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處置污水廠污泥的方法解析

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源化”。處理要求是最終處置時對環(huán)
境無害。按此要求，污泥可經(jīng)過濃
縮、穩(wěn)定、調(diào)理、脫水、滅菌、干化、堆
肥、焚燒等一個或多個處理手段組合
處理。如前所述，我國的污水廠基本
上對污泥處理處置到脫水階段。
2 國內(nèi)外污水廠污泥處理處置方法
2．1 衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋操作相對簡單，投資費
用較小，處理費用較低，適應性強。
但是其侵占土地嚴重，如果防滲技術
不夠，將導致潛在的土壤和地下水污
染。污泥衛(wèi)生填埋始于20世紀60年
代，到目前為止已經(jīng)發(fā)展成為一項比
較成熟的污泥處置技術。污泥填埋
是歐洲特別是希臘、德國、法國在前
幾年應用最廣的處置工藝。由于滲
濾液對地下水的潛在污染和城市用
地的減少等，對處理技術標準要求越
來越高(例如德國從2000年起，要求
填埋污泥的有機物含量小于5％)，
許多國家和地區(qū)甚至堅決反對新建
填埋場。近年來污泥填埋處置所占
比例越來越小，填埋并不能最終避免
環(huán)境污染，而只是延緩了污染產(chǎn)生的
時間。
2．2 污泥農(nóng)用和堆肥
70年代以后由于污泥產(chǎn)生的環(huán)
境問題和填埋技術的缺點日益突出，
污泥堆肥技術引起了世界各國的廣
泛重視，并成為環(huán)保領域的一個研究
熱點。我國在污泥堆肥工藝上接近
國外的先進水平，但在機械設備上與
國外存在很大差距?？偟膩碚f，堆肥
工藝效率低，成本也高。各種堆肥工
藝基本上都具有勞動強度大、設備維
護復雜、占地大等缺點。污水廠污泥
進行堆肥節(jié)約了能源，有效地利用了
資源，但因污泥中基本都不同程度地
含有金屬物質(zhì)，如Zn、Fe、Mn、Cu、
Pb、cd、Hg等，如含量過高，在堆肥化
過程中須有特殊的要求，否則成為不
可用肥料。
污泥農(nóng)用投資少，能耗低，運行
費用低，其中有機部分可轉(zhuǎn)化成土壤
改良劑成分。影響污泥農(nóng)用的主要
因素是重金屬污染、病原體、難降解
有機物及N、P的流失對地表水和地
下水的污染。目前對重金屬污染研
究較多，主要集中在污泥農(nóng)用后土壤
耕作層重金屬的變化、作物各部位富
積量、存在形態(tài)及其影響等。因此，
需要嚴格控制污泥堆肥質(zhì)量，合理施
用，才不會造成重金屬污染。但這需
要對其中的重金屬含量進行嚴格定
期監(jiān)測并進行長期跟蹤。近年來，隨
著污泥農(nóng)用標準(如合成有機物和重
金屬含量)的日益嚴格，許多國家如
德國、意大利、丹麥等污泥農(nóng)用的比
例不斷降低。
2．3 污泥焚燒
以焚燒為核心的處理方法是最
徹底的處理方法，它能使有機物全部
碳化，殺死病原體，可最大限度地減
少污泥體積，但是其缺點在于處理設
施投資大，處理費用高，有機物焚燒
會產(chǎn)生二惡英等劇毒物質(zhì)。自1962
年德國率先建議并開始運行了歐洲
第一座污泥焚燒廠以來，焚燒的污泥
量大幅度增加。在國外，特別是西歐
和日本已得到了廣泛的應用。在日
本，污泥焚燒處理已經(jīng)占污泥處理總
量的60％ 以上，歐盟也在10％ 以
上。為防治焚燒產(chǎn)生二惡英等有害
氣體，要求焚燒溫度高于850℃。焚
燒后產(chǎn)生的焚燒灰可以改良土壤、筑
路，制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。在
國內(nèi)由于其一次性投資大，焚燒煙氣
需進一步處理，處理工藝復雜、技術
難度大、成本昂貴等問題而一直未得
到應用。
2．4 海洋傾倒
海洋傾倒操作簡單、對于沿海城
市來說其處理費用較低。但是，隨著
