2水泥窯協(xié)同處理污泥的工藝

水泥窯協(xié)同處理污泥的方式按水泥生產(chǎn)過程可分：污泥用于作水泥原料，在生料配料時加入；在水泥燒成系統(tǒng)的某個環(huán)節(jié)加入，高溫焚燒污泥；把污泥煅燒活化成堿激發(fā)水泥等3類。

水泥窯協(xié)同處置污泥工藝包括:污泥運(yùn)輸系統(tǒng)、進(jìn)廠接收系統(tǒng)、分析鑒別系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)（圖3）。

水泥窯宜處理性質(zhì)相對穩(wěn)定、量大的污泥。包括：城市污水處理廠污泥和工業(yè)污泥，如：制藥廠、印染廠、采油廠等污水處理后的污泥、不銹鋼冷軋脫水污泥、石油、石化、船舶、涂料、油料、顏料等行業(yè)排放的含烴類有機(jī)物污泥、造紙污泥等；以及河湖疏浚污泥。其中，針對城市污水處理廠污泥處置的專利技術(shù)最多。

3水泥窯協(xié)同處理污泥的專利技術(shù)

在水泥生產(chǎn)中協(xié)同處理的污泥可以是未經(jīng)干化的濕污泥，也可以是干燥污泥。不經(jīng)過干化處理的濕污泥，直接用于水泥原料，在生料配料時加入。干化污泥則可以在水泥燒成系統(tǒng)包括分解爐到冷卻機(jī)各個環(huán)節(jié)加入。

3.1水泥窯協(xié)同處理未經(jīng)干化的濕污泥

城市污水廠的污泥進(jìn)入水泥廠后，經(jīng)過特性分析（如含水率、含砂率、固定碳、揮發(fā)分、水分、化學(xué)成分以及有害元素等）的分析，與生產(chǎn)水泥的其它原料按一定比例混合，作為水泥生產(chǎn)的部分替代原料進(jìn)入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。該種方法適于處理絮凝劑處理高濃度有機(jī)污水所產(chǎn)生的含稀土污泥和含鐵塵泥等含水量為20~60%)的濕態(tài)污泥。或者將含水率≥70%的造紙污泥直接加入立磨，與水泥原料混合、磨細(xì)，制成水泥生料，造紙污泥的加入量為水泥生料重量的5%~12%，均化后導(dǎo)入煅燒系統(tǒng)中燒制成水泥熟料。依據(jù)處理濕態(tài)污泥的化學(xué)成分，按硅酸鹽或鋁酸鹽為主的熟料設(shè)計要求，計量污泥替代水泥原料，將污泥與水泥原料混合均勻并制成生料棒或生料球，直接送入水泥窯以1200~1300℃燒制水泥熟料。該種治理高濃度有機(jī)污水所產(chǎn)生的污泥的處理方法，無害化處理污泥的同時，提高了水泥熟料強(qiáng)度、產(chǎn)量，還可以減少生產(chǎn)水泥對自然礦物的消耗，有效燃盡污泥中的有機(jī)物消除有機(jī)物和重金屬元素的污染。

不銹鋼冷軋脫水污泥與石灰石、粘土、煤灰、鐵礦粉、石膏等混合配制成的水泥生料可以燒制成硅酸鹽水泥熟料。石灰主要成分是氧化鈣(CaO)。

每投加1kg的氧化鈣就有0.32kg的水被結(jié)合成為氫氧化鈣。另外，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生成的熱量相當(dāng)于蒸發(fā)0.5kg的水所需要的熱。所以加入石灰后，污泥中的一部分水被結(jié)合生成固體物質(zhì)氫氧化鈣，還有一部分水被反應(yīng)釋放的熱量蒸發(fā)，從而減少了污泥的含水量。氫氧化鈣遇到空氣中的二氧化碳，可以生成碳酸鈣，即石灰石。石灰石是生產(chǎn)水泥的原料之一，因此采用濕污泥配制水泥生料時，加入石灰減少含水量是常用的技術(shù)手段。首先分析污泥的含水量，根據(jù)含水量加入石灰以及其他配料，使其達(dá)到水泥窯進(jìn)料標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)配料比例進(jìn)行混合攪拌，使污泥的含水率為10%~40%。這種方法也可以用于利用立式水泥窯處理污水處理廠、造紙廠的污泥。

3.2水泥窯協(xié)同處理干化污泥的技術(shù)

污泥作為水泥原料在生料配料時加入這種處理方式，污泥的熱量不僅得不到利用，還會對水泥生產(chǎn)造成不利影響，對環(huán)境也形成二次污染。水泥廠的污泥綜合利用通常首先需要利用水泥生產(chǎn)過程的廢熱煙氣作為污泥干燥的熱源使用，然后再將干化后的污泥放入水泥窯系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行煅燒處置。干燥污泥的熱源包括水泥生產(chǎn)余熱、生產(chǎn)中高溫氣體以及外熱（如太陽能）三類。

