随着城市人口的不断增加及生活污水处理率的提高，市政污水污泥的产出量也随之不断增加。市政污泥的环境污染已成为广大市民关注的焦点。市政污泥是一种由有机残片、细菌菌体、无极颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，含有大量病原菌、寄生虫（卵），铜、锌、铬、汞等重金属、盐类，以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物。污泥还含有很高的附着水和结合水，尽管污水处理厂已采用真空过滤或离心脱水等机械脱水，污泥含水率仍达80%以上。由于污泥所具有的物理化学性质，污泥的彻底无害化处置
极其困难，已成为当今世界难题。目前所采用的填埋、农用、焚烧等处置方式均存在很高的环保风险．要真正达到彻底无害化处置需要付出极高的成本。
2.利用水泥窑处置污泥的可能性
广州市越堡水泥有限公司(下称越堡公司)从2007年就开始研究建设利用水泥窑无害化处置污泥项目。由于水泥窑处置污泥具有处理温度高、焚烧空间大、焚烧停留时间长、处理规模大、无二次渣排放问题等显着优点，来自污水处理厂的污泥含水率约80%，在水泥厂配套建设一个烘干预处理系统，利用出预热器废气余热(温度约280℃)将污泥烘干至含水率低30%。含水率低于30％污泥已成散状物料，经输送及喂料设备送入分解炉焚烧。在分解炉喂料口处设有撒料板，将散状污泥充分分散在热气流中，由于分解炉的温度高、热熔大，使得污泥能快速、完全燃烧。污泥烧尽后的灰渣随物料一起进入窑内煅烧。
2007年12月22日～24日，越堡公司进行了含水量30％的漂染污泥在6000t/d生产线上的工业试验工作。试验期间漂染污泥的空气干燥基热值平均为1445kCal/kg，入窑平均水分33.24%，喂料量1.2-7.6t/h。试验结果表明，新型干法水泥窑系统完全可以处置具有较高硫含量的工业污泥。对水泥窑工艺过程的研究可知，利用水泥回转窑处理污泥具有以下特性：
(1)有机物分解彻底
在回转窑中内温度一般在1350℃-1650℃之间，甚至更高，燃烧气体在此停留时间>8s，高于l100℃时停留时间>3s。燃烧气体的总停留时间为20s左右，且窑内物料呈高湍流化状态。因此窑内的污泥中有害有机物可充分燃烧，焚烧率可达99.999%，即使是稳定的有机物如二恶英等也能被完全分解。
(2)抑制二恶英形成
由于干化污泥喂入点处在高于850℃的分解炉，分解炉内热容大且温度稳定，有效地抑制了二恶英前躯体的形成。从国内外水泥窑处置有毒有害废弃物的实践表明，废弃物焚烧后产生的二恶英排放浓度远低于排放限值。
(3)不产生飞灰
煅烧排出废气粉尘经窑尾布袋收尘器收集后作为水泥原料重新进入窑内煅烧，没有危险废弃物飞灰产生。
(4)同化重金属
回转窑内的耐火砖、原料、窑皮及熟料均为碱性，可吸收SO2，从而抑止其排放。在水泥烧成过程中，污泥灰渣中的重金属能够被固定在水泥熟料的结构中．从而达到被固化的作用。
(5)资源化效率高
污泥中的有机成分和无机成分都能得到充分利用，资源化效率高。污泥中含有部分有机质(55％以上)和可燃成分，它们在水泥窑中煅烧时会产生热量；污泥的低位热值是11MJ/kg左右，在热值意义上相当于贫煤。贫煤含55％灰分和10%-15%挥发分，并具有热值10-12.5MJ/kg。
(6)处理量大、见效快
水泥生产量大，需要的污泥量多；水泥厂地域分布广，有利于污泥就地消纳，节省运输费用；水泥窑的热容量大，工艺稳定，处理污泥方便，见效快。
3.越堡公司协同处理城市污泥项目的特点和关键技术
3.1全新的技术路线
本项目是通过新的技术路线。充分利用水泥窑的余热和处置能力．使市政污泥的处理达到低成本运行，并可达到稳定化、减量化、无害化和资源化的目的，为解决长期困扰的市政污泥处理问题，寻求一种有效利用的途径，为全国污泥的减量处理和有效利用提供示范作用。此项目的实施不但有很好的社会效益，而且节省了资源，彻底地排除污泥无害化处理技术领域中最终处置时所付出的巨大环境代价。从而从根本上消除城市生活中威胁着人们健康生存的一个隐患，使生态环境与资源再生利用走上可持续发展的道路。
3.2建设内容和工艺流程
