杭世珺：多個工藝路線及案例了解污泥水泥窯協(xié)同處置現(xiàn)狀

本文分析了污泥水泥窯協(xié)同處置的國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀，統(tǒng)計了我國部分相關(guān)項目的主要工藝條件和處理規(guī)模，歸納總結(jié)了污泥水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的特點和優(yōu)勢。通過現(xiàn)場調(diào)研和分析，提出了我國污泥水泥窯協(xié)同處置的6種工藝路線，并通過工程實例對各類工藝路線加以說明。

0 概述

隨著我國市政污水處理行業(yè)的蓬勃發(fā)展，水污染治理成效顯著，污水處理廠污泥產(chǎn)量逐年增加，我國城市和縣城污水處理設(shè)施2016年脫水污泥(80%含水率，下同)產(chǎn)量達(dá)4 760萬t，由于我國長期以來“重水輕泥”，相關(guān)設(shè)施建設(shè)沒有同步跟上，污泥處理處置問題未能得到有效解決，形勢十分嚴(yán)峻。目前我國污泥處置主要以填埋為主，其污泥消納能力、環(huán)保指標(biāo)、資源化利用等方面均不能滿足要求。污泥水泥窯協(xié)同處置技術(shù)具有焚燒溫度高、處置徹底、灰渣直接利用、無二次污染，一站式無害化處理的特點，是污泥無害化處置的方法之一，國內(nèi)外均有成熟的應(yīng)用案例。本文在前期的調(diào)研和研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該技術(shù)的國內(nèi)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，對該技術(shù)的應(yīng)用邊界條件、主要技術(shù)參數(shù)作了詳細(xì)的分析，提出了該技術(shù)未來的應(yīng)用前景，為污泥水泥窯協(xié)同處置提供技術(shù)支撐。

1 國內(nèi)外污泥水泥窯協(xié)同處置的應(yīng)用現(xiàn)狀

在歐美國家，污泥水泥窯協(xié)同處置起步較早，形成了完整的法律政策體系并得到了較廣泛應(yīng)用。近年來，日本、瑞士、德國的污泥在水泥窯協(xié)同處置的比例分別為28.7%(2015年)、19%(2003年)和14.6%(2010年)。美國有近200 座污水處理廠采用焚燒方式處理污泥，占全國污泥處理總量的20%，其中6%的污泥采用協(xié)同焚燒方式處置。

我國是水泥生產(chǎn)大國，污泥水泥窯協(xié)同處置項目逐年增加，已經(jīng)成為我國污泥熱化學(xué)處理處置的手段之一。目前我國已建成污泥協(xié)同處置設(shè)施的水泥熟料生產(chǎn)線30～40條，其中部分項目的基本情況如表1所示。

2 污泥水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的特點和優(yōu)勢

利用水泥回轉(zhuǎn)窯焚燒污泥，減少了殘渣、大氣污染物、重金屬等無序排放造成的環(huán)境污染。水泥生產(chǎn)過程中，高溫煅燒可分解污泥中的有機物、水泥熟料礦物的水化過程可固化重金屬，實現(xiàn)污泥的無害化;污泥中的灰分可作為熟料生產(chǎn)的原料，實現(xiàn)污泥的資源化，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟“減量化、再利用、再循環(huán)”的原則，符合循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式。

2.1 有機物分解徹底

水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)高溫、充足的停留時間和懸浮狀態(tài)可以保證污泥中的有機物徹底分解。硅酸鹽水泥熟料的生產(chǎn)原料主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，各種原料磨成細(xì)粉后，按照適當(dāng)比例混合并在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒至部分熔融，得到以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質(zhì)。水泥熟料生產(chǎn)中，為保證CaCO3分解為CaO，分解爐的氣流溫度控制在850～1 100 ℃;在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，硅酸三鈣(C3S)在出現(xiàn)液相以后才能形成，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料燒成溫度1 450～1 550 ℃，爐內(nèi)最高的氣流溫度可達(dá)1 700～1 800 ℃;物料從窯尾到窯頭總的停留時間在40 min左右;氣體在高于950 ℃以上溫度的停留時間在8 s以上，高于1 300 ℃以上停留時間大于3 s;且窯內(nèi)物料呈高湍流化狀態(tài)，二噁英等穩(wěn)定有機物等也能被完全分解。水泥回轉(zhuǎn)窯是一個熱慣性很大，十分穩(wěn)定的燃燒設(shè)備，不會因污泥投入量和性質(zhì)的變化，造成大的溫度波動，系統(tǒng)易于穩(wěn)定。

2.2 二次污染少

水泥熟料生產(chǎn)采用的原料成分決定了水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的堿性氣氛，它可以有效地抑制酸性物質(zhì)的排放，使得SO2和Cl-等化學(xué)成分化轉(zhuǎn)化為鹽類化合物并得以固定;水泥回轉(zhuǎn)窯可將污泥中的絕大部分重金屬離子固化在熟料中，可有效避免其釋放和擴散;污泥所含各類物質(zhì)經(jīng)水泥回轉(zhuǎn)窯處理后只存在于熟料和煙氣中，熟料和煙氣在達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行使用和排放，與污泥單獨焚燒相比，在水泥窯特定工況下，煙氣和飛灰的二次污染風(fēng)險低得多。

2.3 環(huán)境與經(jīng)濟效益顯著

利用水泥回轉(zhuǎn)窯來處置污泥，雖然需要在工藝設(shè)備和給料設(shè)施方面進(jìn)行必要的改造，并需新建污泥貯存和預(yù)處理設(shè)施，但與新建專用污泥焚燒廠相比，不需新建焚燒爐，投資顯著降低;對于設(shè)有水泥熟料生產(chǎn)設(shè)施的地區(qū)，在尚不具備建設(shè)永久性污泥處理設(shè)施的情況下，采用該工藝有利于污泥就地消納，簡化了工藝環(huán)節(jié);通過污泥處置與資源能源回收利用的良好結(jié)合，實現(xiàn)了污染物排放總量的本質(zhì)性降低，符合循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展要求。

3 污泥水泥窯協(xié)同處置的工藝路線

污泥水泥窯協(xié)同處置，應(yīng)以滿足如下條件：

(1)水泥窯系統(tǒng)能夠維持穩(wěn)定運行;

(2)水泥熟料生產(chǎn)和污染物排放均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);

(3)具有一定的經(jīng)濟效益。

污泥預(yù)處理工藝和水泥窯投加點是工藝路線中的兩個關(guān)鍵要素，據(jù)此分類，我國污泥水泥窯協(xié)同處置的主要工藝路線可分為以下幾種：

(1)污泥脫水——窯尾煙室投加;

(2)污泥深度脫水——分解爐投加;

(3)污泥直接/間接干化——分解爐投加;

(4)污泥脫水——氣化爐投加;

(5)污泥脫水——增濕塔噴霧干燥——分解爐投加;

(6)污泥/污泥焚燒灰渣——原料投加。

以下簡要介紹各個工藝路線的代表性案例，其中大部分案例經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研。

編輯：王媛媛