建筑垃圾工程渣土與市政污泥協(xié)同處理技術(shù)探討

引言

建筑垃圾作為我國城市單一品種排放數(shù)量最大、最集中的固體廢棄物，其隨著國家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進，產(chǎn)生量呈穩(wěn)步上升趨勢。其中，工程渣土作為建筑垃圾中的最大組成部分，大多以直接消納棄置處理方式為主，這勢必會造成明顯的生態(tài)環(huán)保問題，同時還存在安全隱患。大量工程渣土的雜亂處理和無效利用將會制約城市發(fā)展。

同樣，生態(tài)安全問題也發(fā)生在市政污泥處理領(lǐng)域。城市生活污水處理的規(guī)范化和集中化處理水平，一直都是體現(xiàn)城市發(fā)展水平和環(huán)境保護意識的重要組成部分。作為污水處理廠終端產(chǎn)物的污泥，其最終去處和處理處置手段也不應(yīng)被忽略，傳統(tǒng)簡易晾曬脫水、填埋方式早已不適用于新發(fā)展理念。

國家發(fā)展和改革委員會《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，我國建筑垃圾綜合利用率達到60%。作為建筑垃圾中產(chǎn)生量最大且難以高端資源化利用的工程渣土，如何與市政污泥協(xié)同處理，將是固廢板塊跨領(lǐng)域協(xié)同處置中值得探尋的路徑。

一、研究現(xiàn)狀

（一）研究背景介紹

1．工程渣土

依托“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的新發(fā)展觀理念，從宏觀范疇到微觀組分，建筑垃圾均有顯著變化。依據(jù)《建筑垃圾處理技術(shù)標準》（CJJ/T 134—2019），我國建筑垃圾目前以拆除垃圾、工程垃圾、裝修垃圾、工程渣土和工程泥漿為五大核心分類，其中工程渣土產(chǎn)生量最大。

我國800萬以上人口城市達到30個，大規(guī)模城市化進程必然帶來深層次、多功能的地下空間開發(fā)與利用，同時也會隨之產(chǎn)生數(shù)量龐大的工程渣土。據(jù)統(tǒng)計，僅我國在建盾構(gòu)隧道工程領(lǐng)域，就將產(chǎn)生超過2億m3的工程渣土，其公共環(huán)境與安全問題也在逐步凸顯。國內(nèi)目前多以直接消納棄置方式處理工程渣土，即便個別地區(qū)根據(jù)渣土區(qū)域特性，適當回收了其中砂、石成分，但是大部分均以直接堆填為主。除了堆填安全性方面，簡易堆放的建筑垃圾工程渣土，還可能產(chǎn)生重金屬等復(fù)合型污染，并隨自然降水過程而遷移，加劇生態(tài)環(huán)境污染。

2．市政污泥

隨著市政基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，我國城市及縣域污水處理廠已達5000余座，總處理能力約2.5億m3/d，城市污水處理率超過98%。污泥作為城鎮(zhèn)污水處理的必然產(chǎn)物，其存量巨大且產(chǎn)生量仍以5%～10%的速度遞增。污泥中含有大量有毒有害物質(zhì)、細菌、病原菌等，污水污泥安全處置已成為影響污水處理行業(yè)的重要環(huán)境問題。

2015年《水污染防治行動計劃》的發(fā)布反映了我國政府部門從“重水輕泥”向“泥水并重”的思路轉(zhuǎn)變，盡管如此，國內(nèi)污泥處理設(shè)施建設(shè)仍未與污水處理能力相匹配。規(guī)劃建設(shè)滯后、無害化及資源化利用水平不高、運營成本居高不下，成為制約我國城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)良性發(fā)展的瓶頸。2022年，由國家發(fā)展和改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布的《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》明確提出，到2025年，全國新增污泥（含水率80%的濕污泥）無害化處置設(shè)施規(guī)模不少于2萬t/d，城市污泥無害化處置率達到90%以上，基本形成設(shè)施完備、運行安全、綠色低碳、監(jiān)管有效的污泥無害化資源化處理體系。

（二）工程渣土處理技術(shù)現(xiàn)狀

結(jié)合國家層面提出的“城市雙修”政策背景，將工程渣土消納與城市多元化建設(shè)相融合，秉持“生態(tài)修復(fù)”“生態(tài)重塑”“資源再利用”理念，理清城市與生態(tài)共生關(guān)系，是工程渣土處理的必經(jīng)之路。結(jié)合城市園林景觀、園區(qū)開發(fā)、生態(tài)修復(fù)等需求，工程渣土在公路丘陵防護林帶、建設(shè)場地預(yù)平整、自然地貌與山體修復(fù)、耕地復(fù)原、山體公園等方面，均有用武之地。

