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大力開(kāi)展城市污泥安全化、無(wú)害化處置的應(yīng)用技術(shù)研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2009-04-01  來(lái)源:中國(guó)混凝土網(wǎng)  作者:中國(guó)建材報(bào) 王肇嘉 熊運(yùn)貴
核心提示:大力開(kāi)展城市污泥安全化、無(wú)害化處置的應(yīng)用技術(shù)研究
  城市污水廠(chǎng)污泥的安全化、無(wú)害化處置問(wèn)題是北京市目前市政污泥亟待處理的難題。金隅集團(tuán)結(jié)合多年來(lái)在工業(yè)固廢處置方面取得的豐富經(jīng)驗(yàn),在北京市科委的大力支持下,2007年承擔(dān)了北京市科委重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目---“利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置城市污水廠(chǎng)污泥技術(shù)研究”項(xiàng)目,項(xiàng)目通過(guò)對(duì)城市污水處理廠(chǎng)的污泥進(jìn)行分析檢測(cè),經(jīng)過(guò)理論計(jì)算、技術(shù)研究及科學(xué)論證,結(jié)合城市污泥的物化特點(diǎn)及水泥窯的工藝特點(diǎn),研究確定了利用水泥窯焚燒處置城市污泥的方案。目前,該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)北京市科委的驗(yàn)收,并具備了產(chǎn)業(yè)化條件。  

  2008年10月,一條日處置500噸(含水率80%)的污水廠(chǎng)污泥處置線(xiàn)在金隅集團(tuán)開(kāi)工建設(shè),投產(chǎn)后每年能消納北京市清河污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥18萬(wàn)噸,將極大地緩解清河污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥對(duì)北京市造成的壓力。水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥技術(shù)的成功,為市政污泥無(wú)害化、減量化、資源化、安定化最終處置提供了一個(gè)全新的模式。同時(shí),由于污泥干化后其熱值相當(dāng)于褐煤,因此利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥可以節(jié)約一部分生產(chǎn)水泥過(guò)程中所需要的原煤消耗。而且,污泥焚燒后的殘?jiān)梢宰鳛樯a(chǎn)水泥的原料,有助于水泥生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,走循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路。這勢(shì)必在水泥行業(yè)的推廣應(yīng)用中起到示范作用。  

  近年來(lái),隨著城市污水處理能力的快速提高,污水處理的中間產(chǎn)物---污泥的妥善處理和處置卻一度被忽視。而城市污水廠(chǎng)污泥的有機(jī)成分中含有大量的有機(jī)物,如氨基酸、腐殖酸、細(xì)菌代謝產(chǎn)物、多環(huán)芳烴和有機(jī)硫化物等。此外,污泥中還存在一些危險(xiǎn)的病原微生物、寄生蟲(chóng)卵和重金屬。因此,城市污水廠(chǎng)的污泥如果得不到妥善處理,其危害是不言而喻的。  

  污泥處置問(wèn)題不僅是我國(guó)在環(huán)境綜合整治工作中出現(xiàn)的問(wèn)題,也是目前世界各國(guó)都面臨的挑戰(zhàn)。近10來(lái)年,發(fā)達(dá)國(guó)家制定了更高的污泥處置標(biāo)準(zhǔn),逐步限制污泥土地的直接應(yīng)用,如歐盟已經(jīng)確定從2010年起禁止再向土地直接施用污泥,在新建和改建的污泥處理項(xiàng)目中,有向熱干化等更高端技術(shù)設(shè)施發(fā)展的趨勢(shì),以提高污泥無(wú)害化和資源化的水平,滿(mǎn)足更高的環(huán)境要求。  

