水泥窑协同处理城市污泥_宋忠元

1　前言

随着城市化进程的加速，经济的不停发展，城市加快了“新陈代谢”的速度。作为污水处理后的副产物，污泥的处理近年来备受关注。截至2010年底，中国已建成投运城镇污水处理厂2 832座，处理能力1.25亿立方米/日，分别比2005年增加了210%和108%。全国城市污水处理率达到77.4%，比2005年提高25个百分点。预计“十二五”结束后，我国污水处理能力还将翻一番。因此，我们需要面对产量日益增长的剩余污泥问题。

要做到彻底无害化处理受土地、交通、环保及能耗的制约，均要付出较高的成本。如何更经济、更彻底地解决城市污水污泥问题，已成为政府急待解决的问题。剩余污泥能源化符合我国可持续发展的大政方针，有利于建立循环型经济，是污泥处理的终极目标。

利用水泥窑处理城市污泥采用“余热干化+水泥窑焚烧技术”，干化的污泥可作为水泥厂的原料，并替代一部分燃料，具有处理温度高、焚烧空间大、焚烧停留时间长。处理规模大、无二次渣排放问题等显著优点。对于解决城市污泥的处理提供了有效途径，减少了城市污泥排放，大大节约土地、降低了处理成本，减少了二次污染。

2　水泥窑协同处理城市污泥的优越性

以无害化为前提的城市污泥资源化利用，有利于保持生态平衡，降低处理成本，促进循环经济的发展。相对来说，使城市污泥无害化最彻底的处理方法是焚烧。

水泥窑协同处理城市污泥

宋忠元，廖正彪，王云龙

（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400）

近几年，国外较多采用焚烧的方法处理污泥，使得城市污泥中的有机成分全部炭化生成稳定的无机物，焚烧后的残渣无菌、无臭，体积可减少90%，达到无害化、减量化的目的。但是采用专业焚烧炉处理污泥其焚烧成本高，投资大，资源化利用效率低。

采用水泥窑处理城市污泥的优越性：

（1）有机物分解彻底。在水泥预分窑系统，分解炉的气流温度850℃~1 100℃，回转窑中，气体温度1 100℃～1 700℃，合计停留时间大于10s，窑内物料翻滚流动，因此窑内的污泥中有害有机物可充分燃烧，焚烧率可达99.999%，即使是稳定的有机物如二恶英等也能被完全分解。对于一些城市污泥中不能分解的无机成分，都能被水泥窑所接纳吸收转化水泥产品。水泥生产本身就是采用大量的石灰石、沙岩、黏土等无机矿物，对烧不尽的无机成分残渣直接接纳，没有残余物。

（2）回转窑热容量大，工作状态稳定，处理量大。（3）回转窑内的耐火砖、原料、窑皮及熟料均为碱性，可吸收SO 2，从而抑止其排放。在水泥烧成过程中，城市污泥灰渣中的重金属能够被固定在水泥熟料的结构中，从而达到被固化的作用。

（4）城市污泥中的有机成分和无机成分都能得到充分利用资源化效率高，其中含有部分的有机质（55%以上）和可燃成分，它们在水泥窑中煅烧时会产生热量；城市污泥的平均低位热值是11MJ/kg左右，在热值意义上相当于贫煤（贫煤含55%灰分和10%～15%挥发分，并具有热值10～12.5MJ/kg）。

中图分类号：TQ172.9 文献标识码：B 文章编号：1671-8321（2013）04-0055-04

摘要：简要介绍水泥窑协同处理城市污泥工艺流程，为水泥窑协同处理城市污泥的设计和运行提供参考。

关键词：水泥窑；协同处理；城市污泥

应用研究Research & Application

（5）水泥生产量大，能规模化处理的污泥量多；水泥厂地域分布广，有利于城市污泥就地消纳，节省运输费用；水泥窑的热容量大，工艺稳定，处理方便，见效快。

（6）城市污泥焚烧设备与水泥生产设备共用节省投资。

（7）节约资源和热量。

（8）在水泥厂建设城市污泥处理设施不需要增加土地占用，几乎所有水泥厂现有的空间均可实现处理设施的建设，既不增加新的占地又可以节约大量的填埋占地。

3　主要技术方案

3.1　污泥处理技术方案

城市污泥水泥窑干化焚烧处理技术属于热处理，处理设施需要的土地面积最小，在所有的焚烧中都充分考虑了对污泥可燃资源的回收利用、排放烟气的热回收和严格处理，对环境影响是最小的，但在投资方面是较大的，综合评价水泥窑干化焚烧处理污泥在上述处理方法中属于处理污泥最彻底的方法。

