張瑋

【摘 要】 水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)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(jī)物得到徹底分解、不會(huì)影響水泥質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來在我國(guó)得到了廣泛的關(guān)注和重視。本文對(duì)水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)的特征進(jìn)行介紹，并且就幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探討，以期為相關(guān)工作人員提供一些有益的參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】 水泥窯 污泥 協(xié)同處置d

污泥是城市污水處理過程產(chǎn)生的城市廢物，但從化學(xué)成分考慮，污泥燃燒后形成的焚燒灰分主要化學(xué)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(chǎn)能力200萬噸，如果以污泥部分替代煤作為燃料，用于生產(chǎn)水泥熟料，按替代30%煤計(jì)算，上海的水泥生產(chǎn)可處理20萬噸干污泥，每天可消納600-700噸脫水干污泥，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)污泥的無害化、減量化和資源化，推廣水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)的概述

1.1 水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)的分類

水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)，是指將需要處置的污泥采用密封的運(yùn)輸方式，運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)后利用水泥窯窯尾的高溫進(jìn)行煅燒處置。目前水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)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(zhuǎn)窯窯尾，污泥在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行焚燒。采用此種處置方式時(shí)，污泥預(yù)先不需要進(jìn)行烘干處理，但會(huì)造成煙室內(nèi)溫度出現(xiàn)較大波動(dòng)的現(xiàn)象，可能影響水泥生產(chǎn)線的平穩(wěn)運(yùn)行。

第二類是干化后入窯，即在專門的干化設(shè)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(shí)，需要增加專門的干化設(shè)備，并且干化過程中的廢棄比較難以處理。

1.2 水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)的特征

大量試驗(yàn)和檢測(cè)證明，水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)不僅是安全可行的，而且具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：

第一，回轉(zhuǎn)窯中的氣體溫度高度1300℃，并且窯內(nèi)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(jī)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(jī)物都可以被完全分解。

第二，回轉(zhuǎn)窯工作狀況穩(wěn)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(tǒng)運(yùn)行處于全負(fù)壓狀態(tài)，能夠有效避免有害和有毒氣體的外溢。

第三，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的材質(zhì)（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(dāng)用水泥窯協(xié)同處置燃燒污泥時(shí)，替代了部分燃燒的燃料作用，從而節(jié)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(jī)物含量，可以替代部分燃料，從而直接降低水泥廠對(duì)熱能的需求。焚燒剩余的殘?jiān)M(jìn)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(chǎng)地和資金，也會(huì)減輕對(duì)環(huán)境的污染。

2 水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)的關(guān)鍵問題

2.1 水泥窯協(xié)同處置污泥對(duì)水泥熟料的影響

（1）污泥摻入對(duì)水泥配料的影響。水泥熟料是一種多類礦物的集合體，經(jīng)回轉(zhuǎn)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(yīng)生成的礦物集合體的形式存在，而水泥熟料的礦物組成對(duì)水泥強(qiáng)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(chǎn)品的質(zhì)量。研究結(jié)果表明，當(dāng)污泥摻入量為0%～5%時(shí)，污泥摻入對(duì)熟料的鋁率和硅率影響不大，但會(huì)使熟料的石灰飽和系數(shù)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(huì)影響熟料的質(zhì)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(shù)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(duì)熟料質(zhì)量沒有明顯影響。

（2）污泥摻入對(duì)水泥易燃性的影響。污泥摻入對(duì)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(shí)，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(duì)熟料主要礦物組成的影響。研究表明，在不同溫度下煅燒時(shí)，當(dāng)污泥灰摻量小于1%時(shí)，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(jié)構(gòu)，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(xù)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(huì)致使熟料中C3S含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，C2S含量逐漸增加。

總的說來，摻入污泥后水泥熟料的各項(xiàng)指標(biāo)都能夠滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)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(duì)污泥干化的影響。采用熱分析法研究污泥干化溫度對(duì)干化速率的影響，結(jié)果表明當(dāng)污泥干化溫度高于200℃后，污泥中的自由水快速增發(fā)，且溫度變化對(duì)污泥含水率影響不大。此外，當(dāng)干化溫度處于200～350℃時(shí)，溫度對(duì)污泥脫水效果的影響不大，溫度繼續(xù)升高反而會(huì)降低干污泥中有機(jī)物的含量，造成其熱值降低。

（2）污泥量對(duì)污泥干化的影響。采用熱分析法研究污泥量對(duì)污泥干化的影響，結(jié)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(shí)間就越長(zhǎng)，但隨著溫度的升高，在干化過程的某一時(shí)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(duì)干化所需時(shí)間的影響逐漸減小，因此當(dāng)污泥加入量在一定范圍時(shí)，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(xié)同處置污泥技術(shù)是安全可行的，它能夠?qū)ξ勰噘Y源進(jìn)行回收利用，同時(shí)減輕對(duì)環(huán)境的污染，因此非常值得在我國(guó)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。但需要注意的是，目前水泥窯協(xié)同處置污泥技術(shù)還存在一定缺陷。如何有效地控制臭氣排放濃度，項(xiàng)目的折舊成本和生產(chǎn)成本較高，尤其是在直接處理含水量高于80%的濕污泥時(shí)，控制水泥窯協(xié)同處置污泥混合物的燃燒工況，避免造成煙室內(nèi)溫度出現(xiàn)較大的波動(dòng)，從而導(dǎo)致耐火材料表面產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象，影響到水泥的品質(zhì)，烘干設(shè)備和進(jìn)料設(shè)備的選型，重金屬、二噁英等污染物質(zhì)的控制和監(jiān)測(cè)都是在協(xié)同處置過程中應(yīng)該重點(diǎn)研究和考慮的問題。這需要我們相關(guān)工作者的進(jìn)一步深入探討。

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