生態(tài)環(huán)境意識的加強，人們越來越多
地關注污泥海洋傾倒對海洋生態(tài)環(huán)
境可能存在的影響。美國于1988年
已禁止污泥海洋傾倒，并于1991年
全面加以禁止。日本對污泥的海洋
投棄作了嚴格的規(guī)定。中國政府于
l02
1994年初接受3項國際協(xié)議，承諾于
1994年2月20日起不再海上處置工
業(yè)廢物和污水污泥。海洋傾倒在英
國尤其流行，因為與其他方法相比，
其費用相當?shù)?。但是?998年底，
歐共體城市廢水處理法令(91／271／
EC)已經(jīng)禁止其成員國向海洋傾倒
污泥。
2．5 石灰穩(wěn)定
石灰穩(wěn)定法是一種簡單的方法，
所需的基建費用不高。但此法實際
上沒有直接降解有機物，而且不僅不
能使污泥固體物的量減少，反而使固
體物增加，因此對其進行最終處置時
的費用往往要比別的方法高。石灰
穩(wěn)定主要是解決污泥的臭氣問題和
殺死病原體。石灰與污泥間的復雜
反應還不清楚，但復雜分子分解、皂
化作用、酸堿中和等反應是存在的，
這些反應大大降低了污泥的肥料價
值和燃料價值。
2．6 污泥干化
污泥干化能使污泥顯著減容，體
積可以減少4～5倍，產(chǎn)品穩(wěn)定、無臭
且無病原生物，干化處理后的污泥產(chǎn)
品用途多，可以用作肥料、土壤改良
劑、替代能源等。經(jīng)過幾十年的發(fā)
展，污泥干化技術的優(yōu)點正逐步顯現(xiàn)
出來。由于干化后污泥的含水率較
低，污泥體積大大減少，方便運輸和
貯存；而且污泥干化后用途廣泛：若
與無機肥料摻混，可制成復合肥料；
若與]二業(yè)燃料摻合，其熱值相當于褐
煤；工藝及裝備成熟的干化過程是在
封閉的設備中進行，對環(huán)境的影響
小，而且占地面積少。污泥干化過程
中可視為水的蒸發(fā)過程，需要外部提
供熱能。
目前，除了海洋傾倒、石灰穩(wěn)定
以外，其他的處置方法之前，基本上
都對含水80％的污泥先進行一定程
度的干化，以對其大幅度減量。一般
來講，含水率低于10％時成為全干
化，介于60％～10％間稱為半干化。
2．7 污泥熔融
CEMENT TECHNOLOGY 4／20 1 2
污泥的熔融技術是將干化后的
污泥經(jīng)過1300～1500℃的高溫煅燒，
燃盡其中的有機成分，并使重金屬幾
乎完全喪失可溶出性。在使用機械
脫水機處理污泥時，一般要加凝聚
劑，使得污泥的灰分堿度大，熔點也
高。因此，此種處置辦法需要特制的
熔融爐，目前，只有日本采用。
3 國內(nèi)污泥處置概況
污水處理中的污泥處理和處置
技術在我國還處于起步階段，在全國
現(xiàn)有污水處理設施中有污泥穩(wěn)定處
理設施的還不到1／4，處理工藝和配
套設備較為完善的還不到1／10，能夠
正常運行的為數(shù)不多，污泥直接排放
造成的二次污染以及占用土地資源
和削減生活垃圾填埋場正常使用容
量等情況已經(jīng)引起各地充分的重
視。我國存在大量小型污水處理廠，
其污泥絕大部分未能得到妥善處置，
污泥處置已經(jīng)成為污水處理廠設計、
運行中必須優(yōu)先考慮的重要環(huán)節(jié)。
目前我國污水廠污泥的主要去
向還是垃圾填埋場，甚至是普通填埋
場。隨著污水處理率的不斷提高，污
泥大量的產(chǎn)出給垃圾填埋場帶來巨
大負擔，縮短了使用年限，而且存在
安全隱患，給城市垃圾處理造成了影
響，并使得適宜填埋的場所顯得越來
越有限。近年來，隨意傾倒并造成環(huán)
境災害的案例也時有發(fā)生。
在單純的污泥焚燒方面，目前全
國還沒有真正意義上的污泥焚燒廠。
在污泥干化處理方面，上海石洞
口污水廠已經(jīng)建成運轉(zhuǎn)了一座日處
理干泥30t的污泥干化廠(干化加焚
燒)；北京市清河污水廠已建成日處
理干泥80t(濕泥400t)的污泥干化廠
(干化后外運)。
4 水泥窯協(xié)同處置污泥
利用水泥窯進行協(xié)同處置是無
害化、資源化處置污泥的一個重要方
