水泥窑协同处置城市污泥

  根据当前国家相关政策及环保发展要求，水泥窑协同处置和利用工业废弃物、城市垃圾及城市生活污泥生产绿色环保水泥是目前国内外提倡的水泥企业发展方向，不仅能节约天然矿产资源，而且能消纳、减少环境污染。为了积极响应国家相关政策， 我公司2010年6月份开始着手试用城市污泥配料烧制水泥熟料生产绿色环保水泥方面的技术研究和攻关工作，分别于2011年10月份、2012年6、7、8月分两次在江苏南方成员企业江苏宜城南方水泥有限公司实际生产中进行试用，总共使用城市污泥4000吨左右，两次工业试验结果都比较理想，2012年12月在江苏溧阳南方水泥有限公司试烧也取得了满意的效果。现将具体情况汇报如下：

  一、我国水泥窑协同处置城市污泥的现状

  “十一五”末，我国城镇污水处理厂污泥年产生量已达3000万吨，但大部分污泥只是简单脱水后外运弃置，只有很少一部分被规范处置。污泥含有污水中约50%的污染物，弃置后有再次污染水体、环境的风险，污泥的科学处置已不容忽视。污泥处理的主流工艺卫生填埋会占用大量土地资源。堆肥的方法难以去除有毒有害物质容易造成二次污染。污泥的处置与资源化的结合，必将成为城市污泥唯一的最终出路。

  目前，我国水泥窑协同处置城市污泥主要有以下几种工艺。

  1、直接计量入生料磨

  杭州山亚南方采用此工艺，5000t/d熟料生产线处理300t/d污泥（含水率约80-85%），污水处理厂产生的污泥（含水率约80-85%）经专用密封罐车运至水泥工厂，通过缓冲仓计量加入生料配料皮带入磨烘干粉磨成生料。此工艺简单，水泥厂内不密闭，有恶臭气味，由于含水率高，储存难度大，造成二次污染。运行成本约为70元/吨。

  2、干化后计量入窑

  广州市越堡水泥有限公司采用该工艺处置，7000t/d熟料生产线处理600t/d污泥（含水率约80-85%），污水处理厂产生的污泥（含水率约80-85%）经专用密封罐车运至水泥工厂，通过缓冲仓进入烘干机，在此由窑尾废气余热烘干为半干污泥（含水率约30%），半干污泥经皮带称计量后喂入窑尾分解炉（喂入点温度约为900度），并随生料进入回转窑，参与熟料煅烧过程。污泥中的有机物被彻底分解，重金属及无机物等被晶化在熟料中，无底渣及飞灰等二次污染物排出。运行成本约为315元/吨。

  3、增钙热干化及水泥窑协同处置技术

  北京市琉璃河水泥有限公司采用该工艺处置，2000t/d熟料生产线处理1000t/d污泥（含水率约80-85%），将湿污泥、高活性的生石灰及污泥改性剂计量混合，物料混合后输送至转鼓干燥机内与过热蒸汽充分接触。酸、碱改性剂迅速刺破污泥的细胞壁，在材料反应化学热和过热蒸汽辐射热的作用下，病原菌在高温下得到全面的消灭并且污泥的水分大量蒸发。经过增钙热干化处理后的污泥在堆场堆置10-15天，含水率下降到10%左右，然后输送至水泥窑协同处置。运行成本约为280元/吨。

  4、与城市生活垃圾共同焚烧

  铜陵海螺水泥有限公司采用此工艺，该工艺原本只用来处理城市生活垃圾，2011年11月起同时处理城市污泥，城市生活垃圾与城市污泥（含水率约80-85%）的比例约为5:1，300t/d城市生活垃圾和60t/d城市污泥。城市生活垃圾（城市污泥）运输至水泥熟料生产线的垃圾密闭堆场，用抓斗将垃圾送入垃圾破碎机，经破碎后的垃圾送入气化焚烧炉（必要时添加一定量的煤粉补充燃料）。燃烧产生550℃的废气作为分解炉的三次风进一步升温到900℃以上，为生料分解提供热量，由于废气温度高，在分解炉内停留时间长（3秒以上），燃烧充分、彻底，无二次污染气体排出。排出的灰烬经过选铁、选铝后作为水泥生料的一种原料生产水泥生料，部分替代天然矿产资源，实现了生活垃圾的资源化。全部工艺都是在负压状态下运行，无二次污染，该工艺处理废弃物彻底，真正实现了城市生活垃圾（城市污泥）处置的“减量化、资源化、无害化”。系统投资1.5亿元，运行成本200元/吨。

  二、城市污泥的来源

  2010年5月，经无锡市水泥协会介绍，无锡金园污泥处置新型燃料科技有限公司（以下简称金园公司）与我公司接洽。无锡金园污泥处置新型燃料科技有限公司在污泥中添加少量化学添加剂，破坏污泥的组织结构，再通过机械挤压脱水的方法，将含水率85%-80%的污泥干化至含水率40%左右，为污泥的资源化利用提供了极大的方便。干化处置的污泥主要来自无锡市的污水处理厂，我公司使用的污泥全部由无锡金园污泥处置新型燃料科技有限公司提供。

  三、城市污泥的主要化学成分及重金属含量

  1、城市污泥的化学成分分析

  2011年6月份至今，我公司先后3次共进厂城市污泥4000余吨，每批进厂抽检结果如下：

  从分析结果看用城市污泥替代部分硅、铁质材料进行配料，是可以实现配料方案的。

  2、城市污泥的重金属微量元素分析

  2011年9月和2012年5月，无锡金园污泥处置新型燃料科技有限公司分别送样到同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室和江苏力维环境检测技术研究有限公司进行重金属危险情况检验，检验结果及结论如下。