2008年越堡公司开始新建一座日处理污泥600t(含水率80％)的干化处置中心，2009年正式运营。利用窑尾废气余热将污泥烘干至含水<30%，然后通过新建的接口设备将污泥送入6000t/d生产线水泥熟料烧成系统中焚烧处理。本项目主要的建设内容包括：(l)污泥收集及输送；(2)污泥来料称重计量系统；(3)污泥来料接收仓系统；(4)污泥储存料仓系统；(5)污泥输送系统；(6)污泥干燥车间，含车间建筑、污泥干燥设备；(7)成品污泥料仓系统；(8)成品污泥输送系统；(9)配套电气、自控仪表、暖通、消防、除臭、卫生等系统。广州越堡日处理污泥600t项目工艺流程见图l。
这个项目立足于利用水泥窑的废气余热利用，针对水泥窑系统的生产特性，研究污泥在水泥窑处置技术。通过核心主机装置的应用研究，并通过系统的革新及工艺技术的优选，使实用技术在水泥厂得到应用，带动水泥行业处置废奔物的技术进步。
3.3主要技术创新点
主要技术创新点表现在：干化污泥和水泥窑系统的衔接布置，在建设及运行过程中不影响水泥窑系统的正常生产；利用窑尾废气余热烘干污泥的干燥系统采用了旋流喷腾直接接触干燥工艺，大幅提高热效率和烘干能力，实现了规模化处置污泥的能力。这个项目解决了以下几个技术问题：
(l)半干化模式
作为污泥干化的热源，水泥厂的废热烟气由于温度低、含尘量较大对污泥的干化换热有很强的限制作用。污泥干化随着成品干度的增加，所需设备的容积呈指数幂增加，污泥干化得经济性和污泥成品干度之见有着强烈的相关性。热源的品质决定了利用水泥窑废热干化污泥只能采用半干化模式，才能具有显箸的处置能力优势。
(2)处理成本低廉化
干化后的污泥替代燃料的能力和污泥的水分、有害元素的含量有直接的关系，通过系统研究处置污泥对水泥窑系统的影响，科学分析水泥窑处置污泥的最大能力和最经济的处置指标，实现社会处置污泥总体成本的最低廉化，在目前尚没有类似的研究工作可供参考。
(3)全新的设计
国外采用全干化污泥替代燃料在多个行业中应用，但目前国内尚没有污泥替代燃料的应用，因此干化后的污泥只能采用水泥厂自行消纳的模武。半干化污泥进入水泥窑工艺系统需要进行全新的没计。
3.4关键技术
利用水泥窑处置污泥的关键技术是污泥的干化。污泥含有很高的附着水和结台水，尽管污水处理厂已采用真空过滤或离心脱水等机械脱水，污泥含水率仍达80%以上。污泥进行水泥窑处置，主要技术难点在于污泥必需进行干化。以污泥含固率20％计，处理每吨干固体需要蒸发4倍量的水分。在同等的绝干基污泥日处理量的条件下，进入水泥烧成系统的污泥其含固率越高，则污泥焚烧进入系统的有效发热量(扣除污泥焚烧过程中水分蒸发、形成烟气的升温等的耗热)就越高，污泥燃烧过程对窑系统的工艺参数的稳定性影响就越小。因此，干燥工业的选择是本项目的关键点。
本项目是在利用水泥窑废气余热作为烘干热源，总结了流化床、热破碎、旋流和分级技术的基础上设计的一种热效率高、适应范围广的新型干燥装置(见图2)。余热废气以适宜的喷动速度从下燥机底部进入搅拌破碎干燥室，对物料产生强烈的剪切、吹浮、旋转作用，物料受到离心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化，形成较大的比表面积，强化了传质传热。在干燥室底部，较大、较湿的颗粒团在搅拌器的作用下被机械破碎，并被高速喷动的热气流裹胁、撕裂，不断形成新的干燥表面，而湿含量较低、颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带上升，在上升过程中进一步干燥，并被分级。干燥器内锥体结构、气流对壁的旋转冲刷和搅拌器的结构，强制物料被高速气流裹胁，因此很适宜处置黏性干燥物质。物料的干燥过程主要在旋流区内迅速达到平衡，在离心旋流场的作用下，气固之间的热交换进行速度很快，物料的干燥过程时间很短，可以大幅度地降低设备的规格。物料在干燥过程中完成颗粒化，不需要成形或进行破碎作业。由于干燥过程中物料受到破碎、冲刷、碰撞，表面积增大，强化了干燥；同时由于最热烟气直接接触待干物料，可以使进风温度高于物料熔点，因此该设备干燥强度高。
由于干燥系统的干燥速度特快，在干燥机内的平均停留时间约10s后，污泥含水就从80%降至30%了，含水30%的干污泥离开干燥机的温度约50℃。烟气从底部进入的时候达277℃，到达加泥口烟气温度己降到100℃以下，在干燥过程中，干泥基本上不和277℃的高温烟气接触，确保运行的安全性。污泥颗粒的表观密度和水分的含量关系密切，在旋流风的分级作用下，干化的污泥颗粒总是和低温的烟气接触和携带离开。热烟气基本不直接接触干料。
