电石渣制水泥生产线协同处置污泥废弃物技术研究

杨 忠，吕洪青，刘光强

（新疆天业（集团）有限公司，新疆 石河子 832000）

电石渣制水泥生产线协同处置污泥废弃物技术研究

杨 忠，吕洪青，刘光强

（新疆天业（集团）有限公司，新疆 石河子 832000）

通过对污泥的物理、化学性质进行分析，对电石渣制水泥生产线协同处置污泥出现的问题进行分析，从而确定电石渣制水泥生产线协同处置污泥的工艺流程，提出避免重金属二次污染的操作方式。

污泥；水泥窑；协同处置

污泥是污水处理过程中产生的沉淀物，一般生产量为处理水体积的0.3%～0.5%，主要由污水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体及微生物吸附的重金属元素、虫卵、病菌等固体物组成。由于污泥含有80%左右的水分，极易在微生物的作用下腐烂，产生恶臭，滋生蝇蛆，如果不对其进行妥善处理，病原体会对人、畜造成感染，污泥含有的重金属离子进入土壤、水系造成环境污染从而导致环境进一步恶化，因此必须对污泥进行妥善处理，使其达到减量化、稳定化、无害化的目的。

石河子污水处理厂年产生含水90%以上的污泥56.7万m3，经过滤处理后产出含水80%的污泥4.8万m3。目前，石河子污水处理厂对污泥的处置主要采用卫生填埋的方法。该方法因污泥填埋要占用大量土地，易造成地下水污染，而受到严格的限制。而水泥协同处置污泥工艺，具有对污泥减量化、无害化、资源化的功能，并将残余物最终固化在水泥熟料矿物中，避免二次污染等技术优势，成为一种适合地区发展，充分利用的积极处理工艺。

1 污泥特性

污泥依据来源可以划分为以下几类：（1）按照污水的来源特征，污水可分为生活污水污泥和工业废水污泥；（2）按照污水的成分和某些性质，可以分为有机污泥和无机污泥、亲水污泥和疏水污泥；（3）按照污泥处理的不同阶段，可以分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥和干化污泥；（4）按照污泥来源可以分为棚渣、沉淀池沉渣 （无机固体颗粒）、浮渣、初次沉淀污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥和化学污泥。

污泥的性质是污泥处理处置的依据，成分是其性质的表现基础。污泥主要由有机物和无机物组成。

（1）污泥中有机物组成描述方式是化学组成（或化学物组成、分子结构组成），由于污泥有机物分级结构情况十分复杂，通常按污染物控制与利用有关的各个方面来描述其化学组成。其中包括毒害性有机物组成、有机生物质组成、有机官能化合物组成、微生物组成等。

（2）污泥的无机物组成也是按其与污染控制与利用有关的各个方面来进行描述的，其中包括毒害性无机物组成、植物养分组成、无机矿物组成等3个方面。无机物的化学成分主要为硅（Si）、铝（Al）、钙（Ca）、铁（Fe）等。

目前，石河子污水处理厂形成处理污水能力20万m3/d的规模，年产生含水率95%左右的污泥56.7万m3，经带式过滤机处理后含水率80%的污泥4.8万m3。

2 水泥窑协同处置技术优势与影响

水泥窑协同处置技术是指利用回转窑内的高温环境对污泥等废弃物进行干化、焚烧、焚毁、吸收、吸附、固化等一系列过程的总称。水泥窑独特的高温环境和碱性气氛可以有效阻止焚烧废物中有害物质的溶出，中和HF、HCl、SO2，避免二恶英与呋喃的重新合成。污泥废弃物水泥窑协同处置技术是利用污泥废弃物取代部分原料或燃料，使水泥生产企业节省原料需求，降低能源消耗，彻底实现资源化，同时还可以减少CaCO3分解而释放的CO2，大大节约了废物安全填埋场这种“十分稀缺的资源”，符合节能、降耗和减排要求，具有明显的经济效益和环境效益。

新型干法水泥回转窑窑内温度一般为1 350～1 650℃，窑内气体最高温度可以达到1 800℃以上。在此高温下，各类废弃物中的有机物将产生彻底的分解。物料从窑尾到窑头总停留时间在30～40 min；气体在温度＞950℃以上的停留时间8 s以上，高于1 300℃以上停留时间＞3 s，更有利于污泥废弃物的燃烧和彻底分解。

水泥窑系统的碱性环境能对燃烧后产生的酸性物质（如HCl、HF、SO2和CO2等）起中和作用，使其变成盐类固定下来，从而抑制其排放，避免普通焚烧炉燃烧废气产生的二次污染问题。污泥中的重金属在水泥高温煅烧的过程中大部分重金属离子主要固溶在硅酸盐矿物中，最终进入水泥成品。因重金属不易在水泥产品中被浸出，避免了再度扩散，从而起到尾气净化和重金属高温固化的双重作用。

利用水泥窑协同处置固体污泥等废弃物，仅仅需要在现有水泥生产设施的基础上对部分设备进行配套改造，无需新建处置设施，建设投资小。与其他处置技术相比，污泥废弃物水泥窑协同处置技术没有其他二次污染产生，这样就节约了污染治理的费用。污泥废弃物水泥窑协同处置技术，进一步改善了生态环境，同时还减少了固体废物进入填埋场的量，延长了填埋场的填埋年限，实现了污泥废弃物处置的减量化；回收了可再利用的能源和资源，实现了物资的再利用，减少对土地的破坏，做到了污泥废弃物处置的资源化；可以进一步减少污泥废弃物无序堆放占用土地，控制有毒有害物质的传播，实现污泥废弃物处置的无害化。

