葛洲壩當(dāng)陽水泥協(xié)同處置污泥的工程實(shí)踐

楊東方，韋 娟，劉琪璇，石 銳，胡景瑞

[1.中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司，北京100102；2.南京中材環(huán)保有限公司，江蘇南京211100；3.中材國際環(huán)境工程（北京）有限公司，北京100102]

0 前言

隨著城市化的不斷推進(jìn)，居民生活水平的不斷提升，對身邊環(huán)境質(zhì)量的要求也在不斷的提高。而伴隨著城市污水處理量的急劇增加，污泥量也呈現(xiàn)逐年上漲的趨勢。按照預(yù)測，到2020年我國污泥產(chǎn)量將突破6 000萬t[1]。污泥的不規(guī)范處置已經(jīng)成為目前我國環(huán)境中的一個新的污染源，甚至可能會抵消處理污水帶來的凈化環(huán)境的效益[2]。污泥成分較復(fù)雜，不僅含有大量的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)營養(yǎng)元素，也含有寄生蟲、致病菌、重金屬和難降解的有機(jī)物等有毒有害物質(zhì)[3]。我國對污泥處理重視不夠、投資不足，造成大量污泥未得到有效處置，污染控制與資源化利用有機(jī)結(jié)合是當(dāng)今固體廢物處理的大趨勢。

新型干法回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)是利用水泥生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯的高溫區(qū)協(xié)同焚燒處置污泥的技術(shù)[6]。水泥窯協(xié)同處置過程中，污泥將在高溫條件下完全焚燒，焚燒產(chǎn)物經(jīng)固化最終進(jìn)入水泥熟料中，從而達(dá)到污泥的安全處置，是符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的新型環(huán)保技術(shù)。高溫、焚燒處置污泥，既能充分利用廢物中的有機(jī)成分的熱值、實(shí)現(xiàn)節(jié)能，又能完全利用污泥中的無機(jī)成分作為原料。水泥廠地域分布廣，水泥生產(chǎn)量大，有利于污泥就地消納，節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用，方便快捷，同時能處理的污泥量也大。

1 葛洲壩當(dāng)陽污泥處置實(shí)例分析

葛洲壩當(dāng)陽水泥有限公司利用水泥窯無害化協(xié)同處置120t/d污泥，該項(xiàng)目依托一條4500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線和一條4000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，協(xié)同處置當(dāng)陽市及周邊地區(qū)城市污泥。

1.1 污泥處置工藝

污泥直接泵送入窯是目前水泥窯協(xié)同處置污泥最普遍的技術(shù)。污水處理廠的污泥，在出廠前已經(jīng)經(jīng)過調(diào)質(zhì)、板框壓濾等措施，使含水率降至55%以下。水泥生料經(jīng)過五級預(yù)熱器預(yù)熱，溫度上升至850℃左右，進(jìn)入溫度為800～900℃的分解爐，污泥從分解爐喂入，與生料混合在高溫下發(fā)生碳酸鹽分解反應(yīng)，然后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)1450℃煅燒，物料在熔融狀態(tài)下形成硅酸鹽產(chǎn)物，冷卻后形成熟料。有毒有害成分在分解爐中得以徹底分解，污泥焚燒后的灰渣作為水泥生產(chǎn)原料，污泥中的重金屬離子也固化在熟料中，避免二次污染。具體工藝流程為：密封罐車將污水廠內(nèi)的污泥運(yùn)輸至水泥廠，經(jīng)過過磅計(jì)量、成分分析后倒入污泥堆棚。通過液壓抓斗或鏟車取料、破碎，破碎后的物料進(jìn)入定量給料機(jī)上方的緩沖倉，再經(jīng)過定量給料機(jī)計(jì)量，計(jì)量后的物料通過膠帶輸送機(jī)、鎖風(fēng)裝置、喂料裝置進(jìn)入水泥窯尾煙室進(jìn)行焚燒處置。車間設(shè)置多個吸風(fēng)口，通過風(fēng)機(jī)抽取風(fēng)量，保證污泥儲存車間維持負(fù)壓，抽取的風(fēng)量進(jìn)入窯頭篦冷機(jī)風(fēng)機(jī)處理。處置工藝流程圖1。