式。日本、美國及歐洲早在上世紀
70、80年代就有了這方面的工業(yè)化
應用。中國的水泥廠家在利用水泥
2012／4水泥技術
窯協(xié)同處置工業(yè)固體廢棄物、危險廢
物方面也有了近20年的成功實踐。
現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)工藝即新型干
法水泥熟料生產(chǎn)線具有如下特點：
(1)自身產(chǎn)能大。我國從上世紀
90年代建設的新型干法水泥熟料單
線產(chǎn)能基本都在2000t／d、4000t／d、
5000t／d甚至更大。熟料燒成系統(tǒng)的
熱容量、物料承載量大，生產(chǎn)余熱量
相對大，可以利用。
(2)水泥熟料燒成溫度高，物料
煅燒溫度>1400％ ，氣體最高溫度達
到1700cc，其中900cc～1700℃ 的高溫
段長達幾十米，以CaO和SiOz為主的
物料的停留時間長達幾十分鐘，污泥
的熔融溫度就是由其自身的灰分比
尤其是稱之為堿度的CaO和SiO2的
含量比決定的；煙氣的停留時間長達
幾秒甚至十幾秒，非常有利于有機物
及揮發(fā)分等分解。
(3)整個燒成系統(tǒng)呈堿性環(huán)境，
可中和各種酸性物質(zhì)，如鹵素有害
物。
(4)燒成系統(tǒng)的煙氣處理系統(tǒng)復
雜，要求的排放水平高，完全滿足污
泥焚燒產(chǎn)生的煙氣處理。
(5)水泥生產(chǎn)自動化水平高，可
長期穩(wěn)定運行，這是任何處置污泥的
獨立裝置所不能比擬的。
(6)水泥生產(chǎn)相比于鋼鐵廠、熱
電廠，對于原燃料品質(zhì)波動的敏感性
不強，可以比較好地適應各種廢棄
物。
利用水泥窯協(xié)同處置各種廢棄
物，主要遵循兩大基本原則：(1)協(xié)同
處置以后，水泥產(chǎn)品的質(zhì)量(包括重
金屬含量的限值)應符合國家及地方
的相應的水泥標準；(2)協(xié)同處置以
后，水泥窯對環(huán)境的污染物排放應符
合國家及地方的排放標準。相關水
泥企業(yè)，如北京水泥廠，經(jīng)過多年大
規(guī)模處置工業(yè)同體廢棄物的成功經(jīng)
驗證明：在充分利用好新型干法水泥
熟料生產(chǎn)線特點的基礎上，通過合理
的協(xié)同處置的工藝選擇，是完全可以
l03
符合上述兩大原則的。利用水泥窯
協(xié)同處置污水廠污泥，本身是水泥窯
協(xié)同處置各種T業(yè)廢棄物的技術延
續(xù)。
新型干法水泥窯系統(tǒng)處置污泥
可以有兩種方式：一是直接將含水
80％脫水污泥投入窯內(nèi)；二是先對脫
水污泥進行一定程度的干化后再投
入窯內(nèi)。兩者主要的差別在于，前者
水分太高，單位時間投入的污泥量
??；如集中一點投入，易造成燒成工
況的局部劇烈波動，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的
穩(wěn)定；后者可以大幅提高污泥處置
量。
經(jīng)過試驗和分析研究，利用水泥
窯規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化處置污水廠污泥的
方式可以確定為：
(1)利用水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱
對污泥進行干化；干化后的含水率根
據(jù)具體的生產(chǎn)線情況確定，但不大于
50％為佳。
(2)干燥后的污泥在窯系統(tǒng)適當
的位置投入窯內(nèi)；污泥的剩余水分在
窯內(nèi)蒸出、有機物揮發(fā)分高溫焚燒，
其熱值得到充分利用；不可燃成分混
入水泥生料得到高溫煅燒熔融，形成
水泥熟料，重金屬得以安全分散固
化。
(3)污泥干化選擇密閉循環(huán)工
藝，務必使蒸發(fā)出的含有大量有害元
素的水得以冷凝，不使其以蒸汽形式
排向大氣；此部分蒸發(fā)水由獨立的水
