利用污泥生产生态水泥的可行性初探

城市污泥是污水处理厂污水处理的必然产物，这种废弃物的处理处置是污水处理后不可回避的问题[1-3]。

随着污水处理率的不断提高，污水处理厂的数目成倍增长，城市污泥的产量也急剧增加，城市污泥处置的矛盾变得日益突出。

由于城市污泥具有容量大、不稳定、易腐败、有恶臭、有毒有害等特点。

另外，污泥的任意堆弃或直接利用，势必对环境造成2次污染，这不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。

因此必须对其进行适当的处理。

目前，国内利用城市污泥等生产生态水泥处于起步阶段，而在欧美、日本等发达工业国家，已经广泛使用污泥等生产生态水泥（在水泥生产过程中，能源和物质投入、废物和污泥排放物都减少到最低限度，制造过程中的副产物能重新利用，产品不污染环境，并可回收利用）。

这既可保护环境、节约资源，又可为污泥寻求一条理想的处置出路，符合循环经济和可持续发展战略。

采用污泥作原料生产生态水泥，可以彻底地解决城市污泥问题，是保护生态环境，实现“零污染”最有效的途径，对促进社会可持续发展具有重要意义。

为此，笔者以增加污泥的有效用途为目的，利用重庆市长寿、涪陵、渝北、垫江及丰都5个片区污水活性污泥，探讨利用污泥中有机和无机成分生产生态水泥的可行性。

1研究内容及关键技术
1.1研究内容采用重庆市长寿、
涪陵、渝北、垫江及丰都5个片区污水活性污泥生产生态水泥。

1.1.1物理形态。

从表观上看，污泥呈黑色，不定形态，手触摸有黏糊糊的感觉。

污泥中的有机物主要是生物腐殖质，有腐败的气味，经分析主要为硫醇和硫化氢气体。

1.1.2重金属元素的消减。

污泥中总是会含有一些重金属元素，重金属离子的作用和影响常是人们关注的重点。

由于大部分的重金属元素在熟料烧制过程中参与了熟料矿物的
形成反应，已经被结合进熟料晶格中。

因此，判断重金属离子的危害作用，不应是看其在原料或熟料中的含量，而应观察其从熟料中的渗出量，因为只有这部分重金属才有可能对人体或环境产生危害。

1.1.3有机物和细菌的消减。

污泥中含有大量的有机物，其腐败产生大量的细菌和不洁气体。

但是在水泥窑内的高温下，这些有机物和硫化氢及硫醇等气体已完全燃烧分解，不会再产生危害。

1.2技术路线水泥生产采用水泥窑头窑尾污泥双掺组合生产工艺，即“石灰稳定半干化-生料-烧制水泥”和“污泥直接掺烧-熟料-水泥掺和材料”组合处理模式。

污水厂污泥一部分经石灰稳定半干化预处理后，以合适的比率替代部分页岩（黄砂、黏土等硅质材料）与石灰石作为水泥原材料之一，采用重庆润江水泥有限公司原有的水泥生产工艺——
—新型干法水泥生产工艺进行锻烧成熟料；另一部分污泥不经干化预处理以合适比率直接喷入窑头部位，烧掉污泥中所含有机物，污泥中无机物作为水泥混合材掺入水泥熟料，与石膏磨后成为双掺水泥。

工艺流程见图1所示。

石灰石、黄砂、辅助材料等原料经破碎机破碎后进入原料配料站进行配料，按生产要求比率在生料粉磨系统中混合粉磨后至生料均化库均化，使得生料质量得以稳定。

生料均化后进预热分解炉，生料分解后从回转窑窑尾进入回转窑煅烧，同时污泥经泥浆泵直接抽至回转窑窑头，喷入回转窑锻烧，煅烧后的水泥熟料经冷却与石膏等混合材配料、粉磨后成为水泥成品。

