干法水泥窑协同处理城市污泥的探讨

1、干法水泥窑协同处理城市污泥的探讨摘要：随着城市排水系统的完善和污水处理率的提高，污水污泥产量的增长，也使得污泥的处理问题更为突出，寻找科学经济的处理污泥方法，已成为治理城市污染的紧迫任务。本文先分析了当今污泥处置的现状，然后重点探讨了干法水泥窑协同处理城市污泥的特点及意义。关键词：干法水泥窑 城市污泥 协同处理1、 前言污泥是污水处理的必然产物，随着城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污泥量极具增加，2010年污水排放量4.4×1010m3/d，预计2020年污水排放量5.36×1010m3/d，废水处理过程中产生大量的污泥1，如此数量巨大的污泥如得不到妥善的处理

2、将对环境造成二次污染2。污泥对环境的危害主要表现在：（1）污泥盐分污染（2）含有病原微生物（3）氮磷等养分的污染（4）有机污染物（5）重金属污染。2、我国污泥处置现状在我国，由于经费和技术的原因，目前污泥尚无稳定而合理的出路，总的状况还是以填埋、堆放、倾倒为主。目前，污泥的主要处置方法有海洋倾倒、卫生填埋、污泥焚烧、污泥堆肥等。 海洋倾倒：利用海洋的环境容量，一是投海二是造地，对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多的关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响，目前已经被禁止使用。卫生填埋：污泥卫生填埋基本属厌氧性填埋，仅在初期填埋的污泥表层及填埋区内排水排

3、气管路附近，由于空气的接触扩散形成局部的准好氧填埋方式。卫生填埋操作简单、费用低、适应性强；但是填埋侵占土地严重，而且如果防渗技术不过关将导致潜在的土壤和地下水污染。可见，填埋并没有消除污染，只是延缓了环境污染产生的时间，目前，一些大中城市已经禁止污泥填埋。污泥焚烧：焚烧是利用污泥的有机成分较高，具有一定热值等特点来处置污泥，焚烧的减量率可达到95%，其有机物被完全氧化，重金属几乎全被截留在灰渣中3。但是其缺点是投资和运行费用较高，焚烧烟气需处理，污泥中的有机成分未得到充分利用。污泥堆肥：污泥堆肥是使污泥中好氧微生物进行发酵，将污泥转化成类腐殖质的过程。系统自动化程度高，周期短，日处理污泥量大

4、，污泥处理后质量稳定并且能够有效利用，肥料能够用于农业或林业。但是，随着人们对食品清洁生产和无污染食品消费的关注，污泥处理堆肥问题也引起了人们的广泛争论，特别是难降解物质和重金属的污染引起人们对安全的广泛考虑。3、 利用水泥窑协同处理城市污泥的可行性污泥的化学特性与水泥生产所用的原料基本类似4，污泥焚烧后的化学成分一般有80%以上的矿物质是水泥熟料的基本成分（CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3。水泥窑具有燃烧炉温高和处理物料量大等特点，且可以利用原水泥厂的环保处理设施，利用水泥窑协同处理城市污泥，不仅具有焚烧法的减容、减量化特征，且燃烧后的灰渣作为熟料的一部分，不需要对灰渣进行处理，也不

5、需要新建废气处理设施。污泥中固定碳和挥发分的燃烧会释放出大量的热量可以为碳酸盐的分解提供部分热量，节省大量原燃料的消耗。用水泥窑来处理污泥，既解决了城市发展的难题，又减少了水泥生产中原燃料的消耗，增加了熟料的产量，降低了水泥生产成本，减少了二次污染，这将是一条很有前途，有利于水泥工业和环境可持续发展的途径。4、用污泥制备水泥的探讨4.1 污泥代替水泥原料的研究传统硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数（KH）在0.820.94之间，硅率（SM）在1.72.7之间，铝率（IM）在0.81.7之间。现在分析掺烧污泥对普通生料和高C3S生料的易烧性作用效果。下表为城市污泥生料的易烧性结果(污泥熟料中游离氧化钙

6、（f-CaO）测试)。煅烧温度（）城市污泥掺量(%)0.05.010.015.020.025.029.0125014.2914.5222.8118.5115.0716.5114.5313502.403.273.502.802.925.546.9114500.880.810.740.650.831.673.50从表中看出，随着污泥掺量的加大，较低煅烧温度时（1250）易烧性变差，只有污泥掺量进一步加大，易烧性有所改善，但改善程度不大。但掺量超过20%时，易烧性有一个明显变差过程，原因是污泥掺量较大时生料中P2O5含量增大所致，过量的P2O5会导致C3S的分解，所以f-CaO增加，易烧性变差。但总