  目前,北京市建成并投入運(yùn)行的大型污水處理廠(chǎng)有7座,總處理能力為181萬(wàn)立方米/日,日產(chǎn)生含水80%的污泥1600噸。根據(jù)北京申辦奧運(yùn)會(huì)對(duì)世界的承諾,2008年北京城市污水處理率達(dá)到90%以上,污泥(含水率80%)產(chǎn)量達(dá)到2380噸/日,年產(chǎn)污泥87萬(wàn)噸。雖然北京1999年開(kāi)發(fā)了城市污泥無(wú)害化農(nóng)用技術(shù),并依托這一技術(shù)在北京南部建成了當(dāng)時(shí)全國(guó)最大的污泥無(wú)害化處置廠(chǎng)。但到目前為止,北京對(duì)城市污泥的年處置能力僅有10萬(wàn)噸,存在巨大缺口。大量得不到有效處置的城市污水廠(chǎng)污泥采取了隨產(chǎn)隨運(yùn)的方式,被送往遠(yuǎn)郊填埋、傾倒或半路棄置。這些污泥已經(jīng)成為城市周?chē)亩挝廴驹矗瑢?duì)大氣、水體、土壤都造成污染和危害,其危害程度與危險(xiǎn)性遠(yuǎn)大于廢水,形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。因此,北京市目前特別需要一種能將污泥安全化、無(wú)害化處置,并具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)意義、盡量降低處置成本的示范技術(shù)。  

  早在“八五”期間,北京金隅集團(tuán)就開(kāi)始進(jìn)行無(wú)害化焚燒處置工業(yè)有毒有害廢物的研究。到2005年,金隅集團(tuán)在北京水泥廠(chǎng)建立起工業(yè)廢棄物處理示范線(xiàn),通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)線(xiàn)燒成系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的廢物處置,最終達(dá)到“減量化、無(wú)害化、資源化、安定化”的處置要求,金隅集團(tuán)也成為全國(guó)首批循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)單位。  

  由于金隅集團(tuán)多年來(lái)在工業(yè)固廢處置方面取得了豐富的經(jīng)驗(yàn),2006年在對(duì)城市污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥進(jìn)行大量調(diào)研的基礎(chǔ)上,得出了可以利用水泥窯無(wú)害化處置污泥的初步結(jié)論。利用水泥窯處置污泥具有以下幾方面優(yōu)越性:  

  1)處理溫度高。由于摻合料焚燒的要求,新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐內(nèi)物料燒成溫度必須保證在1400℃以上(爐內(nèi)最高的氣流溫度可達(dá)1800℃或更高),在如此高溫下廢棄物中主要有機(jī)物的有害成分焚毀率可達(dá)99.99999%以上,即使很穩(wěn)定的有機(jī)物也能被完全分解。  

  2)焚燒空間大。新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的筒體,一般直徑在3.0m~5.0m,長(zhǎng)度在45m~100m,以每小時(shí)100轉(zhuǎn)~240轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn),焚燒空間很大。因此它不僅可以接受處理大量的廢料,而且可以維持均勻的、穩(wěn)定的焚燒氣氛。  

  3)焚燒停留時(shí)間長(zhǎng)。由于新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐筒體較長(zhǎng)、斜度小、旋轉(zhuǎn)速度低,物料在爐中高溫下停留時(shí)間長(zhǎng),物料從爐尾到爐頭總停留大于30分鐘;氣體在高于1300℃的停留時(shí)間大于4秒鐘,焚燒停留時(shí)間長(zhǎng)是一般專(zhuān)用焚燒爐所無(wú)法比擬的。  

  4)處理規(guī)模大。正是由于新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐具有處理溫度高、焚燒空間大、熱容量大及焚燒停留時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn),加之新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐運(yùn)轉(zhuǎn)率高(一般年運(yùn)轉(zhuǎn)率大于90%),決定了新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐的廢物處理規(guī)模較大。并且,隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)水平的提高,新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐的日產(chǎn)能力逐步提高,其熱穩(wěn)定性和抗波動(dòng)能力不斷加強(qiáng),從而處理污泥的規(guī)模和采用可替代原燃料的數(shù)量也有較大的空間。  

  5)新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐內(nèi)呈堿性氣氛。這就能對(duì)燃燒后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)(如HCl、SO2等)起中和作用,使它們變成鹽類(lèi)固定下來(lái),可避免普通焚燒爐燃燒廢氣產(chǎn)生的“二次污染”問(wèn)題。  

  6)新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐焚燒有毒有害廢料,可使有害污泥中可能存在的金屬元素(包括重金屬)固化在摻合料礦物中且固化穩(wěn)固,因此新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐起到了尾氣凈化和重金屬高溫固化的雙重作用。  

  7)新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐系統(tǒng)是負(fù)壓狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),煙氣和粉塵不會(huì)外溢,從根本上防止了處理過(guò)程中的再污染。  

