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杭州市利用水泥窑协同处置城市污泥技术推广的调研分析
裘新谷1,宋益良1,朱彤2,何卫华2
(;)
摘要:通过对杭州市主城区污泥处置请况的调研,针对目前常用的污泥处置方法的优缺点,进行分析比较。遵循污泥处置“无害化、稳定化及资源化〞的处理原那么,对“利用水泥窑焚
烧处置污泥,’的工艺从经济性、可行性、必要性等方面开展调研分析。在此根底上,提出杭州
市七格污水处理厂污泥处置近远期实施方案。同时对相应的管理法规和扶持政策等提出意见和建议,为领导决策提供参考。
关键词:污泥处置;水泥窑;协同处置;混合燃烧;调研分析;稳定化;无害化;资源
化
在城市化进程中,随着环境质量要求的提高,对污水处理率和处理深度的要求同时提高,污泥产量也大大增加。如何处理和处置这些污泥,做到污泥“无害化、稳定化及资源化〞,是现在全世界污水处理行业迫切需要解决的问题,同时这也是杭州市七格污水处理厂工程建设中遇到的最大难题。为了深入探讨利用水泥窑燃烧处置解决七格污泥的可行性、必要性、经济性以及相关产业政策支持等方面的问题,杭州市建委组织市经信委、城管委、环保局、城投集团、排水公司,以及浙江大学建筑学院建材专家,对相关问题进行深入调查研究,从而对政府统筹、决策以及制定相关政策、法规,提供参考。1杭州市主城区(主要是七格厂)污泥目前处置情况

①设计产泥量。根据设计,七格污水处理厂一、二、三期工程污泥总量为1336吨/日,含水率78%。其中:七格污水处理厂一期、二期工程污泥量为640吨/日,含水率78%;七格污水处理厂三期工程污泥量为696吨/日,含水率78%。目前,尚在运行的四堡污水处理厂设计处理能力为40万吨/日,污泥量为250吨/日,七格三期投运后,四堡厂将停止运行。
②实际产泥量。四堡污水处理厂,七格一、二期工程以及投入试运行的七格三期工程(试运行规模10万吨/日),日均产泥量约980余吨,含水率约为80%。
七格污水处理厂一、二期,实际产泥700吨/曰,其中600吨/日干化处理,变为260吨,45%含水率;100吨/日未干化处理,含水率80%。七格污水处理厂三期实际产泥(目前10万吨/日运行)100吨/日,未干化处理,含水率80%。四堡污水处理厂实际产泥180吨/日,未干化处理,含水率80%。以上污泥处理处置情况,详见下表:
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是否符合污泥处置标准
污水处理厂 污泥量 污泥处置情况
要求
100吨/日送至萧山协庆化工制肥厂宁围镇厂区干泥制造有机肥,用于园林 根本符合
绿化。
600吨/日(80%含水率) 100吨/日送至萧山协庆化工制肥厂八湿污泥经国泰环保深 工段厂区经过简单翻晒后土地利用, 不符合
七格污水处理厂 度脱水后变为260吨 存在环境风险。
一、二期 湿污泥(45%含水率) 30吨/日送至萧山华丽达热电厂热电焚
符合
烧。
30吨/日送至桐庐红狮水泥公司协同处
符合
置。
100吨湿泥(80%含水 送至富阳南方水泥厂处置,但受水泥
符合
率) 企业停电限电的影响处置不稳定。
七格三期燃烧试验线处置50—70吨/日,
符合
七格污水处理厂 100吨湿泥(80%含水 运行费用较高。
三期 率) 其余污泥送萧山雨禾有机肥厂制有机
不符合
肥,实际为简单的土地利用。
180吨湿泥(80%含水 全部送萧山雨禾有机肥厂制有机肥,
四堡污水处理厂 不符合
率) 实际为简单的土地利用。
(以绝干污泥为准进行计算)资料详见下表。
污泥重金属含量分析表
工程 四堡污 七格污水厂三 七格污水厂 七格污水厂 七格污水 七格污水标准限
泥 期污泥(下沙10一期、二期深 一期、二期深 厂一期污 厂二期污 值万吨/日污水) 度脱水污泥l 度脱水污泥2 泥 泥
含水率(%)
铬(mg瓜g)326 232 169 180 264 248<1000
