電石渣制水泥生產線協同處置污泥廢棄物技術研究

楊 忠，呂洪青，劉光強

（新疆天業（集團）有限公司，新疆 石河子 832000）

電石渣制水泥生產線協同處置污泥廢棄物技術研究

楊 忠，呂洪青，劉光強

（新疆天業（集團）有限公司，新疆 石河子 832000）

通過對污泥的物理、化學性質進行分析，對電石渣制水泥生產線協同處置污泥出現的問題進行分析，從而確定電石渣制水泥生產線協同處置污泥的工藝流程，提出避免重金屬二次污染的操作方式。

污泥；水泥窯；協同處置

污泥是污水處理過程中產生的沉淀物，一般生產量為處理水體積的0.3%～0.5%，主要由污水中的泥沙、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物、各種膠體及微生物吸附的重金屬元素、蟲卵、病菌等固體物組成。由于污泥含有80%左右的水分，極易在微生物的作用下腐爛，產生惡臭，滋生蠅蛆，如果不對其進行妥善處理，病原體會對人、畜造成感染，污泥含有的重金屬離子進入土壤、水系造成環境污染從而導致環境進一步惡化，因此必須對污泥進行妥善處理，使其達到減量化、穩定化、無害化的目的。

石河子污水處理廠年產生含水90%以上的污泥56.7萬m3，經過濾處理后產出含水80%的污泥4.8萬m3。目前，石河子污水處理廠對污泥的處置主要采用衛生填埋的方法。該方法因污泥填埋要占用大量土地，易造成地下水污染，而受到嚴格的限制。而水泥協同處置污泥工藝，具有對污泥減量化、無害化、資源化的功能，并將殘余物最終固化在水泥熟料礦物中，避免二次污染等技術優勢，成為一種適合地區發展，充分利用的積極處理工藝。

1 污泥特性

污泥依據來源可以劃分為以下幾類：（1）按照污水的來源特征，污水可分為生活污水污泥和工業廢水污泥；（2）按照污水的成分和某些性質，可以分為有機污泥和無機污泥、親水污泥和疏水污泥；（3）按照污泥處理的不同階段，可以分為生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水污泥和干化污泥；（4）按照污泥來源可以分為棚渣、沉淀池沉渣 （無機固體顆粒）、浮渣、初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥和化學污泥。

污泥的性質是污泥處理處置的依據，成分是其性質的表現基礎。污泥主要由有機物和無機物組成。

（1）污泥中有機物組成描述方式是化學組成（或化學物組成、分子結構組成），由于污泥有機物分級結構情況十分復雜，通常按污染物控制與利用有關的各個方面來描述其化學組成。其中包括毒害性有機物組成、有機生物質組成、有機官能化合物組成、微生物組成等。

（2）污泥的無機物組成也是按其與污染控制與利用有關的各個方面來進行描述的，其中包括毒害性無機物組成、植物養分組成、無機礦物組成等3個方面。無機物的化學成分主要為硅（Si）、鋁（Al）、鈣（Ca）、鐵（Fe）等。

目前，石河子污水處理廠形成處理污水能力20萬m3/d的規模，年產生含水率95%左右的污泥56.7萬m3，經帶式過濾機處理后含水率80%的污泥4.8萬m3。

2 水泥窯協同處置技術優勢與影響

水泥窯協同處置技術是指利用回轉窯內的高溫環境對污泥等廢棄物進行干化、焚燒、焚毀、吸收、吸附、固化等一系列過程的總稱。水泥窯獨特的高溫環境和堿性氣氛可以有效阻止焚燒廢物中有害物質的溶出，中和HF、HCl、SO2，避免二惡英與呋喃的重新合成。污泥廢棄物水泥窯協同處置技術是利用污泥廢棄物取代部分原料或燃料，使水泥生產企業節省原料需求，降低能源消耗，徹底實現資源化，同時還可以減少CaCO3分解而釋放的CO2，大大節約了廢物安全填埋場這種“十分稀缺的資源”，符合節能、降耗和減排要求，具有明顯的經濟效益和環境效益。