  （1）、同济大学检验结果及结论：

  检验结论：该干化脱水污泥样品的重金属含量符合我国土壤环境质量三级标准。

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  （2）、力维公司检验结果及结论：

  检验结论：所检固体废弃物中PH浓度值符合《危险废物鉴别标准  腐蚀性鉴别》（GB5085.1-2007）标准要求；所测固体废弃物中镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍浓度值符合《危险废物鉴别标准  浸出毒性鉴别》（GB5085.1-2007）表1浸出毒性鉴别标准要求；有机质没有判别标准，故不作判定。

  由以上检验结果及检验结论可以判定，用城市污泥部分替代天然矿物原料生产水泥熟料符合环保要求。

  四、城市污泥替代部分天然矿产资源进行配料计算

  根据城市污泥化学组成，用城市污泥部分替代天然矿产原料进行配料计算，经过理论计算在目前原材料不变的前提下用2.5%的城市污泥替代现有的硅、铁质材料配料，除熟料中SO₃等有害成分略有上升外（SO₃可在污泥选择和干化过程中予以控制），基本上不会引起生料、熟料化学成分变化，用5.0%的城市污泥替代现有的硅、铁质材料配料，只需对城市污泥中的有害成分适当限制以及现有原材料进行调整，也能实现硅酸盐水泥熟料的配料方案。

  五、水泥窑协同处置城市污泥的生产工艺

  金园公司将污泥干化至水分40%左右，经过船运至我公司熟料生产线码头，上岸后储存于原材料堆棚等待使用。干化污泥按照一定的比例经过计量和其它原料一起送入生料磨中共同进行烘干、粉磨后成为水泥生料，水泥生料再经过水泥窑内1700℃左右火焰温度的高温煅烧（物料温度可以达到1450℃左右）成为水泥熟料。干化污泥在从生料煅烧成为熟料的复杂物理化学变化过程中将灰渣中可能存在的重金属固化在水泥熟料的晶格中，达到稳定固化效果，进行了彻底的无害化处理，不会造成二次污染，变废为宝，造福人类。

  六、使用城市污泥配料对水泥熟料、水泥质量的影响

  由于2011年10月份使用时受其他条件限制，试用时间短，试验数据不宜作为对比总结数据。今年6月2日开始，先后按2%的比例试用城市污泥，从试用期间熟料检验结果看，使用城市污泥配料后熟料中的SO₃含量上升0.2%左右外基本没有太大变化。试用城市污泥前后水泥熟料化学成分及物理检验数据见附表1。

  从水泥质量看，用城市污泥前后，水泥质量基本没有明显变化，水泥质量不仅完全满足国家相关标准要求，而且还能达到南方水泥内控指标要求及建材行业优等品标准要求，详见附表2。

  从以上数据分析，城市污泥参与配料对水泥熟料和水泥的质量没有影响，城市污泥可以用来生产水泥熟料。

  七、城市污泥使用体会

  1、无锡金园污泥处置新型燃料科技有限公司通过机械脱水的方法将城市污泥从含水率8O-85% 干化到含水率40%左右，耗能低，污染小。为水泥窑协同处置城市污泥提供了极大方便，使水泥窑工业化协同处置城市污泥成为可能。

  2、水泥窑生产温度高，对污泥中的有机物能100%处置。水泥生产过程中的熟料温度在1450℃左右，气体温度在1700℃左右，燃烧气体在回转窑内的停留时间大于8秒，高于l100℃时停留时间大于4秒，回转窑内物料呈高度湍流化状态，污泥中有害有机物能得到充分燃烧，废弃物的焚毁率能达99.999%。

  3、焚烧污泥采用闭路生产措施，不产生新的废物，无二次污染。新型干法水泥企业生产特点决定焚烧污泥后的废气粉尘需经过收尘器收集后又进入水泥回转窑内煅烧，形成闭路生产路径。

  4、水泥窑内呈碱性气氛，能消灭二恶英形成，从国内外水泥窑处置有毒有害废弃物的实践表明，鉴于水泥窑系统的热容大、温度稳定，废弃物焚烧后产生的二恶英排放浓度远低于国家对废气排放要求的限值标准。

  5、水泥生产过程中的熟料能吸收重金属。鉴于水泥回转窑生产自有特性，在焚烧污泥过程中能将灰渣中的重金属固化在水泥熟料的晶格中，达到稳定固化效果。

  6、水泥窑协同处置城市污泥减少对不可再生自然资源的开发，实现资源的循环再利用和经济的可持续发展。项目较好解决了城市污泥处置难题，不需要再规划污泥处置的填埋用地，节约了填埋用土地，避免了填埋过程中的二次污染。

  7、水泥窑协同处置城市污泥，利用现有设备和工艺，工艺简洁可靠，无须大的改造资金投入，节约投资。

  8、江苏南方水泥有限公司水泥窑协同处置城市污泥真正实现了污泥处理的“减量化、资源化、无害化”。

  本次试用城市污泥配料掺加比例较小，到目前为止还没有发现影响熟料产量、质量及水泥质量的情况。下一步在确保产品质量安全和生产正常的前提下，公司将提高城市污泥试用比例，按在入磨物料中配比不小于3%的比例继续试用，进一步探索使用城市污泥配料对熟料产量、质量及水泥质量的相关性。力求更多地消纳城市污泥，为地方发展循环经济多做贡献，认真践行中国建材“善用资源，服务建设”的企业使命。