铜(mg/l(g)475 396 205 233 486 422<1500
铅(m班g)269 254 198 283 198 22l<1000
锌(mg/I(g)2110 2420 1670 1880 1960 1720<4000
镍(mg瓜g)180 172 156 129 147<200
镉(mg/l(g) <20***(mg/kg) <75钾(mg/l(g)3970 4670 4280 3790
***(mg/l(g) <25
挥发酚 <40
(mg/I(g)
总***化物 <10
(mg瓜g)
总氮(mg/kg) 8370 7640
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矿物油 <3000
(mg/1(曲
总磷(mg/kg) 7380 6020
可以看出,污泥中重金属含量略有区别,但是总体上满足标准要求
2七格污水处理厂污泥处置方式分析根据污泥处置的各种途径,结合七格污水处理厂污泥的实际情况,分析如下:填埋法存在的主要问题:①坑体中含有各种有毒有害物质,会通过雨水的侵蚀和渗漏作
用污染地下水体,最终汇入饮用水源。因此坑体需铺设防渗性能好的材料(高密度聚乙烯防渗透层),垃圾填埋场还应配备渗滤液收集装置及渗滤液处理设施,渗滤液的处理目前也是一个技术难题;②污泥含水率高,导致填埋场压实机械工作难度大,会给推平、压实、覆盖等填埋作业造成困难;③填埋场的卫生状况恶劣,潜在的环境风险比较突出;④有限的填埋量与不断增加的污泥产出量之间的矛盾将会日益突出,且杭州市天子岭垃圾填埋场目前已不接受污泥填埋。
堆肥法及农用所存在的主要问题:污泥在含水率60—80%之间,为污泥的塑性阶段,这阶段污泥的流体特性类似胶水,胶状,粘稠,很难处置,脱水困难,所需时间长,对于堆肥不利,用地面积较大,卫生条件较差,对环境仍有一定的影响。由于堆肥工业受到堆肥处理量、处理周期、本钱的限制,所以目前欧洲只有1%的污泥用于堆肥,美国只有4%~5%。影响污泥农用的主要因素是重金属污染、病原体、难降解有机物及N、P的流失对地表水和地下水的污染,因此在欧洲,污泥的农用收到越来越严格的限制。
干化法存在的主要问题:污泥干化投资大,需要供给全部热源,运行本钱高,设备维护费用大,技术要求和处理本钱较高,管理较复杂,且干化后的污泥仍需寻找迸一步处置的方法。
海洋法存在的主要问题:中国政府己于1994年初接受三项国际协议,承诺于1994年2月20日起不再在海上处置工业废物和污水污泥,故不予考虑。
单独直接燃烧法存在的主要问题:七格污水处理厂建设指挥部于09年10月正式开工建设100吨,日污泥燃烧示范工程,采用了中科院工程热物理研究所提供的循环流化床燃烧技术,将湿污泥直接送燃烧炉,在炉膛内完成干化燃烧过程,通过空气预热器回收热量,并将回收到的热量用于燃烧污泥。但根据目前的实际运行情况,还存在以下问题:①由于此污泥燃烧工程为我国第一套污泥干化与燃烧一体化的示范工程,设计、制造、调试、运行等方面均没有实际经验。为了保证系统的处理能力、运行稳定性,前期运行调试过程比预期时间延长较多。②由于污泥的性质与设计要求由较大的出入,其污泥热值比设计时的3000大卡低了许多,且污泥中的钾等碱金属成分也增加了数倍,实际燃烧难度大大增加,同时运行费用也大大增加。⑧产生的灰渣还得继续寻找处理途径,而如采用(半)干化后单独燃烧,由于污泥的高含水率特性,无论是污泥干化制粒还是(半)干化后再燃烧,其高能耗、高投入、高本钱的问题依然存在,由此也限制了技术的推广。
混合燃烧(如水泥燃烧):从目前国内外污泥的处置情况看,污泥的终极处置是今后污泥处置的开展趋势。城市污泥高温煅烧后的化学成分与粘土相近,因此,污泥具有作为水泥生产原料的本质特性,同时污泥具有较高的热值。所以,污泥处置与水泥生产之间的结合点在