在建材資源化利用方面，利用渣土進行燒結(jié)磚的燒制，其記載可溯源至5000年前，陜西省藍田縣一處仰韶時代考古遺址顯示，渣土燒結(jié)工藝歷史源遠流長。隨著科技進步及工藝精進，采用“原料預(yù)處理＋陳化＋成型＋干燥焙燒”工藝路線，結(jié)合二次碼燒技術(shù)，已成為現(xiàn)今隧道窯燒結(jié)工藝主流（圖1）。受消納能力限制、環(huán)保排放制約以及市場需求萎縮影響，渣土向燒結(jié)磚砌塊轉(zhuǎn)化路徑充滿阻礙。

我國華南地區(qū)以及沿海城市的工程渣土，其含砂率相對較高，充分回收其砂、石成分是處理廠效益根本所在。但是，工程渣土砂石回收工藝伴隨產(chǎn)生的壓濾泥餅消納去向，是影響工程渣土整體資源化率指標的關(guān)鍵（圖2）。

（三）市政污泥處理技術(shù)現(xiàn)狀

污泥處置常用方法包括土地利用、填埋、堆肥及焚燒（表1）。在此基礎(chǔ)上，建材資源化利用也成為近年污泥利用的重點探索方向。

幾乎所有國家都認識到，由于填埋侵占大量土地、處理費用日益增加、以及隨著環(huán)保標準的提高和回收利用政策的執(zhí)行，填埋法將不再是污泥處置可持續(xù)發(fā)展的途徑。單獨焚燒處置在目前污泥處置中所占比例還較低，主要原因是單獨焚燒投資和處理成本過高，并且高含水率污泥本身直接焚燒也存在技術(shù)問題。因此，對污泥進行干化處理，不管后續(xù)出口單元是焚燒還是建材利用，都是必要環(huán)節(jié)。

由于我國各地焚燒收費價格差異大，容易對干化后污泥出口銷路造成較大波動性影響，因此對干化后污泥進行建材資源化利用是對污泥處理企業(yè)較為穩(wěn)妥的出口保障，并且能夠真正實現(xiàn)廠內(nèi)資源化處理以及跨領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用。

二、工程渣土與市政污泥協(xié)同處理技術(shù)路線

為徹底實現(xiàn)“減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”目標，經(jīng)砂石回收后的工程渣土泥餅（含水率一般為25%～35%）和污水廠的脫水污泥（含水率一般為80%左右）可以通過“原料預(yù)處理＋攪拌混合＋陳化＋造粒成型＋預(yù)熱焙燒＋冷卻篩分”的工藝技術(shù)路線，制備再生陶粒產(chǎn)品（圖3）。

（一）原料預(yù)處理

工程渣土通過“水力化漿＋螺旋洗砂＋輪斗洗砂＋粗砂回收＋細砂回收＋泥水濃縮壓濾”工藝，產(chǎn)生的脫水泥餅含水率為25%～35%。渣土首先在滾筒化漿機中加水稀釋，經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工序，隨后根據(jù)粒徑的大小送至后續(xù)流程，其中細砂（0.18～0.5 mm）與泥水混合物一起進入細砂回收單元，通過旋流器溢流、振動脫水篩等工序高效回收。

水廠送至的脫水污泥，含水率一般在80%左右（一些水廠采用板框壓濾工藝，出泥含水率可達到60%）。為保障后續(xù)成型環(huán)節(jié)滿足含水率要求，污泥需要經(jīng)過干化處理。目前國內(nèi)污泥干化市場，多種污泥干化技術(shù)并存，其中最為常用的是薄層式干化機、圓盤式干化機、槳葉式干化機等；歐美等發(fā)達國家的水務(wù)公司，如蘇伊士、威立雅等，污泥干化普遍采用薄層式干化技術(shù)。通過運營經(jīng)驗總結(jié)，綜合考慮能耗、后續(xù)處置功能要求等因素，干化后污泥含水率約為40%。

污泥干化工藝流程為：污泥接收→干化→堆放。濕污泥由汽車從污水廠運入，經(jīng)過地磅稱重后，卸在濕污泥接收倉。進入濕污泥儲存?zhèn)}的濕污泥由螺旋輸送機輸送到柱塞泵，再泵輸送到下一工藝單元。干化所產(chǎn)生的污水經(jīng)污水處理系統(tǒng)處理達標排放，產(chǎn)生的煙氣經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后排放。

