关于污泥干化及资源化综合利用项目的分析

关于污泥干化及资源化综合利用项目的分析

摘要：本文主要针对污泥干化及资源化的综合利用展开探究，通过结合具体的

研究实例，对项目作出系统介绍，详细说明了相应的研究方法，并对研究所得结果作了阐述和讨论，以期能提供一定的参考和借鉴。

关键词：污泥干化；综合利用

近年来，污水处理厂、造纸、印染等行业污泥的产生量不断增加，处理压力、处理成本

持续上升，污泥处理必须不断寻找出路。以我市某项目为例，按照循环经济的思路，结合当

地实际，采用“焙烧砖窑余热干化污泥”方法，利用公司现有烧砖窑的余热干化市政污泥、印

染污泥、造纸污泥，把干化后的污泥作为企业制砖原料使用，真正做到固体废物的“减量化、资源化、无害化”，这一举措对于我市污泥的处理处置具有重大深远意义。

1 项目概况

某污泥干化及资源化的综合利用项目基本情况如下：（1）利用项目现有烧砖窑的余热干化肇庆及周边地区的市政污泥、印染污泥、造纸污泥，且干化后的污泥可作为企业制砖原料

使用，用于烧制砖。（2）项目建成后，预计收集并干化湿污泥30万吨/年，污泥类别包括市政污水处理厂污泥、造纸污泥、印染污泥。

2 研究方法

2.1 污泥干化处理工艺流程实例研究

污泥干化可分为直接干化和间接干化。本项目采用直接干化法，即将利用焙烧砖窑余热

所加热的空气直接引入干化设备内，通过气体与湿污泥的接触、对流进行换热。

（1）污泥预处理

外来已经稳定化和脱水处理的污泥其含水量一般为70～85%，呈膏状，运至车间后堆存

于污泥堆放场内，并定期进行翻混。这一过程既可以自然蒸发污泥中的部分水（主要为污泥

间的间隙水），又可以使来自不同地点的污泥在堆放场内得到均匀化。污泥堆存的时间根据

堆放场地的大小和天气条件而定，一般为2-5d，此过程可自然蒸发污泥中1%~3%的水分，堆存过程产生少量渗滤液，产生量约为水分的1%，需进行集中收集。污泥堆场采用全密封式设计，堆存过程会产生一定量的臭气，通过负压抽风后引至“五段化学洗涤除尘净化系统”进行

处理。

经过堆存、翻混匀化、自然蒸发后的污泥送入箱式给料机，以完成均匀和定量给料，并

能破碎较大的松软泥料。污泥经箱式给料机送入链排式烘干炉。

（2）焙烧砖窑余热利用机理及污泥干化过程

含水量为70-85%的湿污泥中的毛细水和吸附水需要外加热量通过干化过程去除。为了保证污泥中的有机质破坏程度降至最低，使污泥中的绝大部分热值能够保存下来并充分利用，

污泥干化必须进行低温干化，即：理想的污泥低温干化是在低于污泥有机物热解温度下完成

污泥干化过程。

项目隧道烧砖窑分为三部分：预热带、焙烧带、定型冷却带，其中预热带温度一般为

350-850℃，焙烧带温度为850-1080℃，定型冷却带温度则为200-850℃。隧道烧砖窑的一次

能源（无烟煤、粉煤灰），除了炉窑散热、产品水分蒸发、烧结等必须消耗的能量外，约70%的能量随烟道排烟和产品冷却损失而浪费。在这些损失的热量（简称余热）中，除现有项目

干燥砖坯可利用20%余热外，其余50%余热还没得到充分利用。为进一步利用余热，通过在

隧道窑定型冷却带的炉顶安装换热装置吸热，并布置空气输送管道以通入新鲜空气，通过吸

收的余热加热空气至250-300℃，被加热的空气通过送热风机送至干化窑内对污泥进行直接

干化。

2.2 污泥制砖工艺流程研究

烧结砖的生产一般包括原料处理及配备、成型、干燥和焙烧等工序。烧结砖一般使用的

原料为天然硅酸盐类的岩石经长期风化而形成的多种矿物混合物，其成分应具有层状结构的

含水硅酸盐和含水率硅酸盐结构，并需具备良好的可塑性。因为页岩、煤矸石、原煤、干污

泥等为原料混合后具有以上特性，可用来制造烧结砖。污泥等物质由于含碳量高，在被烧段

燃烧放热，可节约大量原煤及煤矸石。

砖坯焙烧工艺可按燃料来源、操作方式、焙烧氛围等分为内燃及外燃焙烧等不同工艺，

本项目讨论的属于内燃工艺。砖坯在加热到一定温度后开始收缩，在450~850℃之间（预热带），矿物质脱去结晶水，有机物逐渐氧化燃烧并完全分解。在继续升温至900~1080℃的过