處理系統(tǒng)凈化處理后可作為循環(huán)水
回用。
(4)污泥干化過程中產(chǎn)生的臭氣
及不可凝氣可經(jīng)過收集直接通向窯
系統(tǒng)的高溫區(qū)域，使其迅速分解。
該方法是基于環(huán)境安全，全面結(jié)
合水泥生產(chǎn)線、發(fā)揮新型干法水泥工
藝各項優(yōu)點，大規(guī)模處置污泥的可行
方法。其中最大的亮點是：充分利用
水泥燒成的余熱，節(jié)約能源；污泥得
到安全的最終處置，無二次污染；污
泥中的液體和固體均得到最大程度
的利用。
鋼鐵廠熱電廠也有大量的余熱
可供利用，但和水泥窯相比沒有優(yōu)
勢。鋼鐵廠熱電廠的余熱連續(xù)性穩(wěn)
定性不如水泥窯，而且污泥僅能以燃
料形式使用，并將形成爐渣，轉(zhuǎn)變成
新的固體廢棄物，仍需再處理。
2008年3月北京水泥廠有限責
任公司處置污水廠污泥工程項目啟
動，該項目處理污水廠污泥500t(含
水率80％ )，干化后的污泥水分≤
35％ ，污泥處理系統(tǒng)與水泥窯同步生
產(chǎn)運行。
污泥項目工藝框圖見圖1。
其中項目關鍵所在為煙氣一換熱
系統(tǒng)、污泥干燥系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)，
該項目經(jīng)過近一年多的設計、采購、
施工、安裝，調(diào)試、測試等建設，2010
年該系投入運行。項目的運行情況
如下：
煙氣一換熱系統(tǒng)。熱工標定的
結(jié)果表明供熱系統(tǒng)能夠滿足設計指
標。在窯系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的前提下，可
以穩(wěn)定供應干化系統(tǒng)所需的熱量和
導熱油溫度。在進行蒸發(fā)量測試階
段以及熱工標定階段，水泥生產(chǎn)系統(tǒng)
與污泥干化系統(tǒng)密切配合，連續(xù)維持
拉風高位，實踐也證明取熱系統(tǒng)達到
設計標準。
污泥干燥系統(tǒng)。經(jīng)過測試，五套
系統(tǒng)的蒸發(fā)能力達到了設計標準。
依據(jù)所測試的蒸發(fā)量折合處置含水
率為80％ 的污泥干化到含水35％的
設計基準，五條線的處理能力平均滿
足100t／d的處置量，考慮到測試期間
實際污泥的含水率平均高于85％、干
泥的含水率平均在30％ ，布袋壓差已
經(jīng)升高6、7倍，因此就干化回路的能
力已經(jīng)達標。
廢水處理系統(tǒng)。通過近半年的
調(diào)試、改進，原水和出水的測試檢驗，
當進廠污泥的指標控制在合理范圍
內(nèi)時，干化后的污水指標也在合理范
圍內(nèi)，污水處理站可以正常工作，處
理后的清水滿足設計要求。
中國水泥發(fā)展中心物化檢測所
(報告編號100627)于2010年6月至
7月對該項目系統(tǒng)進行了熱工標定，
表1、2、3僅列出對2號窯和預熱器的
部分標定結(jié)果。
上述標定結(jié)果顯示水泥工廠處
置污泥對生產(chǎn)系統(tǒng)影響不大，對環(huán)境
的影響完全符合國家標準。
5 有待解決的問題
項目
窯產(chǎn)量，dd
窯單位容積產(chǎn)量，t／m3．d
熱耗，kJ／kg
電耗，kWh／t
表2
項目
溫度，℃
廢氣量，t／m3,d
測點 C02
北水2號窯 32．75
北水2號窯(帶污泥) 29．80
104
圖1 污泥項目工藝框圖
表1 回轉(zhuǎn)窯的標定數(shù)據(jù)
北水2號窯(帶污泥)
3464
4．39
3752．05
27．93
北水2號窯
3536
4．5
3400．51
27．93
預熱器出口溫度和廢氣量的標定數(shù)據(jù)
jE水2號窯(帶污泥) 北水2號窯
366 360
1．6341 1．5990
表3 預熱器出口氣體成分。％
02
3．45
5．2O
CO
0．00
0．02
N2
63．80
64．98
過?？諝?