（二）攪拌混合

皮帶輸送機將工程渣土與干化后的污泥共同送入雙軸攪拌機進行混合。由于混合物料成分相對復(fù)雜，為保障后續(xù)造粒原料成分均勻，應(yīng)設(shè)置兩級攪拌，完成攪拌后，輸送至陳化庫進行陳化。

（三）陳化

原料經(jīng)過前序處理后含有一定的水分，進入陳化庫進行48～72 h陳化，一方面使原料充分均化可增加其塑性；另一方面，對生產(chǎn)的連續(xù)性起到調(diào)節(jié)和緩沖作用。陳化后的原料用多斗挖掘機、帶式輸送機運送到后續(xù)工藝環(huán)節(jié)。

（四）造粒成型

陳化后物料經(jīng)雙軸攪拌機攪拌，送至對輥制粒機造粒。制出來的生料顆粒送至整形篩分機進行圓整和篩分，經(jīng)整形篩分機篩分出來的合格生料由下部的卸料槽排出，經(jīng)帶式輸送機輸送到窯尾進料裝置，不合格的生料被篩出后，返回上一工段環(huán)節(jié)重新造粒。

（五）預(yù)熱焙燒

生料粒在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，隨著回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)，并逐步向窯頭方向移動，在移動的過程中與高溫?zé)煔膺M行熱交換，在燒成帶1050 ℃～1200 ℃下煅燒成陶粒?；剞D(zhuǎn)窯的各處連接部位均設(shè)有魚鱗片密封，通過窯內(nèi)負壓和魚鱗密封保證煙氣和煙塵不向外泄露。

回轉(zhuǎn)窯煅燒采用能源一般為天然氣，天然氣經(jīng)調(diào)壓后通入燃燒器的燃氣接口，另一個接口接一次風(fēng)機，外界的一次風(fēng)與天然氣在燃燒器的出口處進行混合燃燒。

（六）冷卻篩分

燒成陶粒進入單筒冷卻機尾部筒內(nèi)，向前揚料滾動，回轉(zhuǎn)窯窯頭負壓可將機外冷空氣從冷卻機頭部（卸料端）引入，在冷卻陶粒的同時溫度逐步升高，并引入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)作二次風(fēng)助燃，提高燃燒效率。

出冷卻機的陶粒，經(jīng)鱗板輸送機、提升機輸送至成品倉暫存，經(jīng)皮帶輸送機送往成品篩進行篩分，篩分后的指定規(guī)格產(chǎn)品經(jīng)過打包機包裝后進行分類存放，準備對外銷售。成品陶粒可深度加工制成陶粒砌塊、輕質(zhì)墻板、陶?；炷恋染G色建材產(chǎn)品。

三、結(jié)論與展望

工程渣土與市政污泥協(xié)同進行建材資源化方向利用的工藝技術(shù)路線，關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)點在于成型前的預(yù)處理單元。根據(jù)項目實際來料特點，靈活進行預(yù)處理單元的功能切換是項目運營成功的關(guān)鍵。例如，當來料市政污泥較少或污泥本身經(jīng)過水廠壓濾脫水后含水率較低時（含水率一般為60%～80%），可通過加大低含水率工程渣土（含水率一般為10%～25%）摻配比例或進行單獨預(yù)烘干后再與污泥混合、陳化，這樣可省略污泥干化工藝環(huán)節(jié)（目標混合含水率控制在20%及以下），降低運營成本。

污泥在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)通過1050 ℃～1250 ℃高溫?zé)?，病毒、細菌、寄生蟲、抗生素等均會失去活性，生料表面發(fā)生熔融，冷卻后形成堅硬釉質(zhì)，起到固化重金屬的作用。利用這個機理特性，可以嘗試將污染土、工業(yè)污泥等難以處置原料進行適當摻配，在無害化處理的基礎(chǔ)上，最大限度地實現(xiàn)其資源化社會效益。

建設(shè)工程渣土與市政污泥協(xié)同處理項目，對于年產(chǎn)20萬m3標準化陶粒生產(chǎn)線，每年可消納工程渣土約10萬t、市政污泥約6.6萬t。項目占地根據(jù)項目邊界條件（主要受用地形狀、來料性狀、能源供應(yīng)方式、原輔材料及成品存儲要求等影響）設(shè)置，一般需要30～50畝（1畝=1/15公頃）。以市政污泥作為基準參考，項目投資成本在60～70萬元/t污泥，運營成本則可控制在220～280元/t污泥。在實現(xiàn)多類城市固體廢棄物協(xié)同資源化處理的同時，也拓寬了工程渣土與市政污泥的資源化利用范疇。

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（責(zé)任編輯：榮榮）