7、体上讲较低煅烧温度（1250）随着污泥掺量进一步加大，f-CaO含量是逐渐下降的，也就是说污泥的加入在一定程度上改善了生料低温煅烧的易烧性，数据表明污泥掺量在不大于15%时能得到合格的熟料。4.2 重金属在污泥熟料中的固化率重金属元素在水泥窑中主要有两个去向：熟料固化和挥发。不挥发的元素通过固相反应或经过液相烧结形成熟料矿物相或者进入熟料矿物晶格内，少量挥发性元素则随烟气逸出窑后，在低温冷却区冷凝下来，只有极少部分能以蒸汽状态或附着在微细粉上随烟气排出。排出窑外的粉尘被收集在收尘器中，冷凝在粉尘上的重金属也被收集下来，重新和生料进行入窑焚烧。水泥窑的工艺特点使得重金属在窑系统中能够重新固化吸收

8、，从而更加彻底的防止了重金属的再次污染。4.3 污泥对熟料烧成的影响污泥和水泥原料的主要化学成分是相同的，不同的是污泥中含有少量的碱和微量的重金属元素。如果在配置生料时引入熔点较低的杂质，那么在熟料的烧制过程中，由于微区的不均匀性，杂质可以降低局部微区熔体的熔点，使得局部微区首先形成液相，C3S则较早开始生成。低浓度的Na、K等碱金属元素主要起到助熔剂的作用，它们是低熔点的物质，其引入使得液相的出现温度降低，如果碱含量较多，将增加液相的粘度，从而液相中粒子的扩散受到阻碍，不利于烧成反应。因此在生料中引入少量的碱对熟料的烧成反应是有利的，而引入较多的碱则对熟料的烧成不利。4.4污泥对水泥强度的影

9、响 污泥的掺入对水泥强度的影响可以从两方面来考虑，一方面是污泥的掺入对生料易烧性的影响，另一方面是污泥的掺入对熟料水化性能的影响，污泥的加入对早期强度的提高是十分有利的，其原因是掺加的污泥引入的少量碱和微量重金属元素对熟料烧成是有利的，所以3天强度较高。但是当污泥掺量大于5.5%时，熟料中的碱金属含量达到一定值，虽然对试块的早期强度有利，但是使得试块的后期强度降低。5、利用水泥窑协同处理城市污泥的工艺过程 水泥生料经过五级预热，温度逐步到850，与干化后含水率约30%的污泥进入温度为800900的分解炉内发生碳酸盐分解反应，然后进入水泥回转窑，物料在熔融状态时形成硅酸盐产物，急冷后形成熟料。一

10、般工艺为污水处理厂脱水车间污泥料仓出口与运泥车对接，运泥车将含水率为80%的脱水污泥运送到水泥厂全封闭储存车间，然后将污泥通过输送机输送到干燥机进行干化，干化用热量来自水泥窑产生的废气，在干燥机发生气固两热交换后，废气进入水泥线收尘器，收尘后排放。污泥水分由80%烘干到30%，破碎后直接进入分解炉，此时污泥的热值大于为11MJ/Kg，与贫煤热值接近。操作过程6、利用水泥窑协同处理城市污泥的操作注意事项污泥中的K、Na、Cl、S含量较低，为了满足生产的需要，要对原料进行多次取样分析，确保原料的品味与稳定性。为了确保生产正常，污泥掺量不宜太大，污泥掺量最大不宜超过5.5%最好。利用污泥配料烧制水泥

11、熟料，由于生料的易烧性比较好，同时，污泥本身具有发热量，因此，在煅烧系统上应注意加强窑烟室内的结皮清理频次，及时调整用煤量，熟料煅烧上必须加强管理、强化操作，注意风、煤、料之间的相对平衡和稳定。7、结束语 本文综合分析了我国污泥处理的现状，根据我国污泥处理的现状，提出了水泥窑协同处理城市污泥的可行性及技术优势。通过本文分析，以适量的污泥代替水泥原料配料，能够改善生料的易烧性，能够提高水泥的早期强度；由于水泥对污泥中的重金属有较好的固化作用，不会对环境造成危害；因此，污泥在水泥生产中进行协同处理，技术上可行，可以实现污泥的无害化处理和资源化利用，起到一举多得的效果。参考文献1 付融冰等.中国城市污泥处理厂污泥处理现状及其进展.环境科学与技术.2004,27(5):1082 卢年平等.城市污泥综合利用研究.安徽农业科学.2005,33(11):21013 EEA.Sludge Treatment and Disposal-Management Approaches and Eexperience.European Environmental Age