表1对目前几种处理城市污泥的技术做了一个简单的比较。

3.2　污泥处理工艺流程简述

3.2.1　污泥处理系统

来自污水处理厂的湿污泥到厂后需要进行储存、输送，并通过污泥干化系统完成干化，干化后的污泥经气固分离后，收集的干污泥作为替代燃料供分解炉使用。污泥预处理的总的工艺环节为：湿污泥运输、储存；污泥的干化；干污泥的储存、计量、输送；废气

处理。图1为污泥处理系统流程。

3.2.2　湿污泥运输、储存

由专用车辆运输进厂的污泥首先经过计量称，污泥的输送采用两级输送，设立一个卸料储存仓，储仓下采用两台浓浆泵输送，两台泵采用一用一备布置。污泥经浓浆泵输送至大的湿污泥储罐。湿污泥储罐下设双轴预压螺旋输送机，污泥经螺旋输送机直接输送至干燥机前储料小仓。

在湿污泥卸料仓和湿污泥储罐下均布置有污泥滑架卸料机构，滑架采用液压驱动，保证湿污泥100％的实现卸空。滑架下方采用预压螺旋出料，保证污泥的下料的顺畅。

3.2.3　污泥干化与输送

污泥干化采用的废热来自现有的熟料生产线余热PC锅炉出口的废热烟气，气体温度255℃，经过高效旋风收尘器收尘，控制进入干燥机系统的含尘浓度为30～40g/Nm3，应尽可能提高窑尾系统的选粉效率实现尽可能高的气固分离效率，废气通过防积灰管道送入污泥干化车间。

烟气经旋风分离除去所携带的绝大部分飞灰送入干燥车间作为热源使用。

要干化的湿污泥由污泥输送专用的高压低摩阻复合管输送至污泥储料小仓并进行污泥的打散搅拌和初次破碎，经过预压螺旋输送机送入干燥机干燥塔中部。气流由进口向下通过破碎干燥室底部的缩口，在破碎干燥室下部向上折返，形成快速流化干燥区。气体射流在破碎干燥室内向上呈螺旋状移动，被干化的污泥由上向下运动，在气流、干燥室中的搅拌器的共同作用条件下，气固两相进行热交换。在干燥室内，完成热交换后的污泥和烟气一起向上旋流运动，在干燥室的上方经管道进入袋收尘器进行气固分离。大部分污泥颗粒收集在料斗上，干污泥通过锁风卸料阀后由胶带输送机输送离开干化车间，进入提升机后汇入成品污泥储仓。

3.2.4　干污泥的储存、输送及入窑

设置为1个干污泥料仓。干污泥的最终出路是在水泥窑中焚烧，成品污泥出干泥仓后，可以经过螺旋输送，胶带输送机，提升机，胶带输送机，锁风装置送到分解炉焚烧处理。

3.2.5　烟气净化系统

为了防止城市污泥焚烧处理过程中对环境产生二次污染，必须采取严格的措施，利用烟气净化系统控制城市污泥焚烧烟气的排放。焚烧尾气颗粒物处理利用高效收尘器处理，污泥干化车间颗粒物通过专有袋式收尘器除尘处理。本项目粉尘排放浓度控制指标为30mg/Nm3。

3.2.6　污泥干化尾气除臭

污泥干化尾气除臭，目前广泛应用的处理方法有物理法、化学法、以及生物法。物理法包括活性炭吸附等方法；化学法包括高温燃烧、臭氧氧化、酸碱中和、化学氧化等方法；生物法包括土壤法、填料式生物过滤法、活性污泥法等方法。

综合考虑占地面积，日常的运行操作，维护管理，运行费用等方面，且实现除臭系统的高效稳定化，本系统考虑采用生物法作为废气处理方案。

生物除臭主要分为以下几个步骤：

（1）恶臭气体接触到受散水而湿润的填料（生物媒）表面的水膜而溶解。

（2）溶解于水中的恶臭成分被栖息于填料（生物媒）上的微生物吸收分解。

（3）被吸收的恶臭成分也成为微生物的营养源被吸收、氧化、分解、利用。

以上三种现象是同步持续进行的。恶臭成分会被分解为二氧化碳、水合硫酸、硝酸等物质，散水能冲掉这些酸性物质，并得以保持适当的微生物生长环境。

3.3　处理城市污泥对水泥熟料生产线的影响分析

（1）利用水泥窑协同处理城市污泥后对生料磨的影响

污泥在完成预处理后，与水泥生产正常所用的原燃料相比，由于半干化污泥带入的水分原大于正常的原燃料水分要求，导致水泥窑系统的窑尾排放烟气的湿含量

图1　污泥处理系统流程