造紙污泥的燃燒處理研究現(xiàn)狀與展望

汪文忠

（浙江省造紙工業(yè)學校，杭州市，310004）

造紙工業(yè)作為我國僅次于電信和鋼鐵的第三大產業(yè)，與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展息息相關。截止到2012年我國紙及紙板生產企業(yè)約3500家，紙及紙板生產量達10250萬t，較上年增長3.22%。而早在2008我國紙和紙板年產量已經(jīng)超過美國成為紙和紙板年產量世界第一大國[1-2]。然而在產量增長的同時，伴隨著大量污染物的產生。據(jù)統(tǒng)計，僅造紙工業(yè)污水排放量就占我國污水總排放總量的10%～12%[3]。造紙過程中產生的造紙污泥更因其產量大（每生產1 t紙，產生約1200 kg造紙污泥[4]。）、成分復雜、含水量高、難處理等因素，給資源環(huán)境造成了巨大壓力。如何處理造紙污泥使污泥減量化、無害化和資源化一直是造紙工業(yè)所面臨的重要問題。

1 造紙污泥的性質和危害

造紙污泥是造紙廠污水經(jīng)過一段二段的水處理后的殘余物，按處理過程不同將造紙污泥分為四類，廢水經(jīng)過一級處理產生的污泥稱為一次污泥；經(jīng)過二級生化處理產生的活性污泥為二次污泥；脫墨污泥則是廢紙在浮選脫墨過程中形成的廢渣；廢紙和活性污泥混合在一起稱為混合污泥。污泥中混合污泥含量最高，約占全場污泥的60%。不同種類的污泥組成成分也各不相同，一次污泥中主要是廢水中的懸浮物。脫墨污泥則含有大量油墨、灰分和各種雜質。二次污泥中含有豐富的營養(yǎng)物質，以及大量的細菌真菌等有機體。因造紙污泥的特殊性，其理化性質也與城市污泥和工業(yè)污泥不同，具體特征如下：

（1）含水率高，一般為90%以上，未經(jīng)脫水處理的造紙污泥基本成液體狀，不利于運輸。污泥中所含水分分為間隙水、毛細水、吸附水和內部結合水四類。（2）含鹽量較高，會明顯提高土壤導電率、破壞土壤結構、抑制植物對水分的吸收[5]。（3）含有大量的纖維素、半纖維素、木質素等有機高分子成分。一旦造紙污泥處置不當，很容易腐化發(fā)臭，滋生蚊蠅，造成二次污染。（4）造紙污泥pH值為7.2，顯中性，可以用來改良酸性土壤[6]。

2 污泥處理技術

造紙污泥的處理技術主要分為衛(wèi)生填埋法、堆肥法、脫水法、直接排海法和焚燒法。

造紙污泥的衛(wèi)生填埋技術是造紙污泥處理采用的最廣泛的方式，具體是指采用防滲、覆蓋、滲濾液等一系列工程措施將處理過的污泥集中堆、填、埋的處理方式[7]。這種處理技術具有操作簡單，投資少，處理量大等優(yōu)點。但污泥衛(wèi)生填埋技術只是權宜之計，這種方法嚴重浪費土地及一旦防滲處理不當，滲濾液會危害水土環(huán)境和造成土壤鹽堿化。隨著人們環(huán)保意識的加深，這種處理方式將逐步被淘汰。

造紙污泥作為優(yōu)質的有機肥料，進行好氧堆肥化后農用，可以提高農作物產量。同時污泥中的有機質，腐殖質可改善土壤結構。污泥堆肥處理因其耗能低、投資少、運行費用低而受到許多專家學者的青睞。相對而言，污泥堆肥處理也存在臭氣外排造成二次污染、占地面積大、運輸費用高、下滲會影響周邊的地表水等瓶頸[8-10]。

常用的脫水處理方式分為自然干燥和機械脫水兩種。將造紙污泥自然晾曬，進行蒸發(fā)脫水為自然干燥法。這種方式投資少，成本低。但是占地大，周期長，晾曬過程中有臭味。機械脫水則由于污泥粘度很大，很難分散，只能去除部分自由水，脫水后水含量依然很高。如經(jīng)國內造紙廠普遍采用的鏈帶壓濾機脫水后，造紙污泥含水率還在65%～75%之間[11]。

將造紙污泥直接排入海洋的方法因其對海洋生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源的巨大危害而逐漸被禁止。