新型干法水泥回轉窯窯內溫度一般為1 350～1 650℃，窯內氣體最高溫度可以達到1 800℃以上。在此高溫下，各類廢棄物中的有機物將產生徹底的分解。物料從窯尾到窯頭總停留時間在30～40 min；氣體在溫度＞950℃以上的停留時間8 s以上，高于1 300℃以上停留時間＞3 s，更有利于污泥廢棄物的燃燒和徹底分解。

水泥窯系統的堿性環境能對燃燒后產生的酸性物質（如HCl、HF、SO2和CO2等）起中和作用，使其變成鹽類固定下來，從而抑制其排放，避免普通焚燒爐燃燒廢氣產生的二次污染問題。污泥中的重金屬在水泥高溫煅燒的過程中大部分重金屬離子主要固溶在硅酸鹽礦物中，最終進入水泥成品。因重金屬不易在水泥產品中被浸出，避免了再度擴散，從而起到尾氣凈化和重金屬高溫固化的雙重作用。

利用水泥窯協同處置固體污泥等廢棄物，僅僅需要在現有水泥生產設施的基礎上對部分設備進行配套改造，無需新建處置設施，建設投資小。與其他處置技術相比，污泥廢棄物水泥窯協同處置技術沒有其他二次污染產生，這樣就節約了污染治理的費用。污泥廢棄物水泥窯協同處置技術，進一步改善了生態環境，同時還減少了固體廢物進入填埋場的量，延長了填埋場的填埋年限，實現了污泥廢棄物處置的減量化；回收了可再利用的能源和資源，實現了物資的再利用，減少對土地的破壞，做到了污泥廢棄物處置的資源化；可以進一步減少污泥廢棄物無序堆放占用土地，控制有毒有害物質的傳播，實現污泥廢棄物處置的無害化。

在生產質量控制過程中，水污泥廢棄物中有害元素S、K、Na、Mg等，如含量過高會固化至熟料中，對熟料質量會造成影響，通過檢測污泥廢棄物和原料中有害元素和重金屬含量，通過控制相應的極限值來控制污泥廢棄物處置量，避免造成相應的有害元素超標，影響熟料質量。

不適當的水泥窯處置污泥廢棄物，將會影響水泥窯系統熱工制度穩定，進而影響熟料煅燒導致熟料質量問題，如污泥廢棄物入窯不均或是入窯污泥廢棄物過量，導致窯尾、分解爐等處的溫度不穩定等造成系統熱工制度不穩定，從而影響熟料質量。通過控制污泥廢棄物入窯輸送和入窯打散裝置等設施的正常運行，結合水泥窯系統的精細化規范操作，完全可以避免因工藝狀況變化而引起的熟料質料問題，此類問題的控制在結合水泥窯處置污泥廢棄物工藝特性基礎上，其控制方式遵循新型干法水泥窯控制的基本原理和方法。

3 電石渣制水泥生產線協同處置污泥工藝

電石渣制水泥生產線由于其利用電石渣作為鈣質原料，從生料制備階段就具有很強的堿性環境，因此，協同處置污泥具有很好的優勢。在通常情況下，污泥主要檢測含水率、重金屬、堿金屬、硫氯元素及硅、鈣、鋁、鐵等，技術部門取樣檢測分析確認后，按照技術部門出具的處置方案進入協同處置。

采用的具體工藝流程如下。

未干化的污泥通過2臺柱塞泵將污泥接受倉內的污泥輸送至窯尾，在輸送管道入窯尾的末端設置污泥打散裝置，使污泥以霧化散開的形式噴入窯尾，利用窯尾的高溫煙氣迅速將污泥干化焚燒。

干化污泥是指通過水熱-中溫厭氧消化工藝、石灰穩定工藝進行脫水處理的污泥，其含水量由80%減少至50%左右，體積減少50%以上，呈現類似于干硬泥土的外觀。干化后的污泥由于含水量低，且具有3 000 kcal左右的熱值，協同處置的方式與未干化污泥有很大區別。需依據上游污水處理廠實際產出的污泥狀況，有針對性的采用相應的處置工藝。

干化后的污泥通過剪切式破碎機破碎后進入干化污泥倉，經管道鏈式輸送機輸送至緩沖倉中，干化后的污泥經計量后根據回轉窯運行情況調節污泥喂入量，從而實現干化污泥的協同處置。

