肇庆市固体废物处理服务中心
摘要：本文主要针对污泥干化及资源化的综合利用展开探究，通过结合具体的研究实例，对项目作出系统介绍，详细说明了相应的研究方法，并对研究所得结果作了阐述和讨论，以期能提供一定的参考和借鉴。
关键词：污泥干化；综合利用
近年来，污水处理厂、造纸、印染等行业污泥的产生量不断增加，处理压力、处理成本持续上升，污泥处理必须不断寻找出路。以我市某项目为例，按照循环经济的思路，结合当地实际，采用“焙烧砖窑余热干化污泥”方法，利用公司现有烧砖窑的余热干化市政污泥、印染污泥、造纸污泥，把干化后的污泥作为企业制砖原料使用，真正做到固体废物的“减量化、资源化、无害化”，这一举措对于我市污泥的处理处置具有重大深远意义。
1 项目概况
某污泥干化及资源化的综合利用项目基本情况如下：（1）利用项目现有烧砖窑的余热干化肇庆及周边地区的市政污泥、印染污泥、造纸污泥，且干化后的污泥可作为企业制砖原料使用，用于烧制砖。（2）项目建成后，预计收集并干化湿污泥30万吨/年，污泥类别包括市政污水处理厂污泥、造纸污泥、印染污泥。
2 研究方法
2.1 污泥干化处理工艺流程实例研究
污泥干化可分为直接干化和间接干化。本项目采用直接干化法，即将利用焙烧砖窑余热所加热的空气直接引入干化设备内，通过气体与湿污泥的接触、对流进行换热。
（1）污泥预处理
外来已经稳定化和脱水处理的污泥其含水量一般为70～85%，呈膏状，运至车间后堆存于污泥堆放场内，并定期进行翻混。这一过程既可以自然蒸发污泥中的部分水（主要为污泥间的间隙水），又可以使来自不同地点的污泥在堆放场内得到均匀化。污泥堆存的时间根据堆放场地的大小和天气条件而定，一般为2-5d，此过程可自然蒸发污泥中1%~3%的水分，堆存过程产生少量渗滤液，产生量约为水分的1%，需进行集中收集。污泥堆场采用全密封式设计，堆存过程会产生一定量的臭气，通过负压抽风后引至“五段化学洗涤除尘净化系统”进行处理。
经过堆存、翻混匀化、自然蒸发后的污泥送入箱式给料机，以完成均匀和定量给料，并能破碎较大的松软泥料。污泥经箱式给料机送入链排式烘干炉。
（2）焙烧砖窑余热利用机理及污泥干化过程
含水量为70-85%的湿污泥中的毛细水和吸附水需要外加热量通过干化过程去除。为了保证污泥中的有机质破坏程度降至最低，使污泥中的绝大部分热值能够保存下来并充分利用，污泥干化必须进行低温干化，即：理想的污泥低温干化是在低于污泥有机物热解温度下完成污泥干化过程。
项目隧道烧砖窑分为三部分：预热带、焙烧带、定型冷却带，其中预热带温度一般为350-850℃，焙烧带温度为850-1080℃，定型冷却带温度则为200-850℃。隧道烧砖窑的一次能源（无烟煤、粉煤灰），除了炉窑散热、产品水分蒸发、烧结等必须消耗的能量外，约70%的能量随烟道排烟和产品冷却损失而浪费。在这些损失的热量（简称余热）中，除现有项目干燥砖坯可利用20%余热外，其余50%余热还没得到充分利用。为进一步利用余热，通过在隧道窑定型冷却带的炉顶安装换热装置吸热，并布置空气输送管道以通入新鲜空气，通过吸收的余热加热空气至250-300℃，被加热的空气通过送热风机送至干化窑内对污泥进行直接干化。
2.2 污泥制砖工艺流程研究
烧结砖的生产一般包括原料处理及配备、成型、干燥和焙烧等工序。烧结砖一般使用的原料为天然硅酸盐类的岩石经长期风化而形成的多种矿物混合物，其成分应具有层状结构的含水硅酸盐和含水率硅酸盐结构，并需具备良好的可塑性。因为页岩、煤矸石、原煤、干污泥等为原料混合后具有以上特性，可用来制造烧结砖。污泥等物质由于含碳量高，在被烧段燃烧放热，可节约大量原煤及煤矸石。