  8)新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐處置污水廠(chǎng)污泥完全可以利用水泥生產(chǎn)的廢氣處理系統(tǒng),粉塵排放濃度很低,污染物排放量少。特別是由于焚燒過(guò)程有吸硫作用,所以整個(gè)系統(tǒng)不需采取特殊措施,二氧化硫的實(shí)際排放濃度也很低。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)署測(cè)量結(jié)果表明,當(dāng)新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐使用有害物作為代替原燃料時(shí),空氣中的有害物排放量不會(huì)增加,不造成新的污染,對(duì)空氣質(zhì)量無(wú)影響,有時(shí)甚至有改善和降低污染物綜合排放量的作用。  

  另外,與建專(zhuān)用焚化爐相比,新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐在處置污水廠(chǎng)污泥方面除具有上述優(yōu)越性外,還具有其獨(dú)特性,即:所有其他的處理方式都存在焚燒灰渣的二次處理問(wèn)題,新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐可直接利用灰渣。摻合料是以氧化鈣等為主要成份的無(wú)機(jī)礦物。摻合料需消耗一定燃料,這些含熱值的污泥在新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐上焚燒,可替代部分摻合料產(chǎn)生所需燃料。污泥焚燒后的殘?jiān)?,均成為無(wú)害鹽類(lèi),具有可利用的組分,可替代部分摻合料生產(chǎn)的天然原料,并且在污泥的處置過(guò)程中,直接參與了摻合料的固相反應(yīng)、液相反應(yīng)和摻合料燒結(jié)過(guò)程,參與摻合料的形成。因此新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐處置污水廠(chǎng)污泥不存在焚燒灰渣的二次處理和周轉(zhuǎn)污染。新型回轉(zhuǎn)式焚燒爐處理污泥是實(shí)現(xiàn)污泥處置和資源化利用的一種新工藝,是污泥處置的發(fā)展方向。  

  2007年金隅集團(tuán)在北京市科委的支持下,承擔(dān)了北京市科委重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目---“利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置城市污水廠(chǎng)污泥技術(shù)研究”,主要研究了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:  

  1.利用水泥焚燒處置生活污泥的理論技術(shù)研究研究水泥窯無(wú)害化處置城市污泥理論。根據(jù)城市污泥的成分檢測(cè)結(jié)果,結(jié)合其物化特點(diǎn)及水泥工藝的特點(diǎn),如水泥窯系統(tǒng)溫度、壓力,對(duì)有害元素的容納性等,理論上研究從水泥窯哪些或哪個(gè)投料點(diǎn)投入系統(tǒng)焚燒,可以無(wú)害化處置城市污泥。然后通過(guò)利用水泥窯試燒城市污泥的工業(yè)試驗(yàn)對(duì)該理論研究進(jìn)行論證,在工業(yè)試驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)水泥窯尾氣中的NOX、SOX及二惡英等含量,并對(duì)水泥窯回灰的重金屬進(jìn)行檢測(cè),另外跟蹤焚燒期間熟料質(zhì)量的變化。對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以驗(yàn)證利用水泥窯可無(wú)害化處置城市污泥。  

  研究確定水泥窯處置城市污泥對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)害。試燒試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)水泥產(chǎn)品質(zhì)量做全方位的監(jiān)控,對(duì)水泥進(jìn)行全元素分析,與水泥本底(未燒廢物的水泥)進(jìn)行科學(xué)對(duì)比。  

  研究水泥窯處置城市污泥對(duì)水泥工藝的影響。包括對(duì)水泥能耗、料耗綜合評(píng)價(jià),對(duì)水泥窯系統(tǒng)工況的影響等。  

  2.水泥生產(chǎn)與污泥處置相容性技術(shù)的研究研究水泥生產(chǎn)與污泥處置的相容性,開(kāi)展連續(xù)焚燒污泥的工業(yè)試驗(yàn),根據(jù)水泥窯系統(tǒng)工況情況,經(jīng)過(guò)檢測(cè),論證了利用北京水泥廠(chǎng)環(huán)保示范線(xiàn)焚燒城市污泥理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)害化。通過(guò)采用金隅集團(tuán)大興污泥干化堆肥廠(chǎng)的污泥進(jìn)行試燒試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)污泥進(jìn)行粒度分析、水分分析,在試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)控窯工藝變化,確定采用預(yù)燃爐處置污泥的最佳粒徑和水分。  