造紙污泥焚燒處理是最徹底的污泥處置方法。焚燒法是指把脫水預處理的污泥焚燒，回收焚燒過程中產生的高溫煙氣熱能同時利用袋式除塵和干式或濕式反應塔脫硫凈化達標排放[12]。焚燒過程中可以使有機物碳化，最大限度的減小污泥體積（焚燒后灰渣體積僅相當于機械脫水污泥的10%[13]）。高溫還可以破壞污泥里有毒的有機分子結構。焚燒過程中產生的熱能，還可以用來發(fā)電或供熱。焚燒后產生的灰渣同樣可以進行資源化利用：舒?zhèn)14]研究發(fā)現(xiàn)，用污泥焚燒灰可以制成具有良好透水性能的磚塊，磚塊的各項理化性能均達到國家相關標準要求。經(jīng)球磨方式處理的造紙污泥焚燒灰具有較高的火山灰活性，使用平均粒徑低于100 μm的焚燒灰渣可以等量代替硅酸鹽水泥，卻不降低水泥的強度等級[15]。由此可以預見，隨著污泥產量的持續(xù)增長，對污泥的處理技術的研究將集中在焚燒法上。

3 焚燒法處理造紙污泥的試驗研究

李春雨[16]等分析了城市湖泊污泥、制革污泥，以及兩種造紙污泥的燃燒特性，發(fā)現(xiàn)四種污泥都具有高揮發(fā)分、高灰分、低熱值的特點，燃燒過程分為揮發(fā)分燃燒和固定碳燃燒兩個階段。將造紙污泥單獨焚燒，易于著火，但燃燒速率較低，燃燒時間長。使用采自廣東某造紙廠的脫水車間，自然干燥14 d后的造紙污泥與煤粉在不同比例情況下混合燃燒，進行熱重分析，結果表明，混合燃燒過程中，造紙污泥和煤基本保持各自的揮發(fā)分析出特性，其燃燒曲線基本位于污泥和煤燃燒曲線之間[17]。對造紙污泥和稻草混合燃燒特性和混合物動力學特性進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，混合物的燃燒過程中，平均活化能呈現(xiàn)先增大后減小，然后再增大的趨勢。同時污泥的燃燒過程中存在3個明顯的失重峰[18]。早在2010年3月中旬，在“造紙之鄉(xiāng)”富陽市，造紙污泥焚燒發(fā)電綜合利用一期工程調試成功，日均處理量達600噸，實現(xiàn)了將造紙污泥變廢為寶的資源化利用。

4 循環(huán)流化床焚燒造紙污泥

循環(huán)流化床作為近年來快速發(fā)展的一種高效率、低污染的清潔燃燒技術，整個裝置由循環(huán)流化床焚燒爐本體、啟動燃燒室、送風系統(tǒng)、引風系統(tǒng)、污泥/廢渣加料系統(tǒng)、給煤系統(tǒng)、高溫旋風分離器、返料裝置、尾部煙道、尾氣凈化系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和操作系統(tǒng)等幾部分組成[19]。其基本原理為物料在硫化狀態(tài)下燃燒。物料進入爐膛，細粒子被一次風帶入燃燒室上部燃燒，一般粗粒子在燃燒室下部燃燒。伴隨煙氣飛出爐膛的細粒子由固體物料分離器分離后，經(jīng)返料器返回爐膛燃燒。燃燒過程中產生的煙氣經(jīng)尾部凈化裝置處理后排放。蒲文灝[20]進行了不添加輔助燃料，100%采用造紙污泥在循環(huán)流化床中燃燒試驗，發(fā)現(xiàn)造紙污泥水分含量越高，在流化床內吸熱越多，燃燒反應速度越慢；采用增大二次風率的方法，可以增加燃燒的穩(wěn)定性，提高燃燒效率。曾庭華、孫昕、陳曉平[21-23]等通過試驗研究，證實了造紙污泥進入循環(huán)流化床后，會形成污泥結團，有利于造紙污泥的高效燃燒。當造紙污泥中含水量降至40%時，造紙污泥能在流化床內燃燒穩(wěn)定，含水量高于60%的情況下需要加入輔助燃料。使用煤作為助劑和造紙污泥在流化床中混合燃燒，燃燒效率高于92%。燃燒過程中產生的煙氣和灰渣中的重金屬經(jīng)過凈化處理裝置處理后排放均滿足環(huán)保要求。2004年，常州市排水管理處同東南大學、常州熱電公司改造了常州第一熱電廠1臺20 t/h循環(huán)流化床鍋爐，用來焚燒污泥，運行情況良好[24]。