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于:污泥在水泥生产过程中得到处置的同时,还可以作为水泥生产的间接资源加以利用,即先作为燃料燃烧,然后作为原料添加。
3利用水泥窑燃烧处置污泥的可行性
:
①掺入合理比例不改变水泥性质。根据浙江大学建筑学院建材专家计算,含水率80%污泥掺入量控制为5%,那么高温煅烧后的固体量在水泥熟料中的比例将下降到1%以下,也就是说,按100吨水泥掺入高温煅烧后的1吨污泥,这样的掺入比例不会对水泥的产品质量产生影响。杭州周边地区的水泥厂生产能力至少在2000万吨,即使按5%的掺入比例,每年可消纳量到达160万吨湿污泥(80%含水率),完全能消纳现有污泥量。
②可有效固结重金属。水泥生产的烧成温度高达1300℃以上,重金属元素在水泥熟料中的固化率高,经初步试验研究,主要重金属As,Pb,Cr的固化率在70~90%之间。由于重金属被高温固熔在熟料矿物晶格内,硬化水泥浆体对重金属有极大的吸附作用和束缚能力,而且混凝土本身的致密结构对扩散有很大的阻碍作用,水化产物和高PH环境将使其浸出浓度将更小,因此可以认为重金属在水泥熟料和水泥水化产物中是稳定的。
③有害成份完全分解。水泥窑物料烧成温度大于1300℃,在此高温下,%以上,稳定的有机物也能完全分解。
④可实现无害化处置。回转窑旋转筒体长,斜度小,转速低,物料在炉中高温下停留时间长(物料从窑尾到窑头大约需要30分钟),在高于1300℃温度中有害气体停留4秒以上,对酸性物质(如HCL、S02等)起中和作用,对二嗯英可以有效分解,实现有害气体无害化处理,防止二次污染,这是一般专用燃烧炉无法比较的。
①富阳南方水泥。该公司目前规模为5000们熟料生产能力。根据公司与杭州
市排水公司的协议,正在燃烧七格污水厂一、二期含水率75~80%湿污泥,约100伽。投料方式为:在工艺前端配料时与石灰石、砂岩等配料混合参加。试验结果:水泥的性质稳定,产品质量没有影响。
②桐庐红狮水泥。该水泥厂规模为5000们熟料生产能力,处置的是七格污水厂一、二期污泥。该公司于2021年8月开始开展试验工作。8月份试验证明投加30“的半干化污泥(七格污水厂国泰环保公司深度脱水后45%含水率的污泥),9月份最大的投加量为120们(七格污水厂国泰环保公司深度脱水后45%含水率的污泥),对生产过程和产品质量没有影响,目前投料方式为与生料混合后在工艺前端参加。
该公司态度积极,燃烧污泥及城市垃圾的意愿明显,目前正在编制污泥燃烧的技术改造可行性研究报告工作,如果一切顺利,准备明年开工建设。投料方式改为窑尾投加(直接从分解窑进料,跨过回转窑前端预热区,进入温度在900度以上的区域,越过可能会产生二嗯英的区域),并设置余热收集装置。预计可接受的污泥量为500讹(其中400讹直运含水率80%的湿污泥,利用水泥厂余热进行干化;100“d已在外处理过的半干化污泥)。
③杭州钱潮水泥。该公司目前设有两大基地:余杭仓前水泥厂和富阳水泥厂,
规划规模为5000似,目前已建成并运行规模为2500似。20lO年5月起,应有关方面要求,
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富阳水泥厂生产线中添加富阳造纸厂75~80%含水率的湿污泥约为60~70讹,投料方式为:首先与石灰石拌和均匀,再与其它配料掺和,然后在工艺前端参加。试验结果:水泥的性质稳定,产品质量没有影响。
、环境保护部和科学技术部联合制定的?城镇污水处理厂污泥处理处
置及污染防治技术政策(试行)?中明确提出:经济较为兴旺的大中城市,可采用污泥燃烧工艺。鼓励采用干化燃烧的联用方式,提高污泥的热能利用效率;鼓励污泥燃烧厂与垃圾燃烧厂合建;在有条件的地区,鼓励污泥作为低质燃料在火力发电厂燃烧炉、水泥窑混合燃烧。因此,充分发挥我市现有水泥窑生产企业的作用,加大力度推进利用水泥窑协同处理城市污泥,既符合国家政策导向,又符合推进杭州对生态城市建设和传统产业转型提升的实际,有必要加快推进。
%含水率的湿污泥直接燃烧,还是半干化(含水率30%一45%)后燃烧,一般价格