  研究水泥窯系統(tǒng)低溫余熱用于烘干污泥技術(shù)。檢測(cè)不同含水率情況下污泥的發(fā)熱量,在工業(yè)試驗(yàn)中摸索不同含水污泥在水泥窯各溫度帶的吸、放熱情況,尋找水泥生產(chǎn)與污泥處置的最佳經(jīng)濟(jì)結(jié)合點(diǎn)。  

  3.污泥烘干技術(shù)研究及設(shè)計(jì)低溫余熱烘干工藝線(xiàn)研究目前,國(guó)際上采用較多的污泥干化工藝有低溫冷風(fēng)干化工藝、轉(zhuǎn)筒干化工藝、流化床干化工藝、污泥“珍珠工藝”和渦輪薄層干化工藝等。盡管干燥工藝各不相同,但干燥過(guò)程主要由以下系統(tǒng)組成:濕污泥儲(chǔ)存及輸送、污泥干燥、干顆粒處置、顆粒運(yùn)輸及儲(chǔ)存、熱量的供給(熱油循環(huán)或熱空氣循環(huán))、蒸氣處理。但由于主流的污泥干燥的設(shè)備種類(lèi)較多,不同干燥工藝設(shè)備特點(diǎn)不同,每個(gè)供貨商的設(shè)備都不同于其他供貨商,具有獨(dú)立性、系統(tǒng)性、集成化等特點(diǎn),與普通市政處理工藝方案的選擇有本質(zhì)區(qū)別。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)利用水泥窯尾余熱烘干污泥的技術(shù)研究探討,設(shè)計(jì)出了與水泥生產(chǎn)結(jié)合最佳的烘干工藝線(xiàn)。  

  該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)城市污水處理廠(chǎng)的污泥進(jìn)行分析檢測(cè),經(jīng)過(guò)理論計(jì)算、技術(shù)研究及科學(xué)論證,結(jié)合城市污泥的物化特點(diǎn)及水泥窯的工藝特點(diǎn),研究確定了利用水泥窯焚燒處置城市污泥的方案,目前,該項(xiàng)目已通過(guò)北京市科委的驗(yàn)收,并具備了產(chǎn)業(yè)化條件。  

  利用水泥窯焚燒處置城市污泥技術(shù)的推廣應(yīng)用,一方面能解決北京市目前市政污泥亟待處理的難題,為市政污泥無(wú)害化、減量化、資源化、安定化最終處置提供了一個(gè)全新的模式,大大降低城市的環(huán)境污染,改善人民的生活環(huán)境,控制和預(yù)防各種傳染病、公害病,提高人民健康水平,并從根本上促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。另一方面有助于水泥生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,走循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路。由于污泥干化后其熱值相當(dāng)于褐煤,因此利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥可以節(jié)約一部分生產(chǎn)水泥過(guò)程中所需要的原煤消耗。而且,污泥焚燒殘?jiān)梢蕴娲ね磷鳛樯a(chǎn)水泥的中硅質(zhì)和鋁質(zhì)材料,實(shí)現(xiàn)減少對(duì)土地的破壞,做到了廢物處理的資源化利用,大大降低了污泥的處置成本。  

  2008年10月,1條日處置500噸(含水率80%)的污水廠(chǎng)污泥處置線(xiàn)在金隅集團(tuán)開(kāi)工建設(shè),擬采用水泥窯余熱干化處置污泥,水泥窯產(chǎn)生的廢熱加熱,使含水80%的濕污泥干化為含水30%左右的污泥,烘干后的污泥進(jìn)入水泥窯焚燒,其熱值得到充分利用。該處置線(xiàn)建成后,每年能消納北京市清河污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥18萬(wàn)噸,將極大地緩解清河污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥對(duì)北京市造成的壓力。  

  北京市目前有13家新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè),有15條水泥生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)窯。這些生產(chǎn)線(xiàn)每條可處置污泥5萬(wàn)噸/年以上。因此,北京市水泥工業(yè)總處理污泥的能力可以達(dá)到100萬(wàn)噸/年以上,而2008年北京市的污泥總產(chǎn)量為87萬(wàn)噸,完全具備消納北京市污泥的能力。水泥回轉(zhuǎn)窯處置污泥技術(shù)的成功,勢(shì)必為在水泥行業(yè)的推廣起到示范作用,更為解決北京乃至中國(guó)的污泥處置問(wèn)題提供一條新的途徑。 
 
 
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