干法水泥窯協(xié)同處理城市污泥的探討

1、干法水泥窯協(xié)同處理城市污泥的探討摘要：隨著城市排水系統(tǒng)的完善和污水處理率的提高，污水污泥產(chǎn)量的增長，也使得污泥的處理問題更為突出，尋找科學(xué)經(jīng)濟(jì)的處理污泥方法，已成為治理城市污染的緊迫任務(wù)。本文先分析了當(dāng)今污泥處置的現(xiàn)狀，然后重點(diǎn)探討了干法水泥窯協(xié)同處理城市污泥的特點(diǎn)及意義。關(guān)鍵詞：干法水泥窯 城市污泥 協(xié)同處理1、 前言污泥是污水處理的必然產(chǎn)物，隨著城市化進(jìn)程的加快，城市污水處理率逐年提高，城市污泥量極具增加，2010年污水排放量4.4×1010m3/d，預(yù)計2020年污水排放量5.36×1010m3/d，廢水處理過程中產(chǎn)生大量的污泥1，如此數(shù)量巨大的污泥如得不到妥善的處理

2、將對環(huán)境造成二次污染2。污泥對環(huán)境的危害主要表現(xiàn)在：（1）污泥鹽分污染（2）含有病原微生物（3）氮磷等養(yǎng)分的污染（4）有機(jī)污染物（5）重金屬污染。2、我國污泥處置現(xiàn)狀在我國，由于經(jīng)費(fèi)和技術(shù)的原因，目前污泥尚無穩(wěn)定而合理的出路，總的狀況還是以填埋、堆放、傾倒為主。目前，污泥的主要處置方法有海洋傾倒、衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、污泥堆肥等。 海洋傾倒：利用海洋的環(huán)境容量，一是投海二是造地，對于沿海城市來說其處理費(fèi)用較低，但是，隨著生態(tài)環(huán)境意識的加強(qiáng)，人們越來越多的關(guān)注污泥海洋傾倒對海洋生態(tài)環(huán)境可能存在的影響，目前已經(jīng)被禁止使用。衛(wèi)生填埋：污泥衛(wèi)生填埋基本屬厭氧性填埋，僅在初期填埋的污泥表層及填埋區(qū)內(nèi)排水排

3、氣管路附近，由于空氣的接觸擴(kuò)散形成局部的準(zhǔn)好氧填埋方式。衛(wèi)生填埋操作簡單、費(fèi)用低、適應(yīng)性強(qiáng)；但是填埋侵占土地嚴(yán)重，而且如果防滲技術(shù)不過關(guān)將導(dǎo)致潛在的土壤和地下水污染。可見，填埋并沒有消除污染，只是延緩了環(huán)境污染產(chǎn)生的時間，目前，一些大中城市已經(jīng)禁止污泥填埋。污泥焚燒：焚燒是利用污泥的有機(jī)成分較高，具有一定熱值等特點(diǎn)來處置污泥，焚燒的減量率可達(dá)到95%，其有機(jī)物被完全氧化，重金屬幾乎全被截留在灰渣中3。但是其缺點(diǎn)是投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，焚燒煙氣需處理，污泥中的有機(jī)成分未得到充分利用。污泥堆肥：污泥堆肥是使污泥中好氧微生物進(jìn)行發(fā)酵，將污泥轉(zhuǎn)化成類腐殖質(zhì)的過程。系統(tǒng)自動化程度高，周期短，日處理污泥量大

4、，污泥處理后質(zhì)量穩(wěn)定并且能夠有效利用，肥料能夠用于農(nóng)業(yè)或林業(yè)。但是，隨著人們對食品清潔生產(chǎn)和無污染食品消費(fèi)的關(guān)注，污泥處理堆肥問題也引起了人們的廣泛爭論，特別是難降解物質(zhì)和重金屬的污染引起人們對安全的廣泛考慮。3、 利用水泥窯協(xié)同處理城市污泥的可行性污泥的化學(xué)特性與水泥生產(chǎn)所用的原料基本類似4，污泥焚燒后的化學(xué)成分一般有80%以上的礦物質(zhì)是水泥熟料的基本成分（CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。水泥窯具有燃燒爐溫高和處理物料量大等特點(diǎn)，且可以利用原水泥廠的環(huán)保處理設(shè)施，利用水泥窯協(xié)同處理城市污泥，不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，且燃燒后的灰渣作為熟料的一部分，不需要對灰渣進(jìn)行處理，也不