市政污泥主要來源于城市污水和部分工業污水混排經污水處理廠通過生物化學-厭氧處理后所產生的半固體污泥廢棄物，由于污水來源及處理工藝不同，對市政污泥中主要檢測了含有鎘、汞、銅、鉛砷、鉻、鋅、鎳等重金屬化合物及可溶性鹽類。市政污泥成分檢測結果見表1。

表1 石河子市污水處理廠污泥中的重金屬含量（mg/kg）

污泥中無機物主要為氧化硅、氧化鐵等，與水泥行業使用的粘土成分接近，當污泥中的有機物在回轉窯內的高溫環境下分解燃燒后，產生的灰渣做為水泥原料的一部分參與水泥熟料燒成反應。

水泥協同處置的投入點有窯頭、窯尾和分解爐3個投入點，污泥一般在窯尾投入。在實際生產過程中，水泥窯窯尾的溫度通常控制在1 100℃左右，含水80%的污泥經打散霧化后噴入窯尾，在高溫下污泥所含的水分迅速蒸發后污泥的有機成分開始燃燒，補償因水分蒸發所消耗的熱量。重金屬是污泥協同處置過程中需控制的關鍵，由表1可知，石河子市污水處理廠的污泥中重金屬含量較高，需合理控制污泥的喂入量，利用水泥生產線較高的臺時產量對重金屬進行稀釋，將其控制規定范圍內，避免因重金屬超標引發水泥質量事故。

天能水泥有限公司采用電石渣代替石灰石為鈣質原料，電石渣的主要成分氫氧化鈣做為一種強堿可有效的與氯化氫、氟化氫反應，生產氯化鈣和氟化鈣進入生產環節。在電石渣制水泥生產線產生的強堿氛圍內，未反應的氯化氫、氟化氫逃逸進入大氣的含量微乎其微。

水泥窯內重金屬主要以氯化物形式存在，天能水泥有限公司窯尾增設的旁路放風系統能有效的控制氯化物的含量，從而達到降低重金屬廢氣逃逸的目的。

參考北京水泥廠實際生產數據，在不考慮廢物中重金屬等各類元素固化在熟料礦物的晶體結構中的數量，視為全部進入氣體中，并隨窯尾廢氣排放，且漆渣中金屬含量取監測結果的最高值的極端特例中，窯尾廢氣中HCI、HF含量均符合《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》（GB30485-2013）中規定的污染物最高允許排放限值標準，Hg.TI+Cd+Pb+As、Be+Cr+Sn+Sb+ Cu+Co+Mn+Ni+V等重金屬含量明顯低于《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準））（GB30485-2013）中規定的污染物最高允許排放限值。

4 結語

目前，水泥窯協同處置污泥在世界上一些發達國家，已經達到了較高的水平，取得了良好的社會效益、環境效益和經濟效益。國內外的理論和實踐已經證明利用水泥窯協同處置污泥是無害化、減量化和資源化處置污泥的重要技術途徑，也是低成本規模化處置污泥的重要措施。借鑒國內外的先進經驗，將廢棄物處置與水泥工業的可持續發展結合起來，利用水泥窯協同處置廢棄物，是一種適合中國國情的做法。石河子地區利用電石渣制水泥生產線協同處置廢棄物，具有得天獨厚的優勢，在國家法規政策的推動和全社會的支持下，因地制宜的開展水泥窯協同處置廢棄物，必將為石河子地區的生態建設和循環經濟的發展做出新的貢獻。

Study on the technology of sludge waste from calcium carbide slag cement production line

YANG Zhong，LV Hong-qing，LIU Guang-qiang
（Xinjiang Tianye（Group）Co.,Ltd.,Shihezi 832000，China）

Through the analysis of physical and chemical properties of sludge，sludge disposal problems of collaborative cement production line of carbide slag was analyzed，so as to determine the process of carbide slag cement production line collaborative disposal of sludge，put forward to avoid the two operation methods of heavy metal pollution.

sludge；cement kiln；cooperative treatment

X781.2

B

1009－1785(2016)12-0037-03

2016-08-12