4.工程、环境和社会效益
4.1工程效益
该项目日处理市政污泥600t。利用水泥厂的废气余热烘干污泥，干化后的污泥进入水泥窑进行焚烧处理。此工艺既补充了由于对污泥干燥所需的热量，从而减少了燃料煤的用量，而且焚烧时，干污泥的热值可用作水泥熟料生产的部分替代燃料，焚烧的残渣可以替代熟料生产使用的硅质、铝质原料，是一个污泥再生利用的项目。该项目建设与实施．对我国的城市污泥再利用具有开拓性和革命性意义。同时，也积极响应了国家关于大力发展可再生能源要求，符合国家积极开展和推进可再生能源的战略方向。
4.2社会效益
该项目2009年总投资额7070万元，回收期25年。主要体现在社会效益，经济效益取决于政府补贴的污泥处置费。2009年政府给出的污泥处置费与项目处置污泥的实际成本持平，故项目没有体现经济效益。今后，政府将根据去年的项目污泥实际处置成本，协商项目投资利润率后再确定污泥处置费。
这个项目是污泥处置工程，又是一个能源再生项目，更是治理污染的环境保护项目，项目建成后很好地解决了广州市市政污泥处理处置问题。使原来对环境造成严重危害的污泥处理后，实现无害化、减量化、资源化，大大降低城市的环境污染，改善人民的生活环境，控制和预防各种传染病、公害病．提高人民健康水平，并从根本上促进城市的经济发展。该工程项目进一步完善了本地区的基础设施，可使得一些因环境问题受到限制的项目得以开展。
4.3环境效益
项目从2009年运行以来，已经处理了大坦沙、猎窖、西朗、龙归等污水处理厂污泥，实现了污泥的彻底无害化处置及资源化利用。
2009年进厂污泥平均热值(干躁基低位热值)13.79MJ/kg，实测每吨湿污泥可节省原煤170kg。2009年熟料3d平均强度为33.2MPa、28d平均强度为60.8MPa，处置污泥后没有影响水泥熟料质量。
该处理工艺的实施，可减少污泥无序堆放占用土地，杀灭污泥中的病原微生物，控制疾病的传播，同时还减少了污泥进入垃圾填埋场的量，增加了垃圾卫生填埋场的填埋年限，实现了污泥处理的减量化。
一年多实践表明，系统可靠，操作简便，对污泥的适应性强。经热工标定，处置能力已达736t/d，污泥干化后可替代燃料和作为脱硝材料使用。经检测，系统NOX排放值230mg/Nm3(10%O2)；污泥协同处置过程中二恶英的排放量0.026ng TEQ/Nm3，优于欧洲标准要求。主要技术经济指标达到国际领先水平。项目运行期间环保检测结果见表1。
表1 项目运行期间环保监测结果
常规气态污染物
二氧化硫（SO2）
氮氧化物(NOX)
一氧化碳(CO)
氟化物
烟尘
浓度/(mg/m3)
112
391
455
0.13
7.9
标准/(mg/m3)
200
800
2500
9
50
特殊气态污染物
汞(Hg)
铅(Pb)
铬(Cr)
镉(Cd)
砷(As)
恶臭(无当量)
浓度/(mg/m3)
﹤0.01
0.039
0.001
0.176
﹤0.1
1318
标准/(mg/m3)
0.01
0.7
0.85
1.5
30000
浓度I-TEQ/(pg/m3)
15.75
标准I-TEQ/(pg/m3)
1000
注：1.常规气态污染物执行《水泥厂大气排放标准》GB4915-2004第二时段标准；特殊气态污染物执行《广东省大气排放限制》DB/27-2001 第二时段标准；危险气态污染物执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2001。2.监测日前：2009年2月25日。恶臭项目由广州市环境卫生研究所监测；其他项目由环境保护部华南环境科学研究院所监测。
5.结论
越堡公司污泥处理项目成功实现了污泥处理的无害化、减量化和资源化，有显着的生态环境效益，为行业树立了样板，市场前景广阔，该项目荣获2010年度“凯盛杯”全国建材行业技术革新奖。目前，北京水泥厂已建成利用水泥窑日处置500t生活污水污泥项目。上海浦东开发区利用水泥窑日处置2×1100t生活污水污泥项目已获上海发改委核准，正在建设中。沈阳工源水泥厂、湖北华新水泥厂也正在筹建利用水泥窑处置生活污水污泥项目。
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