造纸污泥的燃烧处理研究现状与展望

2014-02-10汪文忠

天津造纸 2014年4期

汪文忠

（浙江省造纸工业学校，杭州市，310004）

造纸工业作为我国仅次于电信和钢铁的第三大产业，与国民经济和社会发展息息相关。截止到2012年我国纸及纸板生产企业约3500家，纸及纸板生产量达10250万t，较上年增长3.22%。而早在2008我国纸和纸板年产量已经超过美国成为纸和纸板年产量世界第一大国[1-2]。然而在产量增长的同时，伴随着大量污染物的产生。据统计，仅造纸工业污水排放量就占我国污水总排放总量的10%～12%[3]。造纸过程中产生的造纸污泥更因其产量大（每生产1 t纸，产生约1200 kg造纸污泥[4]。）、成分复杂、含水量高、难处理等因素，给资源环境造成了巨大压力。如何处理造纸污泥使污泥减量化、无害化和资源化一直是造纸工业所面临的重要问题。

1 造纸污泥的性质和危害

造纸污泥是造纸厂污水经过一段二段的水处理后的残余物，按处理过程不同将造纸污泥分为四类，废水经过一级处理产生的污泥称为一次污泥；经过二级生化处理产生的活性污泥为二次污泥；脱墨污泥则是废纸在浮选脱墨过程中形成的废渣；废纸和活性污泥混合在一起称为混合污泥。污泥中混合污泥含量最高，约占全场污泥的60%。不同种类的污泥组成成分也各不相同，一次污泥中主要是废水中的悬浮物。脱墨污泥则含有大量油墨、灰分和各种杂质。二次污泥中含有丰富的营养物质，以及大量的细菌真菌等有机体。因造纸污泥的特殊性，其理化性质也与城市污泥和工业污泥不同，具体特征如下：

（1）含水率高，一般为90%以上，未经脱水处理的造纸污泥基本成液体状，不利于运输。污泥中所含水分分为间隙水、毛细水、吸附水和内部结合水四类。（2）含盐量较高，会明显提高土壤导电率、破坏土壤结构、抑制植物对水分的吸收[5]。（3）含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等有机高分子成分。一旦造纸污泥处置不当，很容易腐化发臭，滋生蚊蝇，造成二次污染。（4）造纸污泥pH值为7.2，显中性，可以用来改良酸性土壤[6]。

2 污泥处理技术

造纸污泥的处理技术主要分为卫生填埋法、堆肥法、脱水法、直接排海法和焚烧法。

造纸污泥的卫生填埋技术是造纸污泥处理采用的最广泛的方式，具体是指采用防渗、覆盖、渗滤液等一系列工程措施将处理过的污泥集中堆、填、埋的处理方式[7]。这种处理技术具有操作简单，投资少，处理量大等优点。但污泥卫生填埋技术只是权宜之计，这种方法严重浪费土地及一旦防渗处理不当，渗滤液会危害水土环境和造成土壤盐碱化。随着人们环保意识的加深，这种处理方式将逐步被淘汰。

造纸污泥作为优质的有机肥料，进行好氧堆肥化后农用，可以提高农作物产量。同时污泥中的有机质，腐殖质可改善土壤结构。污泥堆肥处理因其耗能低、投资少、运行费用低而受到许多专家学者的青睐。相对而言，污泥堆肥处理也存在臭气外排造成二次污染、占地面积大、运输费用高、下渗会影响周边的地表水等瓶颈[8-10]。

常用的脱水处理方式分为自然干燥和机械脱水两种。将造纸污泥自然晾晒，进行蒸发脱水为自然干燥法。这种方式投资少，成本低。但是占地大，周期长，晾晒过程中有臭味。机械脱水则由于污泥粘度很大，很难分散，只能去除部分自由水，脱水后水含量依然很高。如经国内造纸厂普遍采用的链带压滤机脱水后，造纸污泥含水率还在65%～75%之间[11]。

将造纸污泥直接排入海洋的方法因其对海洋生态环境和渔业资源的巨大危害而逐渐被禁止。

造纸污泥焚烧处理是最彻底的污泥处置方法。焚烧法是指把脱水预处理的污泥焚烧，回收焚烧过程中产生的高温烟气热能同时利用袋式除尘和干式或湿式反应塔脱硫净化达标排放[12]。焚烧过程中可以使有机物碳化，最大限度的减小污泥体积（焚烧后灰渣体积仅相当于机械脱水污泥的10%[13]）。高温还可以破坏污泥里有毒的有机分子结构。焚烧过程中产生的热能，还可以用来发电或供热。焚烧后产生的灰渣同样可以进行资源化利用：舒伟[14]研究发现，用污泥焚烧灰可以制成具有良好透水性能的砖块，砖块的各项理化性能均达到国家相关标准要求。经球磨方式处理的造纸污泥焚烧灰具有较高的火山灰活性，使用平均粒径低于100 μm的焚烧灰渣可以等量代替硅酸盐水泥，却不降低水泥的强度等级[15]。由此可以预见，随着污泥产量的持续增长，对污泥的处理技术的研究将集中在焚烧法上。