砖坯焙烧工艺可按燃料来源、操作方式、焙烧氛围等分为内燃及外燃焙烧等不同工艺，本项目讨论的属于内燃工艺。砖坯在加热到一定温度后开始收缩，在450~850℃之间（预热带），矿物质脱去结晶水，有机物逐渐氧化燃烧并完全分解。在继续升温至900~1080℃的过程中，砖坯物料中的杂质与矿物质形成易熔物质，出现玻璃态液相，填塞于未熔颗粒空隙中，液相表面张力的作用使未熔颗粒紧密粘结，从而使坯体孔隙率下降、体积收缩，强度相应增大，最后变得密实，而形成产品砖。
（1）原料配比
在1~8mm粒径范围的污泥颗粒，一般可用于建材原料、燃煤辅助燃料或园林绿化材料等。本项目所产污泥颗粒全部自销，与页岩、煤矸石、原煤等混合用于现有项目的烧结页岩空心砖中。
原有项目制砖的原料配比为——页岩：煤矸石：煤=60：34：6，送入搅拌机并经搅拌机加水、搅拌、混合达到陈化时所需的条件。
一般情况下，烧结一块2kg的砖需要约1193kcal的燃料燃烧热量，加入过多的内燃料（如原煤、煤矸石）会引起砖的过烧，产生废品。干化后污泥含有约40%左右的有机物，发热量较高，平均发热量约1300kcal/kg；煤矸石发热量按500kcal/kg、无烟煤按4675kcal/kg计算。参照烧结砖内燃配比原则，干料配比为干化污泥（含水40%）：页岩：煤矸石：煤 = 31.25：55.75：10：3，从而有效节省无烟煤、煤矸石用量。
（2）陈化
污泥经干化后含有一定热量，送入陈化车间内，加入一定量的页岩搅拌、细碎造粒形成污泥颗粒后，通过布料机摊铺于陈化仓内自然冷却而进一步脱水，最后形成含水率为20%~30%以下、粒径为1~8mm的质地坚硬的污泥颗粒。上述搅拌、细碎造粒过程会产生一定量的粉尘废气。
污泥、页岩、煤矸石、无烟煤经过粉碎筛分后按比例均匀混合，加水拌和，控制水含量约15%左右，堆存到陈化区中。物料陈化时间不得少于3天。陈化的作用是使原料中水分均化成都提高，原料颗粒表面和内部性能更加均匀，更加一致，颗粒变得容易疏解，物料的成型性能得到提高。
（3）挤出成型
经过陈化的混合料送至双轴搅拌挤出机，此时在设备中再次加水，物料水分控制在17~20%，以满足成型要求。挤出的泥条经切条机、切坯机切割成需要规格的砖坯后，由输送机送到人工码坯处，人工将砖坯码放到窑车上。
（4）干燥
现有项目生产线的干燥室采用逆流式隧道干燥室，坯体的运动方向和热介质的运动方向相反，通过湿坯和干燥介质的热湿交换，将成型好的湿坯脱水干燥达到隧道窑烧成要求，为坯体焙烧作准备。干燥室热源为焙烧窑产生的含热烟气，通过引风机送入砖坯干燥窑。由于砖坯的干燥主要是蒸发原料中的水分，利用隧道窑100-300℃余热足够满足干燥砖坯所需热量。
（5）焙烧
干燥砖坯随窑车进入焙烧隧道窑（示意图如图4.7-3），窑的中部设有固定的焙烧带，焙烧带的温度一般为850~1180℃之间。隧道窑内热烟气与窑车相对移动，由窑车的出口端进入冷空气，冷却烧成砖。被加热的空气用于焙烧带的燃烧；燃烧产生的烟气流经预热带预热砖坯，而后从窑头排烟孔经烟道并经烟囱排入大气。
焙烧窑属于生产线热工设备，焙烧窑设计为全内燃。制砖原料发生变化，原料中掺入的污泥具有一定热值，则主要原料（如煤矸石、无烟煤、干化污泥）所含的热含量基本能够满足烧成过程中的热量要求。现有项目隧道窑设有余热利用系统，窑冷却段的烟气（温度为100-300℃）全部送入隧道干燥窑中，作为干燥室的热源。而本项目的建设，则在上述余热利用的基础上，再在隧道窑定型冷却带的炉顶安装换热装置吸热，并布置空气输送管道以通入新鲜空气，通过吸收的余热加热空气至250-300℃，被加热的空气直接通过送热风机送至干化窑内对污泥进行直接干化。