5、需要新建廢氣處理設(shè)施。污泥中固定碳和揮發(fā)分的燃燒會釋放出大量的熱量可以為碳酸鹽的分解提供部分熱量，節(jié)省大量原燃料的消耗。用水泥窯來處理污泥，既解決了城市發(fā)展的難題，又減少了水泥生產(chǎn)中原燃料的消耗，增加了熟料的產(chǎn)量，降低了水泥生產(chǎn)成本，減少了二次污染，這將是一條很有前途，有利于水泥工業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的途徑。4、用污泥制備水泥的探討4.1 污泥代替水泥原料的研究傳統(tǒng)硅酸鹽水泥熟料的石灰飽和系數(shù)（KH）在0.820.94之間，硅率（SM）在1.72.7之間，鋁率（IM）在0.81.7之間?，F(xiàn)在分析摻燒污泥對普通生料和高C3S生料的易燒性作用效果。下表為城市污泥生料的易燒性結(jié)果(污泥熟料中游離氧化鈣

6、（f-CaO）測試)。煅燒溫度（）城市污泥摻量(%)0.05.010.015.020.025.029.0125014.2914.5222.8118.5115.0716.5114.5313502.403.273.502.802.925.546.9114500.880.810.740.650.831.673.50從表中看出，隨著污泥摻量的加大，較低煅燒溫度時（1250）易燒性變差，只有污泥摻量進(jìn)一步加大，易燒性有所改善，但改善程度不大。但摻量超過20%時，易燒性有一個明顯變差過程，原因是污泥摻量較大時生料中P2O5含量增大所致，過量的P2O5會導(dǎo)致C3S的分解，所以f-CaO增加，易燒性變差。但總

7、體上講較低煅燒溫度（1250）隨著污泥摻量進(jìn)一步加大，f-CaO含量是逐漸下降的，也就是說污泥的加入在一定程度上改善了生料低溫煅燒的易燒性，數(shù)據(jù)表明污泥摻量在不大于15%時能得到合格的熟料。4.2 重金屬在污泥熟料中的固化率重金屬元素在水泥窯中主要有兩個去向：熟料固化和揮發(fā)。不揮發(fā)的元素通過固相反應(yīng)或經(jīng)過液相燒結(jié)形成熟料礦物相或者進(jìn)入熟料礦物晶格內(nèi)，少量揮發(fā)性元素則隨煙氣逸出窯后，在低溫冷卻區(qū)冷凝下來，只有極少部分能以蒸汽狀態(tài)或附著在微細(xì)粉上隨煙氣排出。排出窯外的粉塵被收集在收塵器中，冷凝在粉塵上的重金屬也被收集下來，重新和生料進(jìn)行入窯焚燒。水泥窯的工藝特點(diǎn)使得重金屬在窯系統(tǒng)中能夠重新固化吸收

8、，從而更加徹底的防止了重金屬的再次污染。4.3 污泥對熟料燒成的影響污泥和水泥原料的主要化學(xué)成分是相同的，不同的是污泥中含有少量的堿和微量的重金屬元素。如果在配置生料時引入熔點(diǎn)較低的雜質(zhì)，那么在熟料的燒制過程中，由于微區(qū)的不均勻性，雜質(zhì)可以降低局部微區(qū)熔體的熔點(diǎn)，使得局部微區(qū)首先形成液相，C3S則較早開始生成。低濃度的Na、K等堿金屬元素主要起到助熔劑的作用，它們是低熔點(diǎn)的物質(zhì)，其引入使得液相的出現(xiàn)溫度降低，如果堿含量較多，將增加液相的粘度，從而液相中粒子的擴(kuò)散受到阻礙，不利于燒成反應(yīng)。因此在生料中引入少量的堿對熟料的燒成反應(yīng)是有利的，而引入較多的堿則對熟料的燒成不利。4.4污泥對水泥強(qiáng)度的影