设计方案的优点：①污泥和半干化投加的生石灰均可作为水泥生产的生料，直接掺烧污泥则可作为水泥掺合料，该工艺大大节省了原材料和自然资源；②污泥热值被利用，节省煤炭用量；③半干化投加的生石灰有利于水泥品质提高；④管理简便，可操作性强，系统安全性好；⑤污泥处置量大；⑥处理成本较低。

1.3
水泥生产生料配比
主要原材料含水率见表1。

原材
图1水泥窑头窑尾污泥双掺组合生产工艺流程
Fig.1Process flow of sludge double mixed production in head
and the end of cement kiln
污泥
作者简介漆宏（1959-），男，重庆人，工程师，从事环境工程方面的
研究。

收稿日期
2008-04-09
利用污泥生产生态水泥的可行性初探
漆宏
（重庆环境科学研究院，重庆400020）
摘要利用重庆市长寿、涪陵、渝北、垫江及丰都5个片区污水活性污泥，探讨利用城市污泥中有机和无机成分生产水泥的可行性。

结果证明，采用水泥窑头窑尾污泥双掺组合生产工艺，用污泥生产生态水泥是可行的。

关键词城市污泥；水泥；可行性研究；应用中图分类号TQ172.6文献标识码A 文章编号0517-6611（2008）17-07380-02Feasibility Study on Producing Ecological Cement by Sludge
QI Hong (Chongqing Institute of Environmental Science,Chongqing 400020)
Abstract The feasibility on producing ecological cement by the organic and inorganic components of the sludge from Changshou,Fuling,Yubei,Dianjiang and Fengdu was studied.The results showed that it was feasible that the ecological cement was produced by the sludge using the production process of mixing the sludge from the kiln head and the kiln end.Key words Sludge;Cement;Feasibility study;Application
安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2008,36(17):7380-7381责任编辑姜丽责任校对马君叶
2.2重金属排放浓度和排放速率分析污泥灰分可以进入水泥熟料，对水泥质量无影响，但可将污泥中的绝大部分重金属元素固定在熟料中，消除了污泥农用过程中重金属从农产品进入食物链，最终进入人体，并在人体内富集的问题，避免了再次扩散，作到无2次污染。

该研究工艺的重金属排放浓度和排放速率均能够满足《危险废物焚烧污染控制标准》中的规定。

具体重金属排放浓度和排放速率见表4。

2.3二恶英排放情况分析据统计，
一般的污泥焚烧会产生有害气体二恶英约5g TEQ/a 。

但是水泥回转窑内温度高，火焰和物料温度分别高达2000、1450℃以上，而一般污泥焚烧炉内的温度仅为850~1100℃，物料在水泥窑内的停留时间又长，因此，污泥中所有的有毒有害物质都将彻底分解，排气中几乎没有二恶英等有害成分。

在燃烧条件控制得当、除尘装置运行正常的情况下，二恶英排放浓度能够在
0.1ngTEQ/m 3以下，
满足排放标准要求。

2.4恶臭污染物排放浓度及排放量分析
高温能使有机
体破坏得更彻底；气体和物料停留的时间更长，窑内高温气体湍流强烈，能使污泥焚烧更彻底；全系统在负压下运行，
有毒有害气体不能溢出，除尘效率高；水泥煅烧在碱性条件下进行，其中的Cl 、S 、F 等在窑内被碱性物质中和吸收，变为无毒的CaCl 2、CaSO 4、CaF 2等，有利于尾气的进一步处理。

该研究工艺臭气中，H 2S 、NH 3、
甲硫醇的排放浓度和排放量均能够满足《恶臭污染物排放标准》中对恶臭污染物的排放限值，具体数值见表5。

3结论
我国的建材行业特别是传统建材行业是天然矿物资源和能源消耗高的行业，每年生产各种建筑材料要消耗50多种资源，消耗2.3亿t 标准煤，给资源和社会环境带来沉重的负担。

采用水泥窑头窑尾污泥双掺组合生产工艺，用污泥生产水泥，替代部分水泥原料，生产出产品质量符合国家标准、环境保护符合国家规范的生态水泥，使水泥工业成为综合利废、保护环境的绿色工业，并综合利用资源，这不仅可以为环境保护作贡献，更有利于企业自身的生存和发展。

