系統(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)的選擇是本項目的關(guān)鍵點。

　　本項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、旋流和分級技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計的一種熱效率高、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速度從下燥機底部進入攪拌破碎干燥室，對物料產(chǎn)生強烈的剪切、吹浮、旋轉(zhuǎn)作用，物料受到離心、剪切、碰撞、摩擦而被微?；?，形成較大的比表面積，強化了傳質(zhì)傳熱。在干燥室底部，較大、較濕的顆粒團在攪拌器的作用下被機械破碎，并被高速噴動的熱氣流裹脅、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，在上升過程中進一步干燥，并被分級。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行速度很快，物料的干燥過程時間很短，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，強化了干燥；同時由于最熱煙氣直接接觸待干物料，可以使進風(fēng)溫度高于物料熔點，因此該設(shè)備干燥強度高。

　　由于干燥系統(tǒng)的干燥速度特快，在干燥機內(nèi)的平均停留時間約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的溫度約50℃。煙氣從底部進入的時候達(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)的分級作用下，干化的污泥顆粒總是和低溫的煙氣接觸和攜帶離開。熱煙氣基本不直接接觸干料。

　　4.工程、環(huán)境和社會效益

　　4.1工程效益

　　該項目日處理市政污泥600t。利用水泥廠的廢氣余熱烘干污泥，干化后的污泥進入水泥窯進行焚燒處理。此工藝既補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，干污泥的熱值可用作水泥熟料生產(chǎn)的部分替代燃料，焚燒的殘渣可以替代熟料生產(chǎn)使用的硅質(zhì)、鋁質(zhì)原料，是一個污泥再生利用的項目。該項目建設(shè)與實施．對我國的城市污泥再利用具有開拓性和革命性意義。同時，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可再生能源的戰(zhàn)略方向。

　　4.2社會效益

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

　　這個項目是污泥處置工程，又是一個能源再生項目，更是治理污染的環(huán)境保護項目，項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、公害病．提高人民健康水平，并從根本上促進城市的經(jīng)濟發(fā)展。該工程項目進一步完善了本地區(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目得以開展。

　　4.3環(huán)境效益

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

　　2009年進廠污泥平均熱值(干躁基低位熱值)13.79MJ/kg，實測每噸濕污泥可節(jié)省原煤170kg。2009年熟料3d平均強度為33.2MPa、28d平均強度為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，同時還減少了污泥進入垃圾填埋場的量，增加了垃圾衛(wèi)生填埋場的填埋年限，實現(xiàn)了污泥處理的減量化。

　　一年多實踐表明，系統(tǒng)可靠，操作簡便，對污泥的適應(yīng)性強。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)濟指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。項目運行期間環(huán)保檢測結(jié)果見表1。

　　表1 項目運行期間環(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 第二時段標(biāo)準(zhǔn)；危險氣態(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。惡臭項目由廣州市環(huán)境衛(wèi)生研究所監(jiān)測；其他項目由環(huán)境保護部華南環(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目成功實現(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，該項目榮獲2010年度“凱盛杯”全國建材行業(yè)技術(shù)革新獎。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目。