9、響 污泥的摻入對水泥強(qiáng)度的影響可以從兩方面來考慮，一方面是污泥的摻入對生料易燒性的影響，另一方面是污泥的摻入對熟料水化性能的影響，污泥的加入對早期強(qiáng)度的提高是十分有利的，其原因是摻加的污泥引入的少量堿和微量重金屬元素對熟料燒成是有利的，所以3天強(qiáng)度較高。但是當(dāng)污泥摻量大于5.5%時，熟料中的堿金屬含量達(dá)到一定值，雖然對試塊的早期強(qiáng)度有利，但是使得試塊的后期強(qiáng)度降低。5、利用水泥窯協(xié)同處理城市污泥的工藝過程 水泥生料經(jīng)過五級預(yù)熱，溫度逐步到850，與干化后含水率約30%的污泥進(jìn)入溫度為800900的分解爐內(nèi)發(fā)生碳酸鹽分解反應(yīng)，然后進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯，物料在熔融狀態(tài)時形成硅酸鹽產(chǎn)物，急冷后形成熟料。一

10、般工藝為污水處理廠脫水車間污泥料倉出口與運(yùn)泥車對接，運(yùn)泥車將含水率為80%的脫水污泥運(yùn)送到水泥廠全封閉儲存車間，然后將污泥通過輸送機(jī)輸送到干燥機(jī)進(jìn)行干化，干化用熱量來自水泥窯產(chǎn)生的廢氣，在干燥機(jī)發(fā)生氣固兩熱交換后，廢氣進(jìn)入水泥線收塵器，收塵后排放。污泥水分由80%烘干到30%，破碎后直接進(jìn)入分解爐，此時污泥的熱值大于為11MJ/Kg，與貧煤熱值接近。操作過程6、利用水泥窯協(xié)同處理城市污泥的操作注意事項(xiàng)污泥中的K、Na、Cl、S含量較低，為了滿足生產(chǎn)的需要，要對原料進(jìn)行多次取樣分析，確保原料的品味與穩(wěn)定性。為了確保生產(chǎn)正常，污泥摻量不宜太大，污泥摻量最大不宜超過5.5%最好。利用污泥配料燒制水泥

11、熟料，由于生料的易燒性比較好，同時，污泥本身具有發(fā)熱量，因此，在煅燒系統(tǒng)上應(yīng)注意加強(qiáng)窯煙室內(nèi)的結(jié)皮清理頻次，及時調(diào)整用煤量，熟料煅燒上必須加強(qiáng)管理、強(qiáng)化操作，注意風(fēng)、煤、料之間的相對平衡和穩(wěn)定。7、結(jié)束語 本文綜合分析了我國污泥處理的現(xiàn)狀，根據(jù)我國污泥處理的現(xiàn)狀，提出了水泥窯協(xié)同處理城市污泥的可行性及技術(shù)優(yōu)勢。通過本文分析，以適量的污泥代替水泥原料配料，能夠改善生料的易燒性，能夠提高水泥的早期強(qiáng)度；由于水泥對污泥中的重金屬有較好的固化作用，不會對環(huán)境造成危害；因此，污泥在水泥生產(chǎn)中進(jìn)行協(xié)同處理，技術(shù)上可行，可以實(shí)現(xiàn)污泥的無害化處理和資源化利用，起到一舉多得的效果。參考文獻(xiàn)1 付融冰等.中國城市污泥處理廠污泥處理現(xiàn)狀及其進(jìn)展.環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2004,27(5):1082 盧年平等.城市污泥綜合利用研究.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué).2005,33(11):21013 EEA.Sludge Treatment and Disposal-Management Approaches and Eexperience.European Environmental Age