全面解析水泥窯協同處置污泥方案城市污泥處理的必要性和難度隨著城市人口的不斷增加及生活污水處理率的提高，市政污水污泥的產出量也隨之不斷增加。市政污泥的環境污染已成為廣大市民關注的焦點。市政污泥是一種由有機殘片、細菌菌體、無極顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體，含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬、鹽類，以及多氯聯苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。污泥還含有很高的附著水和結合水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機械脫水，污泥含水率仍達80%以上。由于污泥所具有的物理化學性質，污泥的徹底無害化處置極其困難，已成為當今世界難題。目前所采用的填埋、農用、焚燒等處置方式均存在很高的環保風險.要真正達到徹底無害化處置需要付出極高的成本。利用水泥窯處置污泥的可能性廣州市江蘇綠森水泥有限公司（下稱江蘇綠森公司）從2007年就開始研究建設利用水泥窯無害化處置污泥項目。由于水泥窯處置污泥具有處理溫度高、焚燒空間大、焚燒停留時間長、處理規模大、無二次渣排放問題等顯著優點，來自污水處理廠的污泥含水率約80%，在水泥廠配套建設一個烘干預處理系統，利用出預熱器廢氣余熱（溫度約280°C）將污泥烘干至含水率低30%。含水率低于30%污泥已成散狀物料，經輸送及喂料設備送入分解爐焚燒。在分解爐喂料口處設有撒料板，將散狀污泥充分分散在熱氣流中，由于分解爐的溫度高、熱熔大，使得污泥能快速、完全燃燒。污泥燒盡后的灰渣隨物料一起進入窯內煅燒。2007年12月22日?24日，江蘇綠森公司進行了含水量30%的漂染污泥在6000t/d生產線上的工業試驗工作。試驗期間漂染污泥的空氣干燥基熱值平均為1445kCal/kg，入窯平均水分33.24%，喂料量1.2-7.6t/h。試驗結果表明，新型干法水泥窯系統完全可以處置具有較高硫含量的工業污泥。對水泥窯工藝過程的研究可知，利用水泥回轉窯處理污泥具有以下特性：（1） 有機物分解徹底在回轉窯中內溫度一般在1350C-1650C之間，甚至更高，燃燒氣體在此停留時間＞8s，高于1100C時停留時間＞3s。燃燒氣體的總停留時間為20s左右，且窯內物料呈高湍流化狀態。因此窯內的污泥中有害有機物可充分燃燒，焚燒率可達99.999%，即使是穩定的有機物如二惡英等也能被完全分解。（2） 抑制二惡英形成由于干化污泥喂入點處在高于850C的分解爐，分解爐內熱容大且溫度穩定，有效地抑制了二惡英前軀體的形成。從國內外水泥窯處置有毒有害廢棄物的實踐表明，廢棄物焚燒后產生的二惡英排放濃度遠低于排放限值。（3）不產生飛灰煅燒排出廢氣粉塵經窯尾布袋收塵器收集后作為水泥原料重新進入窯內煅燒，沒有危險廢棄物飛灰產生。（4） 同化重金屬回轉窯內的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性，可吸收SO2，從而抑止其排放。在水泥燒成過程中，污泥灰渣中的重金屬能夠被固定在水泥熟料的結構中.從而達到被固化的作用。（5） 資源化效率高污泥中的有機成分和無機成分都能得到充分利用，資源化效率高。污泥中含有部分有機質（55%以上）和可燃成分，它們在水泥窯中煅燒時會產生熱量;污泥的低位熱值是11MJ/kg左右，在熱值意義上相當于貧煤。貧煤含55%灰分和10%-15%揮發分，并具有熱值10-12.5MJ/kg。（6） 處理量大、見效快水泥生產量大，需要的污泥量多;水泥廠地域分布廣，有利于污泥就地消納，節省運輸費用;水泥窯的熱容量大，工藝穩定，處理污泥方便，見效快。江蘇綠森公司協同處理城市污泥項目的特點和關鍵技術3.1全新的技術路線本項目是通過新的技術路線。