水泥窯協同處置污泥技術的研究與分析

張瑋

【摘 要】 水泥窯協同處置污泥技術具有降低廢氣排放、充分利用生活污泥熱值、生活污泥中有機物得到徹底分解、不會影響水泥質量等優點，因此近年來在我國得到了廣泛的關注和重視。本文對水泥窯協同處置污泥技術的特征進行介紹，并且就幾個關鍵技術問題進行了探討，以期為相關工作人員提供一些有益的參考和借鑒。

【關鍵詞】 水泥窯 污泥 協同處置d

污泥是城市污水處理過程產生的城市廢物，但從化學成分考慮，污泥燃燒后形成的焚燒灰分主要化學成分為CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，與水泥生料和水泥熟料的組分接近。水泥基材料是一類面廣量大的材料，是可以大量吸納和處理焚燒灰渣的吸納基體。以上海為例，目前上海水泥熟料的年生產能力200萬噸，如果以污泥部分替代煤作為燃料，用于生產水泥熟料，按替代30%煤計算，上海的水泥生產可處理20萬噸干污泥，每天可消納600-700噸脫水干污泥，實現污泥的高附加值資源化。因此利用水泥窯處置污泥能夠真正實現污泥的無害化、減量化和資源化，推廣水泥窯協同處置污泥技術具有重要的現實意義。

1 水泥窯協同處置污泥技術的概述

1.1 水泥窯協同處置污泥技術的分類

水泥窯協同處置污泥技術，是指將需要處置的污泥采用密封的運輸方式，運輸到指定地點后利用水泥窯窯尾的高溫進行煅燒處置。目前水泥窯協同處置污泥技術主要可分為如下兩類：

第一類是直接入窯，即用污泥泵將含水率為80%及以上的污泥直接送入回轉窯窯尾，污泥在回轉窯內進行焚燒。采用此種處置方式時，污泥預先不需要進行烘干處理，但會造成煙室內溫度出現較大波動的現象，可能影響水泥生產線的平穩運行。

第二類是干化后入窯，即在專門的干化設備中，利用窯尾鍋爐余熱將污泥含水率降低至30%，然后送入分解爐燃燒。采用此種處置方式時，需要增加專門的干化設備，并且干化過程中的廢棄比較難以處理。

1.2 水泥窯協同處置污泥技術的特征

大量試驗和檢測證明，水泥窯協同處置污泥技術不僅是安全可行的，而且具有巨大的經濟和社會效益：

第一，回轉窯中的氣體溫度高度1300℃，并且窯內物料呈高湍硫化裝袋，在如此高溫和富余氧氣存在的情況下，污泥中的有害有機物成分焚燒率接近于100%，這意味著污泥中幾乎所有的有害有機物都可以被完全分解。

第二，回轉窯工作狀況穩定并且具有較大的熱容量，一次處理的污泥量較多，并且系統運行處于全負壓狀態，能夠有效避免有害和有毒氣體的外溢。

第三，回轉窯內的材質（如原料、耐火磚、熟料、窯皮）等均為堿性，它們可以有效抑制和吸收Cl-、SO2的排放，從而起到尾氣凈化的作用。此外，當用水泥窯協同處置燃燒污泥時，替代了部分燃燒的燃料作用，從而節約了燃料，有效減少了CO2的排放總量。

第四，污泥中含有較高的有機物含量，可以替代部分燃料，從而直接降低水泥廠對熱能的需求。焚燒剩余的殘渣進入水泥熟料，最終成為水泥成品的組成原料，這樣即減少填埋場地和資金，也會減輕對環境的污染。