利用水泥窯系統(tǒng)廢氣烘干污泥水分，干化后的污泥作為替代燃料入窯煅燒，實(shí)現(xiàn)較高的替代率。該污泥預(yù)處理與水泥窯綜合利用系統(tǒng)以廢治廢，可使污泥得到安全、無害、資源化的處置和利用。利用水泥生產(chǎn)余熱干化污泥的技術(shù)包括：將要處理的污泥先進(jìn)行分類，將重金屬含量高的污泥與燃煤混合，利用轉(zhuǎn)窯頭的余熱烘干后，加入轉(zhuǎn)窯高溫帶；污泥經(jīng)1400~1600℃的高溫焚燒后成為灰燼，灰燼制成水泥產(chǎn)品；焚燒的廢氣經(jīng)除去惡臭后排出；重金屬含量不超標(biāo)的污泥，利用水泥窯尾的余熱烘干后與水泥窯灰混合制成肥料產(chǎn)品。

將含水量75%的工業(yè)或生活污泥直接進(jìn)入烘干攪拌機(jī)，攪拌機(jī)的烘干熱源來自水泥熟料燒成窯頭熱的三次風(fēng)，出烘干攪拌機(jī)的污泥送入帶流化床的懸浮爐，出爐物料經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后直接進(jìn)入水泥熟料燒成系統(tǒng)。還有利用水泥回轉(zhuǎn)窯外壁輻射高溫加熱污泥城市污水處理廠污泥或河湖疏浚污泥，經(jīng)過二段干化后與粘土質(zhì)原料混合，再與石灰質(zhì)原料混合，形成生料，燒制成水泥。

將干法水泥生產(chǎn)中熟料冷卻機(jī)的熱風(fēng)引入烘干機(jī)中烘干污泥，干污泥再送入水泥窯尾或分解爐焚燒，焚燒的熱量供給水泥燒成過程，灰渣作為水泥原料形成熟料。水泥生產(chǎn)余熱、生產(chǎn)中高溫氣體干化污泥的方法不需要額外補(bǔ)充燃料、能分解污泥中的有害氣體實(shí)現(xiàn)污泥無害化處理、能利用污泥熱量、節(jié)能、不影響水泥熟料品質(zhì)。

加熱的方式又分為熱介質(zhì)直接與污泥接觸的直接加熱方式和熱介質(zhì)不直接與污泥接觸而通過換熱的間接加熱的方式。直接干燥系將熱煙氣直接引入干燥器，通過熱氣體與濕污泥的直接接觸、對流進(jìn)行換熱，污泥中的水分得以蒸發(fā)，含水率降低，得到最終產(chǎn)品-干化污泥。間接干燥是熱煙氣的熱量通過熱交換器，傳給某種介質(zhì)（如蒸汽）后再與濕污泥傳導(dǎo)或接觸進(jìn)行換熱，降低污泥的含水率。

4水泥窯協(xié)同處理污泥在我國的應(yīng)用

4.1北京水泥廠污泥處理

北京水泥廠有限責(zé)任公司的處置污水處理廠污泥工程是我國首個利用水泥窯余熱干化處置污水處理廠污泥的示范項目。污泥處理量為500噸/日。處理工藝流程主要包括取熱、干化、水處理三部分。城市污水處理廠的污泥收集送至水泥廠，經(jīng)計量、儲存，再送入污泥干化系統(tǒng)。污泥的干化工藝采用渦輪薄層干燥技術(shù)。干化后，污泥的含水率從80%降低到35%（半干化）或10%（全干化）。干化污泥作為摻和料與水泥工藝用料一同進(jìn)入水泥窯進(jìn)行處置。污泥干化的熱源來自水泥窯煙氣產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過氣液間接交換后，熱量傳遞給導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油被循環(huán)加熱，最終將熱量傳遞給污泥使其干燥。干化過程中產(chǎn)生的臭氣直接送入水泥窯進(jìn)行焚燒處理，同時，干化過程中產(chǎn)生的冷凝廢水排入配套的污水處理站凈化處理，處理后可做為循環(huán)冷凝水使用。同時少量冷卻后不可凝氣體連同污泥儲存過程中的臭氣一并送入水泥窯焚燒（圖4）。

