超圓盤式熱干化與新型干法水泥窯協(xié)同處理處置污泥工藝技術研究

  我國的城鎮(zhèn)污水廠污泥規(guī)范化處置尚處于起步階段，由于經濟等原因，一直以來“重水輕泥”，導致污泥處置嚴重滯后。近年來，各級政府已充分認識了污泥帶來的二次污染危害性，出臺了一系列法律法規(guī)和標準。污泥的處理處置日益法治和規(guī)范，就處置方法而言，國內外基本相似，包括污泥處理后土地利用、填埋、焚燒、建材化利用等途徑。

  通過水泥窯協(xié)同處理處置污泥一直是業(yè)內普遍認同的重要一極，但是近幾年來，我國并未得到很大程度的推廣，這與長期以來的體制管理責權和利益相關，也存在著經濟技術原因。本文從技術經濟的角度出發(fā)，提出超圓盤污泥熱干化與新型干法水泥窯協(xié)同處理處置污泥的工藝路線，為業(yè)內污泥處理處置提供一些參考和思路。

  1.技術路線合理性

  一般說來，從城鎮(zhèn)污水處理廠出來的脫水污泥，其水分在80%左右，以下技術路線的設計都是針對城鎮(zhèn)脫水污泥的。從污泥成分的上講，污泥的組成基本與水泥生料成分相似，某典型市政污水污泥成分分析見表1。如果估算污泥在水泥窯內的熱量平衡，以1 kg脫水污泥（80%含水率）為基準：Q1=1×20%×10 657.7=2 131.54 （kJ/kg ），而污泥自身脫水所需的熱量Q2為：Q2=1×80%×2 380=1 904 kJ/kg），污泥中提供的生物能基本能夠滿足其水分蒸發(fā)和焚燒所需要的熱量，略有盈余。因此，從物料平衡和能量平衡的角度上，污泥完全可以最終進入水泥窯，達到無害化的處置要求。

  表1 某典型市政污水污泥成分分析表

  國外水泥窯處置污泥技術中，日本處于領先位置，日本水泥行業(yè)已成為廢棄物循環(huán)再利用的功勛產業(yè)。日本環(huán)境省認為：水泥行業(yè)不僅屬于向社會提供工業(yè)產品的動脈產業(yè)，同時是廢棄物循環(huán)利用的靜脈產業(yè)，是日本構建循環(huán)型社會的重要一環(huán)。2007年，日本噸水泥利用各類廢棄物已達436公斤，利廢總量達3072萬噸：其中水泥行業(yè)處置污泥317萬噸，比2000年增加66.6%。因水泥行業(yè)具有處置各類可用廢棄物的特殊功能，日本環(huán)境省與產經省給予了充分肯定和高度評價：無二次廢棄物污染的產生；廢棄物得到無害化處理，在1450℃以上高溫煅燒，幾乎不會產生二惡英；可削減天然原料（石灰石、粘土、砂巖和氧化鐵礦石）的使用；可削減（利用廢棄物的熱能、節(jié)約煤炭用量）溫室氣體排放量。

  2.技術路線

  污泥熱干化與新型干法水泥協(xié)同處理處置污泥工藝流程見圖1 。對整個工藝技術路線來講，最關鍵的即是污泥熱干化的可靠性及與整個水泥窯系統(tǒng)的銜接問題，其次在能量梯級利用上能夠降低污泥處理處置的直接運行費用。目前，國內新型干法水泥在運用已經相當成熟，據(jù)不完全統(tǒng)計，截止09年，我國已經有1100多條新型干法生產線，且大部分的水泥窯都已配套純低溫余熱發(fā)電技術，裝備上大幅度調整的可能性不大，而利用窯頭煙氣客觀上存在著大量的尾氣無法除臭的缺陷，利用間接干化對系統(tǒng)的擾動較少，避免上述可能存在的問題。