3 结果与讨论
本项目属于严控废物资源化综合利用项目，其环境影响具有双重性：一方面，项目污泥干化及资源化过程中自身会产生一定量的废水、废气、固废等污染物，其本身是一个环境污染源；另一方面，项目本身是一项环保治理及资源综合利用工程，项目的建设可以对严控废物进行有效的资源化综合利用，减少严控废物进入环境的量。因此，本项目收集并干化、资源化区域的一部分严控废物，使严控废物的去向得以转移。其污泥干化过程会增加一定量的污染物。
3.1 对地区污水处理厂污泥处理现状的影响
近年来，广东省各地加快了城镇污水处理厂和截污管网的建设步伐。随着各地污水处理厂建设的逐步完善，污水厂污泥日产生量亦不断增加，肇庆地区及周边城市的污泥无害化处理处置的压力将不断地加重。目前，我省各地在污水处理过程中普遍存在“重水轻泥”现象，污泥处理处置方式仍以简易填埋和堆置为主，污泥处理处置规划滞后、配套政策不完善、技术定位不准确和处理处置部门责任不清、监管缺位等问题十分突出，个别地区污泥的不规范处理处置造成二次污染，严重影响了污染减排的工作成效。
由于市政污泥、印染污泥、造纸污泥等均含有一定热值，既是制砖原料，也是燃料。利用污泥和其他原料混合生产烧结建筑材料制品，一则利用并消化了大宗污泥，二则污泥中有机质自身燃烧产生的热量补充了高温焙烧制砖的热量。污泥制砖是目前实现污泥无害化、资源化和产业化的最佳途径之一，消纳并处理处置污泥，保护环境、减少污染的同时，可以取得较好的经济效益。
3.2 对市政基础设施建设的影响
目前，我省各地在污水处理过程中普遍存在“重水轻泥”现象，污泥处理处置方式仍以简易填埋和堆置为主，不仅增加了垃圾填埋场等市政基础设施的压力，个别地区更因污泥的不规范处理处置造成二次污染，严重影响了污染减排的工作成效。
因此，本项目污泥处置并用于制砖，有效处理和利用大宗污泥，减少污泥进入垃圾填埋场的数量，降低肇庆及周边地区卫生填埋场的处理负荷。同时，项目的实施使区域污泥收集、运输、处理处置的全程处理有一衔接性的保障。
本项目来料湿污泥经上述干化等相关工艺加工后，制成的污泥颗粒用作现有项目制砖原料，由于干污泥中有机物平均含量达40%左右，污泥燃烧释放热值达到1300kcal/kg左右，具有燃烧利用价值，可替代一定量的原煤或煤矸石，从而在资源化过程中可以充分利用污泥热值高这一特点，使污泥变废为宝；且污泥灰分达40%左右，无机物含量高，污泥无机成分与粘土近似，替代了一定量的页岩，适用于制造建筑材料。
4 结论
综上所述，项目有利于实现固体废弃物资源的综合利用，消纳并处理处置污泥，保护环境、减少污染的同时，可以取得较好的经济效益。项目建设通过处理并综合利用大宗污泥，降低周边地区卫生填埋场的处理负荷，使固体废物的处理处置向“减量化、资源化、无害化”方向进一步发展。
参考文献：
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[3]李鸿江、顾莹莹，污泥资源化利用技术，2010年6月。
论文作者:梁锦平
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
标签：污泥论文; 砖坯论文; 项目论文; 余热论文; 煤矸石论文; 陈化论文; 干燥论文; 《基层建设》2016年6期论文;