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杭世珺:多個工藝路線及案例了解污泥水泥窯協同處置現狀

時間:2019-08-12 15:19

來源:給水排水

作者:杭世珺

本文分析了污泥水泥窯協同處置的國內外應用現狀,統計了我國部分相關項目的主要工藝條件和處理規模,歸納總結了污泥水泥窯協同處置技術的特點和優勢。通過現場調研和分析,提出了我國污泥水泥窯協同處置的6種工藝路線,并通過工程實例對各類工藝路線加以說明。

0 概述

隨著我國市政污水處理行業的蓬勃發展,水污染治理成效顯著,污水處理廠污泥產量逐年增加,我國城市和縣城污水處理設施2016年脫水污泥(80%含水率,下同)產量達4 760萬t,由于我國長期以來“重水輕泥”,相關設施建設沒有同步跟上,污泥處理處置問題未能得到有效解決,形勢十分嚴峻。目前我國污泥處置主要以填埋為主,其污泥消納能力、環保指標、資源化利用等方面均不能滿足要求。污泥水泥窯協同處置技術具有焚燒溫度高、處置徹底、灰渣直接利用、無二次污染,一站式無害化處理的特點,是污泥無害化處置的方法之一,國內外均有成熟的應用案例。本文在前期的調研和研究的基礎上,總結了該技術的國內外研究和應用現狀,對該技術的應用邊界條件、主要技術參數作了詳細的分析,提出了該技術未來的應用前景,為污泥水泥窯協同處置提供技術支撐。

1 國內外污泥水泥窯協同處置的應用現狀

在歐美國家,污泥水泥窯協同處置起步較早,形成了完整的法律政策體系并得到了較廣泛應用。近年來,日本、瑞士、德國的污泥在水泥窯協同處置的比例分別為28.7%(2015年)、19%(2003年)和14.6%(2010年)。美國有近200 座污水處理廠采用焚燒方式處理污泥,占全國污泥處理總量的20%,其中6%的污泥采用協同焚燒方式處置。

我國是水泥生產大國,污泥水泥窯協同處置項目逐年增加,已經成為我國污泥熱化學處理處置的手段之一。目前我國已建成污泥協同處置設施的水泥熟料生產線30~40條,其中部分項目的基本情況如表1所示。

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2 污泥水泥窯協同處置技術的特點和優勢

利用水泥回轉窯焚燒污泥,減少了殘渣、大氣污染物、重金屬等無序排放造成的環境污染。水泥生產過程中,高溫煅燒可分解污泥中的有機物、水泥熟料礦物的水化過程可固化重金屬,實現污泥的無害化;污泥中的灰分可作為熟料生產的原料,實現污泥的資源化,體現了循環經濟“減量化、再利用、再循環”的原則,符合循環經濟發展模式。

2.1 有機物分解徹底

水泥回轉窯內高溫、充足的停留時間和懸浮狀態可以保證污泥中的有機物徹底分解。硅酸鹽水泥熟料的生產原料主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分,各種原料磨成細粉后,按照適當比例混合并在水泥回轉窯內燒至部分熔融,得到以硅酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質。水泥熟料生產中,為保證CaCO3分解為CaO,分解爐的氣流溫度控制在850~1 100 ℃;在回轉窯內,硅酸三鈣(C3S)在出現液相以后才能形成,回轉窯內物料燒成溫度1 450~1 550 ℃,爐內最高的氣流溫度可達1 700~1 800 ℃;物料從窯尾到窯頭總的停留時間在40 min左右;氣體在高于950 ℃以上溫度的停留時間在8 s以上,高于1 300 ℃以上停留時間大于3 s;且窯內物料呈高湍流化狀態,二噁英等穩定有機物等也能被完全分解。水泥回轉窯是一個熱慣性很大,十分穩定的燃燒設備,不會因污泥投入量和性質的變化,造成大的溫度波動,系統易于穩定。

2.2 二次污染少

水泥熟料生產采用的原料成分決定了水泥回轉窯內的堿性氣氛,它可以有效地抑制酸性物質的排放,使得SO2和Cl-等化學成分化轉化為鹽類化合物并得以固定;水泥回轉窯可將污泥中的絕大部分重金屬離子固化在熟料中,可有效避免其釋放和擴散;污泥所含各類物質經水泥回轉窯處理后只存在于熟料和煙氣中,熟料和煙氣在達到相應標準后進行使用和排放,與污泥單獨焚燒相比,在水泥窯特定工況下,煙氣和飛灰的二次污染風險低得多。

2.3 環境與經濟效益顯著

利用水泥回轉窯來處置污泥,雖然需要在工藝設備和給料設施方面進行必要的改造,并需新建污泥貯存和預處理設施,但與新建專用污泥焚燒廠相比,不需新建焚燒爐,投資顯著降低;對于設有水泥熟料生產設施的地區,在尚不具備建設永久性污泥處理設施的情況下,采用該工藝有利于污泥就地消納,簡化了工藝環節;通過污泥處置與資源能源回收利用的良好結合,實現了污染物排放總量的本質性降低,符合循環經濟的發展要求。

3 污泥水泥窯協同處置的工藝路線

污泥水泥窯協同處置,應以滿足如下條件:

(1)水泥窯系統能夠維持穩定運行;

(2)水泥熟料生產和污染物排放均符合相關標準;

(3)具有一定的經濟效益。

污泥預處理工藝和水泥窯投加點是工藝路線中的兩個關鍵要素,據此分類,我國污泥水泥窯協同處置的主要工藝路線可分為以下幾種:

(1)污泥脫水——窯尾煙室投加;

(2)污泥深度脫水——分解爐投加;

(3)污泥直接/間接干化——分解爐投加;

(4)污泥脫水——氣化爐投加;

(5)污泥脫水——增濕塔噴霧干燥——分解爐投加;

(6)污泥/污泥焚燒灰渣——原料投加。

以下簡要介紹各個工藝路線的代表性案例,其中大部分案例經過現場調研。


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