污泥干化采用的是間接干化的方式。采用了《一種處置污泥的方法及其裝置》專利技術(shù)，利用污泥焚燒處置系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的余熱烘干濕污泥，將烘干過程中產(chǎn)生的廢氣導(dǎo)入廢氣處理系統(tǒng)中處理達(dá)標(biāo)后再排出，得到的干污泥送入污泥焚燒處置系統(tǒng)，不添加輔助燃料直接焚燒，得到的殘渣用于生產(chǎn)水泥。這種方法處置污泥，既節(jié)省了干化污泥所需的燃料，又避免了廢氣廢渣的污染，同時也節(jié)省了廢氣廢渣處理的成本，從而達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。

北京水泥廠有限責(zé)任公司還利用污泥中的氨氮，在處置污泥的同時使水泥窯分解爐中形成還原氣氛，可直接將大部分的氮氧化物還原成氮?dú)�，從而降低水泥窯尾氣中氮氧化物排放；而且降低了污泥處置的成本，還增加了污泥的處置量。發(fā)明的處置污泥的噴槍裝置可通過高壓空氣打散噴槍出口處的工業(yè)污泥，將打散后工業(yè)污泥直接送入到水泥窯中進(jìn)行噴燒，并且不對水泥窯產(chǎn)生任何影響。

4.2廣州越堡水泥有限公司污泥處理

廣州市越堡水泥有限公司污泥處理項目被廣東省環(huán)保局列為“廣東省水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物試驗(yàn)試點(diǎn)示范工程”，同時還被列為國家“十一五”科技支撐計劃的“工業(yè)及城市廢棄物在水泥窯中的處置技術(shù)及裝備研究”攻關(guān)項目內(nèi)容。項目設(shè)計日處置量為600噸(含水率80%)、年處置量為18.6萬噸。該種水泥窯處理污泥系統(tǒng)，包括污泥干燥裝置、污泥焚燒裝置、污泥烘干廢氣處理裝置、廢水處理裝置等（圖5）。整個系統(tǒng)廢渣、廢水零排放，廢氣排放低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)限值，實(shí)現(xiàn)了污泥處置資源化和無害化的目的。

處理的程序大體分兩步：首先是利用水泥窯的鍋爐余熱將含水率為80%的城市污水廠的濕污泥干化為含水量小于30%的半干污泥；然后，將半干污泥通過接口設(shè)備加入水泥熟料燃燒，半干污泥可替代部分原煤。

焚燒殘渣含有大量二氧化硅、氧化鋁，可以替代黏土做為硅質(zhì)、鋁質(zhì)原料，使廢棄物變成能源減少黏土的使用量，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。由于借鑒了歐洲的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，該廠的水泥窯協(xié)同處理城市污水廠污泥的項目在設(shè)計之初就考慮到了污泥回收處理的功能。污泥在水泥窯內(nèi)焚燒，焚燒溫度更高、高溫停留時間更長，可以保證污泥中有害有機(jī)物可充分燃燒、分解。

另外，基于干化尾氣含較高濃度的二氧化硫，采用了一種污泥高溫脫水產(chǎn)生的惡臭廢氣的凈化方法，達(dá)到除臭和生產(chǎn)脫硫石膏的雙重目的。該工藝方法同時包含石灰石－石膏脫硫系統(tǒng)和高溫生物滴濾塔除臭系統(tǒng)兩個部分。惡臭廢氣先通過脫硫塔去除其中的二氧化硫，然后由生物滴濾塔利用生物填料中的高溫除臭嗜熱菌群降解惡臭廢氣中的惡臭有機(jī)組分。該發(fā)明創(chuàng)新組合工藝的優(yōu)點(diǎn)是：除臭效果明顯，無需配套冷卻系統(tǒng)，避免大量冷凝水析出，投資省，運(yùn)行成本低，無二次污染。該項目的工程實(shí)踐為國內(nèi)有機(jī)廢棄物的處理處置和資源化利用探索了一條具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的示范途徑。

5結(jié)語

利用水泥窯處理城市污水廠污泥的技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）水泥回轉(zhuǎn)窯中溫度高，污泥中的有害物質(zhì)可充分燃燒、分解。

（2）回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定，處理量大，不影響水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。

（3）污泥灰渣中的重金屬能夠被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中，減少了對環(huán)境的二次污染。

（4）有效地利用現(xiàn)有設(shè)施，處理污泥和獲取熱源，污泥達(dá)到減量化、無害化和資源化的目的。在我國，水泥窯協(xié)同處理城市污水廠污泥是比較新的技術(shù)，這種技術(shù)為城市污水處理廠污泥的無害化處置和資源化利用提供了一種新的模式和途徑。

原標(biāo)題:水泥窯協(xié)同處理污泥的專利技術(shù)及其在國內(nèi)外的應(yīng)用

水泥窯協(xié)同處理污泥專利技術(shù)及其在國內(nèi)外的應(yīng)用