充分利用水泥窯的余熱和處置能力使市政污泥的處理達到低成本運行，并可達到穩定化、減量化、無害化和資源化的目的，為解決長期困擾的市政污泥處理問題，尋求一種有效利用的途徑，為全國污泥的減量處理和有效利用提供示范作用。此項目的實施不但有很好的社會效益，而且節省了資源，徹底地排除污泥無害化處理技術領域中最終處置時所付出的巨大環境代價。從而從根本上消除城市生活中威脅著人們健康生存的一個隱患，使生態環境與資源再生利用走上可持續發展的道路。3.2建設內容和工藝流程2008年江蘇綠森公司開始新建一座日處理污泥600t（含水率80%）的干化處置中心，2009年正式運營。利用窯尾廢氣余熱將污泥烘干至含水＜30%，然后通過新建的接口設備將污泥送入6000t/d生產線水泥熟料燒成系統中焚燒處理。本項目主要的建設內容包括：（l）污泥收集及輸送；（2）污泥來料稱重計量系統；（3）污泥來料接收倉系統；（4）污泥儲存料倉系統；（5）污泥輸送系統；（6）污泥干燥車間，含車間建筑、污泥干燥設備;（7）成品污泥料倉系統；（8）成品污泥輸送系統；（9）配套電氣、自控儀表、暖通、消防、除臭、衛生等系統。廣州江蘇綠森日處理污泥600t項目工藝流程見圖l。這個項目立足于利用水泥窯的廢氣余熱利用，針對水泥窯系統的生產特性，研究污泥在水泥窯處置技術。通過核心主機裝置的應用研究，并通過系統的革新及工藝技術的優選，使實用技術在水泥廠得到應用，帶動水泥行業處置廢奔物的技術進步。3.3主要技術創新點主要技術創新點表現在：干化污泥和水泥窯系統的銜接布置，在建設及運行過程中不影響水泥窯系統的正常生產;利用窯尾廢氣余熱烘干污泥的干燥系統采用了旋流噴騰直接接觸干燥工藝，大幅提高熱效率和烘干能力，實現了規模化處置污泥的能力。這個項目解決了以下幾個技術問題：半干化模式作為污泥干化的熱源，水泥廠的廢熱煙氣由于溫度低、含塵量較大對污泥的干化換熱有很強的限制作用。污泥干化隨著成品干度的增加，所需設備的容積呈指數冪增加，污泥干化得經濟性和污泥成品干度之見有著強烈的相關性。熱源的品質決定了利用水泥窯廢熱干化污泥只能采用半干化模式，才能具有顯箸的處置能力優勢。處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關系，通過系統研究處置污泥對水泥窯系統的影響，科學分析水泥窯處置污泥的最大能力和最經濟的處置指標，實現社會處置污泥總體成本的最低廉化，在目前尚沒有類似的研究工作可供參考。全新的設計國外采用全干化污泥替代燃料在多個行業中應用，但目前國內尚沒有污泥替代燃料的應用，因此干化后的污泥只能采用水泥廠自行消納的模武。半干化污泥進入水泥窯工藝系統需要進行全新的沒計。3.4關鍵技術利用水泥窯處置污泥的關鍵技術是污泥的干化。污泥含有很高的附著水和結臺水，盡管污水處理廠已采用真空過濾或離心脫水等機械脫水，污泥含水率仍達80%以上。污泥進行水泥窯處置，主要技術難點在于污泥必需進行干化。以污泥含固率20%計，處理每噸干固體需要蒸發4倍量的水分。在同等的絕干基污泥日處理量的條件下，進入水泥燒成系統的污泥其含固率越高，則污泥焚燒進入系統的有效發熱量(扣除污泥焚燒過程中水分蒸發、形成煙氣的升溫等的耗熱)就越高，污泥燃燒過程對窯系統的工藝參數的穩定性影響就越小。因此，干燥工業的選擇是本項目的關鍵點。本項目是在利用水泥窯廢氣余熱作為烘干熱源，總結了流化床、熱破碎、旋流和分級技術的基礎上設計的一種熱效率高、適應范圍廣的新型干燥裝置(見圖2)。余熱廢氣以適宜的噴動速度從下燥機底部進入攪拌破碎干燥室，對物料產生強烈的剪切、吹浮、旋轉作用，物料受到離心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化，形成較大的比表面積，強化了傳質傳熱。在干燥室底部，較大、較濕的顆粒團在攪拌器的作用下被機械破碎，并被高速噴動的熱氣流裹脅、撕裂，不斷形成新的干燥表面，而濕含量較低、顆粒度較小的顆粒被旋轉氣流夾帶上升，在上升過程中進一步干燥，并被分級。