圖1 葛洲壩當(dāng)陽水泥有限公司污泥處置工藝流程圖

表1 常規(guī)元素分析 %

1.2 對水泥品質(zhì)的影響

處置利用污泥必須以不影響水泥的品質(zhì)為前提。污泥中的硫、氯、堿和重金屬元素含量超標(biāo)易對水泥質(zhì)量造成影響，表1～3是對水處理廠污泥進(jìn)行常規(guī)元素、熱值、重金屬元素分析。通常對有害的硫、氯、堿含量，水泥行業(yè)的控制標(biāo)準(zhǔn)為，折合至入窯生料其硫堿元素的當(dāng)量比S/R應(yīng)控制在0.6～1.0左右，Cl元素則控制在0.03%～0.04%以下。

表2 污泥熱值分析

表3 污泥重金屬分析 10-6

通過多種工業(yè)試驗(yàn)表明，市政污泥的化學(xué)特性與水泥生產(chǎn)所用的原料基本相似。且重金屬元素低于標(biāo)準(zhǔn)限值，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置市政污泥，不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，且燃燒后的殘?jiān)蔀樗嗍炝系囊徊糠?，不需要對焚燒殘?jiān)M(jìn)行填埋處置，是一種兩全其美的污泥處置途徑。

1.3 對燒成系統(tǒng)的影響

污泥處置對燒成系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)其對窯尾煙氣量、高溫風(fēng)機(jī)操作狀態(tài)、喂煤量等方面的影響。根據(jù)污泥的處置量（5t/h）和燒成系統(tǒng)的操作參數(shù)，當(dāng)加入污泥進(jìn)入燒成系統(tǒng)后，由于污泥的含水率在55%，熱值為1400×4.18kJ/kg，5000kg為277.8kmol，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，標(biāo)況下為6223m3，高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為500000 m3/h，窯尾煙氣量增加約為1.245%，增加電耗2kWh/h，因此對燒成系統(tǒng)的影響較小。熱值大于污泥自持燃燒的熱值[（900～1000）×4.18kJ/kg]基本不會增加煤耗。

1.4 對配料的影響

污泥替代燃料的處置量往往較大，其處置過程就必然要求對水泥廠的原燃料品質(zhì)及配料方案進(jìn)行調(diào)整。污泥配料前后的物料配比見表4。

表4 污泥配料前后的物料配比 %

1.5 技術(shù)路線顯著優(yōu)勢

葛洲壩當(dāng)陽項(xiàng)目采用污水處理廠處理后的污泥直接入水泥窯協(xié)同處置的技術(shù)方式，與國內(nèi)其他水泥工業(yè)協(xié)同處置污泥技術(shù)相比，顯著優(yōu)勢表現(xiàn)在：

（1）項(xiàng)目的建設(shè)時間短，投資成本低。水泥廠僅需在工藝設(shè)備和給料設(shè)施方面進(jìn)行必要的改造，新建污泥貯存和運(yùn)輸設(shè)施，與新建專用垃圾焚燒廠相比，大大節(jié)省了建設(shè)時間與投資成本。

（2）實(shí)現(xiàn)污泥處置全過程的環(huán)保清潔排放。污泥在水泥窯協(xié)同處置過程中，水、氣、渣零排放，窯尾煙囪煙氣的達(dá)標(biāo)排放，污泥焚燒后的灰渣作為水泥生產(chǎn)原料，污泥中重金屬固化入水泥熟料中，實(shí)現(xiàn)了無二次污染的清潔處置。

（3）運(yùn)行成本低。污泥首先在污水處理廠干化后運(yùn)送至水泥廠，干化后的污泥由于體積減少節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。

2 結(jié)論

污泥資源化利用是未來的趨勢，利用水泥窯協(xié)同處置城鎮(zhèn)污水廠污泥能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的無害化處置和資源化利用，大大減少環(huán)境負(fù)荷，對于資源的綜合利用以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都有著重要的意義。在今后工作中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高城市污泥替換水泥熟料的比例，然后加以研究分析，爭取加大對城市污泥的利用率，減少對礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。同時本項(xiàng)目全新的、可復(fù)制的污泥處置商業(yè)模式，為進(jìn)一步在大中型城市推廣奠定基礎(chǔ)。