都可控制在300元/吨以内(包括运费,干化费用,燃烧补贴费用总和)。
4存在的问题
,我国对污泥的处理处置始终没有引起
足够的重视。随着城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经恰当处理处置的污泥进入环境后,直接给水体和大气带来二次污染,不但降低了污水处理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。因此,各相关部门应统一认识,及时介入、主动推进,克服畏难情绪,形成合力,统筹污泥处置工作。
、政策性强、管理部门多,目前杭州市并无明确的组织领导
体系,缺乏诸如管理体制、市场机制、标准体系、扶持政策等方面明确的一整套的系统性政策。利用水泥窑处置污泥的工艺技术不太复杂,实践证明也是可行。但企业投资需增加,能源消耗有所上升,生产工况变得复杂。在走访调研中,水泥企业也表示:由于水泥企业的特殊性,其受停产、限电、减排等因素影响较大,如无明确的扶持鼓励政策,影响其处置污泥的积极性。
,欧美、目本等国家都相继采用该方法处置污泥。目前,
我国利用水泥窑燃烧污泥还没有得到推广,杭州也只是少量在试验性燃烧。鉴于水泥协同处置污泥的终极途经,真正做到污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化。因此,对水泥窑处置污泥方法要大力推广,以解决杭州污泥出路。
5结论和建议
,采用近远期结合的方案处置污泥。
①近期污泥处置。从近期看,建议:一是在七格污水厂三期工程预留地上由城投集团抓
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紧采用BOT的方式,采用国泰环保公司的深度脱水工艺进行污泥半干化处理。七格三期产生的600讹含水率78%一80%的湿污泥可深度脱水为45%含水率的半干化污泥量约219忧。据目前的情况,建议选择三家水泥企业作为最终七格污水厂三期工程半干污泥的最终处置企业(其中一家处于检修时,其它两家具有足够的能力处理污泥)。在半干化深度脱水未建成的应
急时期,建议局部含水率80%的污泥直接进入水泥厂掺烧处置,局部在七格污泥燃烧示范线工程直接燃烧处置,也可以适量制肥组合的方式进行污泥处置。二是七格污水厂一期、二期工程的污泥根本仍按目前的污泥处置方式实施,只需对100们送至萧山协庆化工制肥厂八工段厂区污泥的处置方式进行适当调整(或堆肥或水泥厂混合燃烧)。
②远期污泥处置。从远期来看,采用从窑尾投加污泥、同时利用厂内余热进行污泥半干化为终极处置方案,由于目前污泥添加点属于临时方式,在相关产业政策的引导下,促进相关企业及时、尽早、尽快进行技术改造。
,通过实行财政补贴、税收优惠、水泥
窑处理污泥的技改工程优先安排土地指标、优先使用参与处理污泥的水泥、运输专用车辆免收通行费用等政策,以及处置污泥的企业全年供电保障,从而真正调动水泥企业协同处置污泥的积极性,推动水泥企业从事处理处置污泥工作。
、城投集团研究落实污泥处置全过程监管工作,通过建立污泥转运联单
制度和完备的检测、记录、存档和报告制度,对污泥去向和用途进行跟踪,对污染物的跨区域运输予以协调,确保对污泥处置全过程监管。同时,逐步建立基于污泥监测、检查、监督、执法的相关地方法规、条例、规定等法律体系,将污泥处理处置监管工作由行政手段逐渐转变为依法进行,推进法制化管理。
、环保、城投、经信委、电力等相关责任单位,成立污泥处理
处置工作领导协调小组,组织协调解决污泥处理处置工作中的实际问题,统筹制定有关污泥处理水泥协调燃烧技改、运营、收费管理、市场准入、监管等方面的配套政策,力求通过组织领导,使各部门有效衔接和配合,切实做到统筹兼顾、合理指导,促使污泥真正得到稳定化、无害化、资源化的处置。
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