程中，砖坯物料中的杂质与矿物质形成易熔物质，出现玻璃态液相，填塞于未熔颗粒空隙中，液相表面张力的作用使未熔颗粒紧密粘结，从而使坯体孔隙率下降、体积收缩，强度相应增大，最后变得密实，而形成产品砖。

（1）原料配比

在1~8mm粒径范围的污泥颗粒，一般可用于建材原料、燃煤辅助燃料或园林绿化材料等。本项目所产污泥颗粒全部自销，与页岩、煤矸石、原煤等混合用于现有项目的烧结页岩空心

砖中。

原有项目制砖的原料配比为——页岩：煤矸石：煤=60：34：6，送入搅拌机并经搅拌机

加水、搅拌、混合达到陈化时所需的条件。

一般情况下，烧结一块2kg的砖需要约1193kcal的燃料燃烧热量，加入过多的内燃料

（如原煤、煤矸石）会引起砖的过烧，产生废品。干化后污泥含有约40%左右的有机物，发

热量较高，平均发热量约1300kcal/kg；煤矸石发热量按500kcal/kg、无烟煤按4675kcal/kg计算。参照烧结砖内燃配比原则，干料配比为干化污泥（含水40%）：页岩：煤矸石：煤 = 31.25：55.75：10：3，从而有效节省无烟煤、煤矸石用量。

（2）陈化

污泥经干化后含有一定热量，送入陈化车间内，加入一定量的页岩搅拌、细碎造粒形成

污泥颗粒后，通过布料机摊铺于陈化仓内自然冷却而进一步脱水，最后形成含水率为20%~30%以下、粒径为1~8mm的质地坚硬的污泥颗粒。上述搅拌、细碎造粒过程会产生一定量的粉

尘废气。

污泥、页岩、煤矸石、无烟煤经过粉碎筛分后按比例均匀混合，加水拌和，控制水含量

约15%左右，堆存到陈化区中。物料陈化时间不得少于3天。陈化的作用是使原料中水分均

化成都提高，原料颗粒表面和内部性能更加均匀，更加一致，颗粒变得容易疏解，物料的成

型性能得到提高。

（3）挤出成型

经过陈化的混合料送至双轴搅拌挤出机，此时在设备中再次加水，物料水分控制在

17~20%，以满足成型要求。挤出的泥条经切条机、切坯机切割成需要规格的砖坯后，由输送

机送到人工码坯处，人工将砖坯码放到窑车上。

（4）干燥

现有项目生产线的干燥室采用逆流式隧道干燥室，坯体的运动方向和热介质的运动方向

相反，通过湿坯和干燥介质的热湿交换，将成型好的湿坯脱水干燥达到隧道窑烧成要求，为

坯体焙烧作准备。干燥室热源为焙烧窑产生的含热烟气，通过引风机送入砖坯干燥窑。由于

砖坯的干燥主要是蒸发原料中的水分，利用隧道窑100-300℃余热足够满足干燥砖坯所需热量。

（5）焙烧

干燥砖坯随窑车进入焙烧隧道窑（示意图如图4.7-3），窑的中部设有固定的焙烧带，焙

烧带的温度一般为850~1180℃之间。隧道窑内热烟气与窑车相对移动，由窑车的出口端进入

冷空气，冷却烧成砖。被加热的空气用于焙烧带的燃烧；燃烧产生的烟气流经预热带预热砖坯，而后从窑头排烟孔经烟道并经烟囱排入大气。

焙烧窑属于生产线热工设备，焙烧窑设计为全内燃。制砖原料发生变化，原料中掺入的污泥

具有一定热值，则主要原料（如煤矸石、无烟煤、干化污泥）所含的热含量基本能够满足烧

成过程中的热量要求。现有项目隧道窑设有余热利用系统，窑冷却段的烟气（温度为100-300℃）全部送入隧道干燥窑中，作为干燥室的热源。而本项目的建设，则在上述余热利用

的基础上，再在隧道窑定型冷却带的炉顶安装换热装置吸热，并布置空气输送管道以通入新

鲜空气，通过吸收的余热加热空气至250-300℃，被加热的空气直接通过送热风机送至干化

窑内对污泥进行直接干化。

3 结果与讨论