  污泥干化與水泥窯協(xié)同處理處置污泥工藝路線

  3.工藝流程描述

  濕污泥由污泥車運至濕污泥倉，濕污泥由預壓螺旋送至螺桿泵，然后被螺桿泵泵送至干燥機內。一個污泥倉配備兩臺污泥泵，污泥泵變頻調節(jié)，調控污泥處理量。利用AQC爐或SP爐或背壓汽輪機做功后的乏汽，作為干化熱源。調溫調壓后蒸汽接入分汽包，分別進入干燥機主軸和夾套，將機身外殼和圓盤同時加熱，以熱傳導的方式對污泥進行加熱。水蒸氣與濕污泥換熱后冷凝，冷凝水集水箱收集后，由熱水循環(huán)泵回流至鍋爐系統(tǒng)內。

  濕污泥定量進入干燥機后，通過圓盤的緩慢轉動使污泥翻轉、攪拌，不斷更新加熱界面，充分與被加熱的機身和圓盤接觸、加熱，使污泥所含的表面水分蒸發(fā)。同時，污泥隨導向片推向出料口方向輸送，在輸送中繼續(xù)攪拌，使污泥中的水分繼續(xù)蒸發(fā)。最后，干污泥由出料口排出，冷卻后的污泥由皮帶輸送機送至斗式提升機，由斗式提升機送入干料倉內，最后輸送至水泥回轉窯內焚燒。

  污泥干化過程中成生一定量的尾氣，其主要成分為水蒸汽，經過冷凝除濕后的尾氣引風至水泥回轉窯焚燒除臭。冷凝后的廢水可通過A/O工藝處理后全部利用，污水工藝路線如下：

  3.1工藝特點

  該系統(tǒng)的設計最大程度的降低了投資費用，利用水泥窯做功后的乏汽降低了污泥處理處置的直接運行費用，冷卻水循環(huán)使用，減少了清潔水源的消耗。工藝中產生的臭氣被有效處理，對外沒有臭氣的排放。

  其核心設備由TDG提供，設備特點如下：

  TDG公司提供的SDK超圓盤干化機，是一種低速低溫的間接干化設備。圓盤轉子旋轉帶動推進器旋轉，產生一定的推進力，使污泥在得到均勻攪拌的同時，向出泥口移動；污泥干燥是通過每個顆粒不斷地與熱壁的接觸過程中完成的；與此同時，污泥的整體溫度被保持在85-95℃之間，污泥加熱均勻、溫度低，從而可避免顆粒過熱和粉塵的產生；

  出口污泥含固率可調，通過調整運轉，干燥后產品的含固率可調整（60~90%），污泥干燥一步完成，無需返混；

  維護工程量小：提高了系統(tǒng)的安全性，保證設備一年8000小時運行工作。同時在維護過程中，設備維護周期也較短。

  4.建議與小結：

  污泥超圓盤熱干化和新型干法水泥窯的協(xié)同處理處置技術路線，在最小擾動新干法生產線運行和產品質量的前提下，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，增加污泥處理處置規(guī)模，降低直接運行成本，打通水泥窯處理處置污泥的工藝路線。

  國內利用水泥窯協(xié)同處置城市污水污泥處于起步階段，除在北京等地有項目落地之外，其他還未有較大規(guī)模的推廣應用。而在歐美、日本等發(fā)達工業(yè)國家，已經廣泛使用污泥等生產水泥（在水泥生產過程中， 能源和物質投入、 廢棄物和污泥排放物都減少到最低限度，制造過程中的副產物能重新利用， 產品不污染環(huán)境，并可回收利用）。這既可保護環(huán)境、節(jié)約資源，又可為污泥尋求一條理想的處置出路，符合循環(huán)經濟和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。采用污泥作原料生產水泥，可以徹底地解決城市污泥問題，是保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)“零污染”最有效的途徑，對促進社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

  5.其他

  污泥熱干化與水泥窯協(xié)同處理處置污泥優(yōu)點突出，但也存在一定的困難，主要源于城鎮(zhèn)污泥中含氯量及其成分波動而引起的處理量受限。主要體現(xiàn)在含氯量較高會導致干法工藝中700度的地方會生成低溫共熔物，造成預分解系統(tǒng)結皮結焦，最終可能堵塞，其次是水泥產品的質量下降，導致鋼筋易腐蝕。特別是現(xiàn)在污泥高壓脫水后氯離子濃度大幅提升，這對污泥水泥窯的協(xié)同處置又提高了難度，在實際項目中要慎重對待。