5 不足和展望

同國外相比，我國對造紙污泥的處理研究相對較晚，主要的處理方式還集中在衛(wèi)生填埋、和污泥農用等傳統(tǒng)方法上。隨著對造紙污泥認識的加深，符合環(huán)境可持續(xù)發(fā)展需要的焚燒法必將受到越來越多的重視。然而焚燒法處理造紙污泥也存在許多問題需要解決：焚燒處理設施投資大，處理費用高；造紙污泥充分燃燒過程中需要添加煤等輔助燃料，隨著能源價格的不斷上漲，污泥焚燒處置成本也隨之增加；應增加造紙污泥和煤等助劑在循環(huán)流化床中燃燒特性，影響因素，最佳配合比等方面的研究；研究是否可以使用其他引燃助劑代替煤炭等不可再生資源，但是不影響造紙污泥的燃燒特性；深入對煤和造紙污泥混合燃燒過程中硫化、污染物生成機理等方面的研究，為焚燒法提供更詳細的實驗數(shù)據(jù)。

[1]中國造紙工業(yè)2012年度報告 [J].中華紙業(yè)，2013，11：10-20+5.

[2]2008年我國成為紙及紙板年產量世界第一大國[J].江蘇造紙，2009，03：29.

[3]胡興軍.環(huán)保政策力促造紙業(yè)邁向有序健康發(fā)展軌道[J].中國包裝，2007，06：79-82.

[4]叢高鵬，施英喬，丁來保等.造紙廢水處理污泥特性及利用[J].江蘇造紙，2013，01：41-48.

[5]武德智.市政污泥與造紙污泥干化特性的實驗研究[D].華南理工大學，2010.

[6]潘美玲，張安龍.造紙污泥性質的研究[J].湖南造紙，2011，01：31-33.

[7]余化龍.淺析污泥衛(wèi)生混合填埋工藝流程及實例應用[J].西南給排水，2011，05：5-8.

[8]田寧寧，王凱軍，楊麗萍，等.污水處理廠污水處置及利用途徑研究[J].工程與技術，2000.02：18-20.

[9]謝佳，徐惠風.污泥堆肥化技術研究進展[A].中國農業(yè)產業(yè)經(jīng)濟發(fā)展協(xié)會.2011新型肥料研發(fā)與新工藝、新設備研究應用研討會論文集[C].中國農業(yè)產業(yè)經(jīng)濟發(fā)展協(xié)會，2011：6.

[10]趙書勤，吳星五.城市污水污泥堆肥化技術的研究進展[J].四川環(huán)境，2003，06：9-12.

[11]楊青永，董志剛.造紙工業(yè)垃圾的燃燒與控制[J].中華紙業(yè)，2007，S1：7-9.

[12]賀蘭海，單連文，姜欽明.焚燒法處理制漿造紙污泥技術[J].中華紙業(yè)，2006，S1：61-63.

[13]侯海盟.城市下水污泥循環(huán)流化床焚燒及排放特性試驗研究[D].中國科學院研究生院（工程熱物理研究所），2013.

[14]舒?zhèn)ィ睇悎@，程曉波等.污泥焚燒灰制磚可行性及其效益分析[J].凈水技術，2011，02：84-87.

[15]張苡銘，俞樂華.造紙污泥焚燒灰用作混凝土礦物摻合料的試驗研究 [J].混凝土與水泥制品，2014，02：80-82.

[16]李春雨，蔣旭光，費振偉，等.制革、造紙和湖泊污泥燃燒特性的研究 [J].燃料化學學報，2009，06：757-762.

[17]寧尋安，張凝，劉敬勇，等.造紙污泥混煤燃燒特性及動力學研究[J].環(huán)境科學學報，2011，07：1486-1492.

[18]李玉忠，馬曉茜，謝澤瓊，蔡梓琳.造紙污泥與稻草混燒動力學的熱重分析法研究[J].華南理工大學學報（自然科學版），2013，12：12-17.

[19]趙長遂，孫昕，陳曉平，等.造紙廢棄物與煤循環(huán)流化床混燒特性研究[J].東南大學學報（自然科學版），2005，01：95-99.

[20]蒲文灝，王逸仁.用流化床焚燒造紙污泥的熱態(tài)試驗[J].工業(yè)鍋爐，1999，03：25-28.

[21]曾庭華，嚴建華，蔣旭光，等.造紙污泥的流化床焚燒技術研究[J].浙江大學學報（自然科學版），1999，03：38-42.

[22]陳曉平，趙長遂，蘭計香，等.造紙污泥流化床焚燒試驗研究[J].環(huán)境保護，1998，07：22-24.

[23]孫昕，趙長遂，陳曉平，等.造紙污泥與煤循環(huán)流化床混燒試驗研究[J].南京工程學院學報（自然科學版），2004，02：43-51.

[24]萬偉泳.城市污水處理廠脫水污泥的焚燒處置[J].中國給水排水，2006，18：68-71.