参考文献
[1]赵启纲，
田巍，张觊.利用水泥窑处置城市工业废弃物技术的研究和应用[J].中国水泥，2006（11）：49-52.
[2]张龙，高志刚，王涌，等.活性污泥作为水泥生产原料的可行性初探———以贵阳小河污水处理厂活性污泥为例[J].贵州环保科技，2003（4）：25-27.
[3]施惠生.利用水泥窑处理污水厂污泥的应用研究[J].水泥，2002
（7）：8-10.
料主要化学成分见表2。

2结果与分析
2.1NO 2、SO 2、HF 、HCl 、CO 等废气的排放浓度和排放速率分析水泥回转窑内的原料、熟料以及耐火砖、窖皮均是碱性物质，可以有效地中和污泥中的酸性物质，使得SO 2、
Cl -的排放量明显减少；
污泥燃烧后变成水泥熟料，没有残渣序号No.原材料名称Name of raw material 含水率content ∥%
1石灰石Limestone 0.52黄砂Yellow sand 15.03干污泥Dry sludge
35.04辅助材料Auxiliary material 18.5
表1原材料含水率一览
Table 1Moisture content of raw material
序号No.
名称Name CaO SiO 2Al 2O 3
Fe 2O 3MgO 1石灰石Limestone 505.641.39.78.416.42铁粉Iron powder 213.7325.695.8246.680.33钢渣Steel slag 263.6228.275.5239.5110.54黄砂Yellow sand
5.6823.475.838.1 5.15
污泥焚烧Sludge incineration
90.0
490.0
175.0
60.0
19.5
表2原材料主要化学成分一览
Table 2Main chemical components of raw material
g/kg
污染物
Contamination
排放浓度Emission concentration mg/m 3排放标准
Emission
standard ∥mg/m 3
单位产品排放量Unit
product emission ∥kg/t 水泥
排放速率Emission rate
kg/h
单位产品限值Limit value of unit product ∥kg/t 水泥
最高允许排放速率Maximum allowable emission rate ∥kg/h
NO 2744.08000.932097.06 2.40-SO 291.54000.09009.19 1.20-HF 0.1100.00040.310.03-HCl 1.860-0.55-12.00CO
57.0
80
-16.00
--
表3NO 2、SO 2、HF 、HCl 、CO 排放浓度及排放速率
Table 3Emission concentration and emission rate of NO 2,SO 2,HF,HCl and CO
污染物
Contamination
排放浓度Emission concentration mg/m 3排放量Emission kg/h
排放标准Emission standard mg/m 3H 2S 0.0390.0009750.060NH 3
0.0500.001250 1.500甲硫醇Methylmercaptan 0.005
0.000125
0.007
表5H 2S 、NH 3、
甲硫醇和臭气排放浓度和排放量Table 5Emission concentration and emission rate of H 2S,NH 3,
methylmercaptan and effluvium 排出，处理彻底；污泥中可能存在的重金属转变成难溶的化合状态固定在熟料中，不需要对燃烧灰渣再处理，避免产生
2次污染。

该研究工艺的污染物排放均能满足排放标准，主要污染物的排放浓度和排放速率见表3。

表4重金属排放浓度及排放速率
Table 4Emission concentration and emission rate of heavy metals 污染物Contam -ination 排放浓度Emission concentration mg/m 3排放标准
Emission standard mg/m 3
排放速率
Emission rate
g/h Ni 0.003000 1.0
（Ni+As ） 1.0497As 0.0000100.0053Zn 1.353000-434.3130Cd 0.0002570.10.0825Pb 0.0652000 1.020.9290Hg 0.0770000.1
24.7170Cr 0.001660 4.0
（Cr+Sn+Sb+Cu+Mn ）0.5329Cu
0.000981
0.3149
漆宏等利用污泥生产生态水泥的可行性初探
36卷17期7381。