葛洲壩當陽水泥協同處置污泥的工程實踐

楊東方，韋 娟，劉琪璇，石 銳，胡景瑞

[1.中材國際環境工程（北京）有限公司，北京100102；2.南京中材環保有限公司，江蘇南京211100；3.中材國際環境工程（北京）有限公司，北京100102]

0 前言

隨著城市化的不斷推進，居民生活水平的不斷提升，對身邊環境質量的要求也在不斷的提高。而伴隨著城市污水處理量的急劇增加，污泥量也呈現逐年上漲的趨勢。按照預測，到2020年我國污泥產量將突破6 000萬t[1]。污泥的不規范處置已經成為目前我國環境中的一個新的污染源，甚至可能會抵消處理污水帶來的凈化環境的效益[2]。污泥成分較復雜，不僅含有大量的有機質和礦物質營養元素，也含有寄生蟲、致病菌、重金屬和難降解的有機物等有毒有害物質[3]。我國對污泥處理重視不夠、投資不足，造成大量污泥未得到有效處置，污染控制與資源化利用有機結合是當今固體廢物處理的大趨勢。

新型干法回轉窯焚燒技術是利用水泥生產回轉窯的高溫區協同焚燒處置污泥的技術[6]。水泥窯協同處置過程中，污泥將在高溫條件下完全焚燒，焚燒產物經固化最終進入水泥熟料中，從而達到污泥的安全處置，是符合可持續發展戰略的新型環保技術。高溫、焚燒處置污泥，既能充分利用廢物中的有機成分的熱值、實現節能，又能完全利用污泥中的無機成分作為原料。水泥廠地域分布廣，水泥生產量大，有利于污泥就地消納，節省運輸費用，方便快捷，同時能處理的污泥量也大。

1 葛洲壩當陽污泥處置實例分析

葛洲壩當陽水泥有限公司利用水泥窯無害化協同處置120t/d污泥，該項目依托一條4500t/d新型干法水泥生產線和一條4000t/d新型干法水泥生產線，協同處置當陽市及周邊地區城市污泥。

1.1 污泥處置工藝

污泥直接泵送入窯是目前水泥窯協同處置污泥最普遍的技術。污水處理廠的污泥，在出廠前已經經過調質、板框壓濾等措施，使含水率降至55%以下。水泥生料經過五級預熱器預熱，溫度上升至850℃左右，進入溫度為800～900℃的分解爐，污泥從分解爐喂入，與生料混合在高溫下發生碳酸鹽分解反應，然后進入回轉窯中經1450℃煅燒，物料在熔融狀態下形成硅酸鹽產物，冷卻后形成熟料。有毒有害成分在分解爐中得以徹底分解，污泥焚燒后的灰渣作為水泥生產原料，污泥中的重金屬離子也固化在熟料中，避免二次污染。具體工藝流程為：密封罐車將污水廠內的污泥運輸至水泥廠，經過過磅計量、成分分析后倒入污泥堆棚。通過液壓抓斗或鏟車取料、破碎，破碎后的物料進入定量給料機上方的緩沖倉，再經過定量給料機計量，計量后的物料通過膠帶輸送機、鎖風裝置、喂料裝置進入水泥窯尾煙室進行焚燒處置。車間設置多個吸風口，通過風機抽取風量，保證污泥儲存車間維持負壓，抽取的風量進入窯頭篦冷機風機處理。處置工藝流程圖1。

圖1 葛洲壩當陽水泥有限公司污泥處置工藝流程圖

表1 常規元素分析 %

1.2 對水泥品質的影響

處置利用污泥必須以不影響水泥的品質為前提。污泥中的硫、氯、堿和重金屬元素含量超標易對水泥質量造成影響，表1～3是對水處理廠污泥進行常規元素、熱值、重金屬元素分析。通常對有害的硫、氯、堿含量，水泥行業的控制標準為，折合至入窯生料其硫堿元素的當量比S/R應控制在0.6～1.0左右，Cl元素則控制在0.03%～0.04%以下。

表2 污泥熱值分析

表3 污泥重金屬分析 10-6

通過多種工業試驗表明，市政污泥的化學特性與水泥生產所用的原料基本相似。且重金屬元素低于標準限值，利用水泥回轉窯處置市政污泥，不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，且燃燒后的殘渣成為水泥熟料的一部分，不需要對焚燒殘渣進行填埋處置，是一種兩全其美的污泥處置途徑。

1.3 對燒成系統的影響

污泥處置對燒成系統的影響主要表現其對窯尾煙氣量、高溫風機操作狀態、喂煤量等方面的影響。根據污泥的處置量（5t/h）和燒成系統的操作參數，當加入污泥進入燒成系統后，由于污泥的含水率在55%，熱值為1400×4.18kJ/kg，5000kg為277.8kmol，轉化為氣態，標況下為6223m3，高溫風機的風量為500000 m3/h，窯尾煙氣量增加約為1.245%，增加電耗2kWh/h，因此對燒成系統的影響較小。熱值大于污泥自持燃燒的熱值[（900～1000）×4.18kJ/kg]基本不會增加煤耗。

1.4 對配料的影響

污泥替代燃料的處置量往往較大，其處置過程就必然要求對水泥廠的原燃料品質及配料方案進行調整。污泥配料前后的物料配比見表4。

表4 污泥配料前后的物料配比 %

1.5 技術路線顯著優勢

葛洲壩當陽項目采用污水處理廠處理后的污泥直接入水泥窯協同處置的技術方式，與國內其他水泥工業協同處置污泥技術相比，顯著優勢表現在：

（1）項目的建設時間短，投資成本低。水泥廠僅需在工藝設備和給料設施方面進行必要的改造，新建污泥貯存和運輸設施，與新建專用垃圾焚燒廠相比，大大節省了建設時間與投資成本。

（2）實現污泥處置全過程的環保清潔排放。污泥在水泥窯協同處置過程中，水、氣、渣零排放，窯尾煙囪煙氣的達標排放，污泥焚燒后的灰渣作為水泥生產原料，污泥中重金屬固化入水泥熟料中，實現了無二次污染的清潔處置。

（3）運行成本低。污泥首先在污水處理廠干化后運送至水泥廠，干化后的污泥由于體積減少節省運輸費用。

2 結論

污泥資源化利用是未來的趨勢，利用水泥窯協同處置城鎮污水廠污泥能夠實現污泥的無害化處置和資源化利用，大大減少環境負荷，對于資源的綜合利用以及生態環境的保護都有著重要的意義。在今后工作中，應當適當提高城市污泥替換水泥熟料的比例，然后加以研究分析，爭取加大對城市污泥的利用率，減少對礦產資源的開發利用，實現經濟可持續發展。同時本項目全新的、可復制的污泥處置商業模式，為進一步在大中型城市推廣奠定基礎。