2 水泥窯協同處置污泥技術的關鍵問題

2.1 水泥窯協同處置污泥對水泥熟料的影響

（1）污泥摻入對水泥配料的影響。水泥熟料是一種多類礦物的集合體，經回轉窯煅燒后，其中的SiO2、Fe2O3、CaO和Al2O3等四種氧化物以兩種或兩種以上氧化物反應生成的礦物集合體的形式存在，而水泥熟料的礦物組成對水泥強度的性能具有較大影響，因此需要控制配料的率值來確保水泥產品的質量。研究結果表明，當污泥摻入量為0%～5%時，污泥摻入對熟料的鋁率和硅率影響不大，但會使熟料的石灰飽和系數下降較快，造成熟料中C3S含量迅速降低，C2S含量隨之增高，并且污泥摻入量的增大會影響熟料的質量。而由于污泥和飛灰混合物的成分與生料成分類似，利用其制備熟料后，石灰飽和系數和礦物組成變化不大，因此利用水泥窯焚燒污泥和飛灰混合物對熟料質量沒有明顯影響。

（2）污泥摻入對水泥易燃性的影響。污泥摻入對水泥易燃性的改善作用比較明顯，在1350℃的條件下，污泥灰摻量為5%的熟料中f-CaO含量下降了44.7%，在不同溫度下煅燒時，污泥的摻入都明顯降低了熟料中f-CaO的含量。

（3）污泥摻入對熟料主要礦物組成的影響。研究表明，在不同溫度下煅燒時，當污泥灰摻量小于1%時，污泥中的重金屬等微量元素的引入將降低液相形成溫度并改變硅酸鹽礦物的晶格結構，使熟料中C2S的含量增加；但隨著污泥摻量的增加，硅在生料中的比例將繼續上升，熟料中C3S的含量開始下降。在1450℃的溫度下，熟料中C3S礦物相已基本形成，污泥摻量的增加會致使熟料中C3S含量整體呈現下降趨勢，C2S含量逐漸增加。

總的說來，摻入污泥后水泥熟料的各項指標都能夠滿足國家標準，除稠度外，其他基本物理性能都沒有顯著的變化，因此添加適量污泥對水泥熟料性能是有利的。

2.2 污泥干化特性的研究

（1）干化溫度對污泥干化的影響。采用熱分析法研究污泥干化溫度對干化速率的影響，結果表明當污泥干化溫度高于200℃后，污泥中的自由水快速增發，且溫度變化對污泥含水率影響不大。此外，當干化溫度處于200～350℃時，溫度對污泥脫水效果的影響不大，溫度繼續升高反而會降低干污泥中有機物的含量，造成其熱值降低。

（2）污泥量對污泥干化的影響。采用熱分析法研究污泥量對污泥干化的影響，結果表明污泥加入量越大，污泥水分降低至含水率為0%所需的時間就越長，但隨著溫度的升高，在干化過程的某一時刻，不同量污泥中含水率情況相差不大，即隨著溫度升高污泥量對干化所需時間的影響逐漸減小，因此當污泥加入量在一定范圍時，干化溫度越高，污泥干化效果的差別就越小。

3 討論

從全文的分析可知，水泥窯協同處置污泥技術是安全可行的，它能夠對污泥資源進行回收利用，同時減輕對環境的污染，因此非常值得在我國進行推廣和應用。但需要注意的是，目前水泥窯協同處置污泥技術還存在一定缺陷。如何有效地控制臭氣排放濃度，項目的折舊成本和生產成本較高，尤其是在直接處理含水量高于80%的濕污泥時，控制水泥窯協同處置污泥混合物的燃燒工況，避免造成煙室內溫度出現較大的波動，從而導致耐火材料表面產生結皮現象，影響到水泥的品質，烘干設備和進料設備的選型，重金屬、二噁英等污染物質的控制和監測都是在協同處置過程中應該重點研究和考慮的問題。這需要我們相關工作者的進一步深入探討。

參考文獻：

[1]胡芝娟，沈序輝.利用水泥窯處置城市工業廢棄物技術研究與應用[J].資源節約與環保，2008，24（6）.

[2]齊硯勇.水泥窯協同處置污泥技術[J].四川水泥，2012（2）.

[3]俞玨瑾.污泥干化焚燒處理工藝和設計要點[J].中國市政工程，2009（3）.endprint