3 焚烧法处理造纸污泥的试验研究

李春雨[16]等分析了城市湖泊污泥、制革污泥，以及两种造纸污泥的燃烧特性，发现四种污泥都具有高挥发分、高灰分、低热值的特点，燃烧过程分为挥发分燃烧和固定碳燃烧两个阶段。将造纸污泥单独焚烧，易于着火，但燃烧速率较低，燃烧时间长。使用采自广东某造纸厂的脱水车间，自然干燥14 d后的造纸污泥与煤粉在不同比例情况下混合燃烧，进行热重分析，结果表明，混合燃烧过程中，造纸污泥和煤基本保持各自的挥发分析出特性，其燃烧曲线基本位于污泥和煤燃烧曲线之间[17]。对造纸污泥和稻草混合燃烧特性和混合物动力学特性进行研究，结果发现，混合物的燃烧过程中，平均活化能呈现先增大后减小，然后再增大的趋势。同时污泥的燃烧过程中存在3个明显的失重峰[18]。早在2010年3月中旬，在“造纸之乡”富阳市，造纸污泥焚烧发电综合利用一期工程调试成功，日均处理量达600吨，实现了将造纸污泥变废为宝的资源化利用。

4 循环流化床焚烧造纸污泥

循环流化床作为近年来快速发展的一种高效率、低污染的清洁燃烧技术，整个装置由循环流化床焚烧炉本体、启动燃烧室、送风系统、引风系统、污泥/废渣加料系统、给煤系统、高温旋风分离器、返料装置、尾部烟道、尾气净化系统、测量系统和操作系统等几部分组成[19]。其基本原理为物料在硫化状态下燃烧。物料进入炉膛，细粒子被一次风带入燃烧室上部燃烧，一般粗粒子在燃烧室下部燃烧。伴随烟气飞出炉膛的细粒子由固体物料分离器分离后，经返料器返回炉膛燃烧。燃烧过程中产生的烟气经尾部净化装置处理后排放。蒲文灏[20]进行了不添加辅助燃料，100%采用造纸污泥在循环流化床中燃烧试验，发现造纸污泥水分含量越高，在流化床内吸热越多，燃烧反应速度越慢；采用增大二次风率的方法，可以增加燃烧的稳定性，提高燃烧效率。曾庭华、孙昕、陈晓平[21-23]等通过试验研究，证实了造纸污泥进入循环流化床后，会形成污泥结团，有利于造纸污泥的高效燃烧。当造纸污泥中含水量降至40%时，造纸污泥能在流化床内燃烧稳定，含水量高于60%的情况下需要加入辅助燃料。使用煤作为助剂和造纸污泥在流化床中混合燃烧，燃烧效率高于92%。燃烧过程中产生的烟气和灰渣中的重金属经过净化处理装置处理后排放均满足环保要求。2004年，常州市排水管理处同东南大学、常州热电公司改造了常州第一热电厂1台20 t/h循环流化床锅炉，用来焚烧污泥，运行情况良好[24]。

5 不足和展望

同国外相比，我国对造纸污泥的处理研究相对较晚，主要的处理方式还集中在卫生填埋、和污泥农用等传统方法上。随着对造纸污泥认识的加深，符合环境可持续发展需要的焚烧法必将受到越来越多的重视。然而焚烧法处理造纸污泥也存在许多问题需要解决：焚烧处理设施投资大，处理费用高；造纸污泥充分燃烧过程中需要添加煤等辅助燃料，随着能源价格的不断上涨，污泥焚烧处置成本也随之增加；应增加造纸污泥和煤等助剂在循环流化床中燃烧特性，影响因素，最佳配合比等方面的研究；研究是否可以使用其他引燃助剂代替煤炭等不可再生资源，但是不影响造纸污泥的燃烧特性；深入对煤和造纸污泥混合燃烧过程中硫化、污染物生成机理等方面的研究，为焚烧法提供更详细的实验数据。

[1]中国造纸工业2012年度报告 [J].中华纸业，2013，11：10-20+5.

[2]2008年我国成为纸及纸板年产量世界第一大国[J].江苏造纸，2009，03：29.

[3]胡兴军.环保政策力促造纸业迈向有序健康发展轨道[J].中国包装，2007，06：79-82.

[4]丛高鹏，施英乔，丁来保等.造纸废水处理污泥特性及利用[J].江苏造纸，2013，01：41-48.

[5]武德智.市政污泥与造纸污泥干化特性的实验研究[D].华南理工大学，2010.

[6]潘美玲，张安龙.造纸污泥性质的研究[J].湖南造纸，2011，01：31-33.

[7]余化龙.浅析污泥卫生混合填埋工艺流程及实例应用[J].西南给排水，2011，05：5-8.

[8]田宁宁，王凯军，杨丽萍，等.污水处理厂污水处置及利用途径研究[J].工程与技术，2000.02：18-20.

[9]谢佳，徐惠风.污泥堆肥化技术研究进展[A].中国农业产业经济发展协会.2011新型肥料研发与新工艺、新设备研究应用研讨会论文集[C].中国农业产业经济发展协会，2011：6.

[10]赵书勤，吴星五.城市污水污泥堆肥化技术的研究进展[J].四川环境，2003，06：9-12.

[11]杨青永，董志刚.造纸工业垃圾的燃烧与控制[J].中华纸业，2007，S1：7-9.

[12]贺兰海，单连文，姜钦明.焚烧法处理制浆造纸污泥技术[J].中华纸业，2006，S1：61-63.