在生产质量控制过程中，水污泥废弃物中有害元素S、K、Na、Mg等，如含量过高会固化至熟料中，对熟料质量会造成影响，通过检测污泥废弃物和原料中有害元素和重金属含量，通过控制相应的极限值来控制污泥废弃物处置量，避免造成相应的有害元素超标，影响熟料质量。

不适当的水泥窑处置污泥废弃物，将会影响水泥窑系统热工制度稳定，进而影响熟料煅烧导致熟料质量问题，如污泥废弃物入窑不均或是入窑污泥废弃物过量，导致窑尾、分解炉等处的温度不稳定等造成系统热工制度不稳定，从而影响熟料质量。通过控制污泥废弃物入窑输送和入窑打散装置等设施的正常运行，结合水泥窑系统的精细化规范操作，完全可以避免因工艺状况变化而引起的熟料质料问题，此类问题的控制在结合水泥窑处置污泥废弃物工艺特性基础上，其控制方式遵循新型干法水泥窑控制的基本原理和方法。

3 电石渣制水泥生产线协同处置污泥工艺

电石渣制水泥生产线由于其利用电石渣作为钙质原料，从生料制备阶段就具有很强的碱性环境，因此，协同处置污泥具有很好的优势。在通常情况下，污泥主要检测含水率、重金属、碱金属、硫氯元素及硅、钙、铝、铁等，技术部门取样检测分析确认后，按照技术部门出具的处置方案进入协同处置。

采用的具体工艺流程如下。

未干化的污泥通过2台柱塞泵将污泥接受仓内的污泥输送至窑尾，在输送管道入窑尾的末端设置污泥打散装置，使污泥以雾化散开的形式喷入窑尾，利用窑尾的高温烟气迅速将污泥干化焚烧。

干化污泥是指通过水热-中温厌氧消化工艺、石灰稳定工艺进行脱水处理的污泥，其含水量由80%减少至50%左右，体积减少50%以上，呈现类似于干硬泥土的外观。干化后的污泥由于含水量低，且具有3 000 kcal左右的热值，协同处置的方式与未干化污泥有很大区别。需依据上游污水处理厂实际产出的污泥状况，有针对性的采用相应的处置工艺。

干化后的污泥通过剪切式破碎机破碎后进入干化污泥仓，经管道链式输送机输送至缓冲仓中，干化后的污泥经计量后根据回转窑运行情况调节污泥喂入量，从而实现干化污泥的协同处置。

市政污泥主要来源于城市污水和部分工业污水混排经污水处理厂通过生物化学-厌氧处理后所产生的半固体污泥废弃物，由于污水来源及处理工艺不同，对市政污泥中主要检测了含有镉、汞、铜、铅砷、铬、锌、镍等重金属化合物及可溶性盐类。市政污泥成分检测结果见表1。

表1 石河子市污水处理厂污泥中的重金属含量（mg/kg）

污泥中无机物主要为氧化硅、氧化铁等，与水泥行业使用的粘土成分接近，当污泥中的有机物在回转窑内的高温环境下分解燃烧后，产生的灰渣做为水泥原料的一部分参与水泥熟料烧成反应。

水泥协同处置的投入点有窑头、窑尾和分解炉3个投入点，污泥一般在窑尾投入。在实际生产过程中，水泥窑窑尾的温度通常控制在1 100℃左右，含水80%的污泥经打散雾化后喷入窑尾，在高温下污泥所含的水分迅速蒸发后污泥的有机成分开始燃烧，补偿因水分蒸发所消耗的热量。重金属是污泥协同处置过程中需控制的关键，由表1可知，石河子市污水处理厂的污泥中重金属含量较高，需合理控制污泥的喂入量，利用水泥生产线较高的台时产量对重金属进行稀释，将其控制规定范围内，避免因重金属超标引发水泥质量事故。

天能水泥有限公司采用电石渣代替石灰石为钙质原料，电石渣的主要成分氢氧化钙做为一种强碱可有效的与氯化氢、氟化氢反应，生产氯化钙和氟化钙进入生产环节。在电石渣制水泥生产线产生的强碱氛围内，未反应的氯化氢、氟化氢逃逸进入大气的含量微乎其微。

水泥窑内重金属主要以氯化物形式存在，天能水泥有限公司窑尾增设的旁路放风系统能有效的控制氯化物的含量，从而达到降低重金属废气逃逸的目的。

参考北京水泥厂实际生产数据，在不考虑废物中重金属等各类元素固化在熟料矿物的晶体结构中的数量，视为全部进入气体中，并随窑尾废气排放，且漆渣中金属含量取监测结果的最高值的极端特例中，窑尾废气中HCI、HF含量均符合《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013）中规定的污染物最高允许排放限值标准，Hg.TI+Cd+Pb+As、Be+Cr+Sn+Sb+ Cu+Co+Mn+Ni+V等重金属含量明显低于《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准））（GB30485-2013）中规定的污染物最高允许排放限值。

4 结语

目前，水泥窑协同处置污泥在世界上一些发达国家，已经达到了较高的水平，取得了良好的社会效益、环境效益和经济效益。国内外的理论和实践已经证明利用水泥窑协同处置污泥是无害化、减量化和资源化处置污泥的重要技术途径，也是低成本规模化处置污泥的重要措施。借鉴国内外的先进经验，将废弃物处置与水泥工业的可持续发展结合起来，利用水泥窑协同处置废弃物，是一种适合中国国情的做法。石河子地区利用电石渣制水泥生产线协同处置废弃物，具有得天独厚的优势，在国家法规政策的推动和全社会的支持下，因地制宜的开展水泥窑协同处置废弃物，必将为石河子地区的生态建设和循环经济的发展做出新的贡献。

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