1．255
1．430
CEMENT TECHN0L0GY 4／20 1 2
污泥干化環(huán)節(jié)與其他任何物料
干化環(huán)節(jié)類似，干化系統(tǒng)的能力是以
水分蒸發(fā)量來衡量的，取決于進泥含
水率與出泥含水率的差別。因此，同
等條件下，進泥含水率的高低直接影
響著干化系統(tǒng)表觀產(chǎn)能即實際物料
干化量的高低。
由于脫水污泥來源于城市污水
處理廠污泥脫水車間，因此，具體到
特定的污水廠的污泥，其性能指標除
了與其原水情況、季節(jié)氣候等相關
外，與該污水廠的污水治理工藝裝
備、脫水車間的工藝裝備、各環(huán)節(jié)所
使用的各種添加劑、絮凝劑以及污水
廠整體的運行水平都緊密相關。在
設計污泥處置工廠時，對應的污泥指
標均以國家標準為參照(參見《城鎮(zhèn)
污水處理廠污泥泥質(zhì)標準
GB24188—2009~)。其中，脫水污泥
的含水率是強制性指標，必須小于
80％ 。但是，在項目運行中，從污水
廠來的脫水污泥含水率最高達到
90％以上，平均也在85％ 。另一方
面，泥質(zhì)標準中礦物油的指標為
3000mg／kg干污泥，而進廠的脫水污
泥曾長期達到10000mg／kg干污泥以
上，最高值甚至超過了23000mg／kg
干污泥。
含水率高，使干化處置企業(yè)實際
處置的濕污泥量下降，熱量利用超負
荷；含油過高，造成收塵環(huán)節(jié)糊袋，壓
差上升，工藝回路參數(shù)變動；更嚴重
的是，造成干化出的蒸汽在冷凝環(huán)
節(jié)、水處理環(huán)節(jié)的處理不力，因為礦
物油的含量與冷凝液的COD／BOD等
值成等比關系。
雖然泥質(zhì)標準中沒有提及脫水
污泥中的含砂率，但是含砂率的高低
直接影響污泥輸送、干化等設備的材
質(zhì)選擇與運行壽命。北京水泥廠所
接受的污泥的含砂率一度高達30％
(以全干污泥中將SiOz看作全部含砂
量)以上，接觸污泥的設備磨損是相
當嚴重的。而在前期調(diào)研及取樣分
析時得到的含砂量約為10％。
6 結(jié)論
綜上所述，基于污水廠污泥的特
殊性質(zhì)，處置污泥一直是各國的難
題。尤其在我國，各種獨立解決污泥
的方式方法不僅起步晚，而且成效
慢，無法在短期內(nèi)解決當下的污泥污
染問題。在各行業(yè)當中，新型干法水
泥生產(chǎn)窯具有天然的處置污泥的優(yōu)
勢，除了不能發(fā)揮污泥的肥料價值以
外，其他可資源化利用的都得到了利
用，而且處置規(guī)模相對較大。我們堅
信，通過實踐的摸索，完善具體的技
術問題，現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)企業(yè)與大規(guī)
模規(guī)范化處置污水廠污泥將共生共
存，這是目前大量的城市污泥集中化
處置的最佳方法。
參考文獻：
[1]張辰，王國華 曉副．污泥處理處置技術與
工程實例[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2006．
[2]徐強，張春敏，趙麗君．污泥處理處置技術及
裝置[M]北京：化學工業(yè)出版社，2003．
俄羅斯Novotroizk greenfield水泥廠第二條生產(chǎn)線投產(chǎn)調(diào)試
俄羅斯JUGPK公司向洪堡公司
屬下的ZAB公司訂購了一條3000t／d
水泥生產(chǎn)線，設置在Novotroizk的
greenfield廠。該廠緊鄰鋼鐵廠，可
將鋼廠廢礦渣用作水泥原料。礦渣
中含有有機物和未完全燃燒物，用
作水泥生產(chǎn)原料可減少熟料生產(chǎn)熱
耗，減少C02排放。
生產(chǎn)線于2011年進行生產(chǎn)線調(diào)
試實驗，熟料、水泥產(chǎn)量均超過設計
保證，熱耗低于俄羅斯規(guī)定的新線
熱耗。
生產(chǎn)線主機規(guī)格和調(diào)試實驗數(shù)
據(jù)如下：
燒成系統(tǒng)主機裝置
RP13—170／140帶V型和LS靜態(tài)
選粉機的輥壓機系統(tǒng)。
帶Pyroclom~R分解爐和三次風
2012／4水泥技術
表1 系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)
熟料產(chǎn)量 t／d
熟料電耗。kWh&amp;amp;
熟料熱耗 kJ／kg
電收塵，預熱器顆粒 聯(lián)合操作
濃度，mg／m (標) 直接操作
冷卻機廢氣顆粒濃度，mg／m (標)
水泥粉磨系統(tǒng)，t／h(粉磨細度3300em ／g)
管的5級預熱器系統(tǒng)。
帶Ryro—se 燃燒器的擊4．4m×
52m三支承窯。
Pyrofloor~冷卻機，冷卻面積
50m ，帶熟料破碎機。
全部系統(tǒng)風機
水泥粉磨主機裝置
1O5
實際達到
3023
13．2O
2495
2．26
18．6O
1．O
l68
5．Om × 14．5m 球磨，功率
6000kW，SKS—Z一3250高效選粉機及
系統(tǒng)風機
系統(tǒng)調(diào)試數(shù)據(jù)見表1。
W odd Cement
NO．2／201 2
證∞ M =2

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