干燥器內錐體結構、氣流對壁的旋轉沖刷和攪拌器的結構，強制物料被高速氣流裹脅，因此很適宜處置黏性干燥物質。物料的干燥過程主要在旋流區內迅速達到平衡，在離心旋流場的作用下，氣固之間的熱交換進行速度很快，物料的干燥過程時間很短，可以大幅度地降低設備的規格。物料在干燥過程中完成顆粒化，不需要成形或進行破碎作業。由于干燥過程中物料受到破碎、沖刷、碰撞，表面積增大，強化了干燥;同時由于最熱煙氣直接接觸待干物料，可以使進風溫度高于物料熔點，因此該設備干燥強度高。由于干燥系統的干燥速度特快，在干燥機內的平均停留時間約10s后，污泥含水就從80%降至30%了，含水30%的干污泥離開干燥機的溫度約50°C。煙氣從底部進入的時候達277°C，到達加泥口煙氣溫度己降到100C以下，在干燥過程中，干泥基本上不和277C的高溫煙氣接觸，確保運行的安全性。污泥顆粒的表觀密度和水分的含量關系密切，在旋流風的分級作用下，干化的污泥顆粒總是和低溫的煙氣接觸和攜帶離開。熱煙氣基本不直接接觸干料。工程、環境和社會效益4.1工程效益該項目日處理市政污泥600t。利用水泥廠的廢氣余熱烘干污泥，干化后的污泥進入水泥窯進行焚燒處理。此工藝既補充了由于對污泥干燥所需的熱量，從而減少了燃料煤的用量，而且焚燒時，干污泥的熱值可用作水泥熟料生產的部分替代燃料，焚燒的殘渣可以替代熟料生產使用的硅質、鋁質原料，是一個污泥再生利用的項目。該項目建設與實施對我國的城市污泥再利用具有開拓性和革命性意義。同時，也積極響應了國家關于大力發展可再生能源要求，符合國家積極開展和推進可再生能源的戰略方向。4.2社會效益該項目2009年總投資額7070萬元，回收期25年。主要體現在社會效益，經濟效益取決于政府補貼的污泥處置費。2009年政府給出的污泥處置費與項目處置污泥的實際成本持平，故項目沒有體現經濟效益。今后，政府將根據去年的項目污泥實際處置成本，協商項目投資利潤率后再確定污泥處置費。這個項目是污泥處置工程，又是一個能源再生項目，更是治理污染的環境保護項目，項目建成后很好地解決了廣州市市政污泥處理處置問題。使原來對環境造成嚴重危害的污泥處理后，實現無害化、減量化、資源化，大大降低城市的環境污染，改善人民的生活環境，控制和預防各種傳染病、公害病.提高人民健康水平，并從根本上促進城市的經濟發展。該工程項目進一步完善了本地區的基礎設施，可使得一些因環境問題受到限制的項目得以開展。4.3環境效益項目從2009年運行以來，已經處理了大坦沙、獵窖、西朗、龍歸等污水處理廠污泥，實現了污泥的徹底無害化處置及資源化利用。2009年進廠污泥平均熱值(干躁基低位熱值)13.79MJ/kg，實測每噸濕污泥可節省原煤170kg。2009年熟料3d平均強度為33.2MPa、28d平均強度為60.8MPa，處置污泥后沒有影響水泥熟料質量。該處理工藝的實施，可減少污泥無序堆放占用土地，殺滅污泥中的病原微生物，控制疾病的傳播，同時還減少了污泥進入垃圾填埋場的量，增加了垃圾衛生填埋場的填埋年限，實現了污泥處理的減量化。一年多實踐表明，系統可靠，操作簡便，對污泥的適應性強。經熱工標定，處置能力已達736t/d，污泥干化后可替代燃料和作為脫硝材料使用。經檢測，系統NOX排放值230mg/Nm3(10%O2);污泥協同處置過程中二惡英的排放量0.026ngTEQ/Nm3,優于歐洲標準要求。主要技術經濟指標達到國際領先水平。項目運行期間環保檢測結果見表1。常規氣態污染物二氧化硫(SO2)氮氧化物(NOX)一氧化碳(CO)氟化物煙塵濃度/(mg/m3)1123914550.137.9標準/(mg/m3)2008002500950特殊氣態污染物汞(Hg)鉛(Pb)銘(Cr)鎘(Cd)碑(As)惡臭(無當量)濃度/(mg/m3)<0.010.0390.0010.176<0.11318標準/(mg/m3