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國外水泥窯共燒污水廠污泥情況的介紹

類別:技術|水泥技術   日期:2011-11-3        點擊率:142020        

喬齡山

中圖分類號:tq172.9  文獻標識碼:b  文章編號:1002-9877(2008)10-0001-04

1 國外污水廠污泥的處置經驗
  根據歐洲一些國家的統計,每個城鎮居民平均每天產生1~2l濕污泥,約占污水處理量的1%。這些污泥的處置,過去主要是用于農業改良土壤和堆肥,其次是焚燒和填埋,也有少量用于建材生產。近十余年來,由于污泥帶來的污染,用于農業已遭到農民、食品行業和消費者協會等各方面的反對。使用污泥的農田產出的農產品不被認可為綠色食品,歐盟已規定從2010年起禁止再向土地直接施用未經處理的污泥。荷蘭制定了十分嚴格的法規,其中對有害重金屬含量的限定,已使污泥實際上不可能用于農業(見表1)。填埋占用土地,現已無地可用;焚燒會產生二惡英污染和廢渣的處理問題。

表1 荷蘭規定的污泥重金屬含量限值  mg/kg(干基)

  近幾年,污泥用于建材生產被歐美等工業發達國家普遍看好,尤其是用于水泥熟料煅燒。例如,德國2002年水泥窯中污泥的利用量約為4 000t,2006年增加到23.8萬t。2008年1月31日德國水泥廠協會召開了“水泥工藝”專業組年會,會上專門討論了替代原燃料在水泥工業的應用問題,其中明確指出:雖然目前污水廠污泥還主要用于農業,但從生態上和經濟上考慮,放在水泥工業繼續利用是最佳途徑,今后還將繼續提高污泥作為二次材料在水泥工業中的利用量。瑞士每年約產生20萬t干污泥,他們也提出,從可持續發展角度考慮,經過預烘干后的污泥在水泥窯中共燒是最好的解決方案,生態效果也最好。
  污泥也可以制成替代燃料在電廠共燒,但它的用量今后將受到限制。因為一些歐洲國家已將用于混凝土的粉煤灰作為副產品對待,對其質量有嚴格要求,不僅有相應的質量檢測和監督規范,還對粉煤灰的生產過程,主要是電廠煤粉爐的燃燒過程進行控制。電廠同時共燒廢物時,因為廢物會帶入一些對環境有害的物質,不僅對相關的廢物用量有嚴格限定,還要對粉煤灰中相關的主要重金屬作重點監控,對粉煤灰作環境相容性方面評價和證明。例如,歐盟標準en450—1和en450—2草案中規定,電廠共燒城鎮污水廠污泥時,在污泥質量、成分符合相關要求的前提下,污泥用量不得超過用煤量的5%(質量)。德國自2007年1月也執行歐盟這兩個標準。其中就有關共燒物的規定為,粉煤灰可以來自煤與其它共燒材料共燒的燃燒設備,但煤的用量不得低于80%(質量),在粉煤灰中由共燒物產生的份額不得超過10%(質量)。這些規定使污泥在電廠中的利用受到極大限制。
  借鑒國外的經驗,我國當前應以推行在水泥窯中共燒污泥作為污泥利用的主要途徑。
2 污泥的特性
  水泥窯是生產水泥熟料的重要化工設備,其中進行一系列物理-化學的物質轉換過程,無論共燒什么廢物都不應使這一主要過程受到大的影響。水泥窯對天然原燃材料都有一定的質量要求。對將要共燒的污泥當然也是如此,不能將水泥窯看作廢物處置或焚燒設備,什么廢物都接納,也不能不區分廢物的特性,隨便從窯系統的任意部位加入到窯系統中。因此,水泥窯在利用污泥之前,應先了解污泥的特性,然后再確定如何利用。
2.1 污泥的工業與化學分析
  污泥隨來源和污水處理工藝的不同,物理化學特性也有差異,這里也只能以一些特例作概括論述。
  北京水泥廠已在水泥窯上作了共燒污水廠污泥的試燒試驗,并取得了成功經驗,所用污泥的工業分析見表2,化學成分見表3。

表2 北京某污水廠污泥的工業分析(空氣干燥基)

表3 北京某污水廠污泥的成分分析(空氣干燥基) %

  荷蘭enci水泥廠也曾對所用limburg州某污水廠污泥作了分析,表4為污泥的工業分析,表5和表6為污泥的灰分化學分析和微量元素分析。

表4 荷蘭某污水廠污泥的工業分析

  從表2~表6和國內外其它相關文獻反映的信息看出,污水廠污泥若能烘干到含水10%以下,一般都具有10~15mj/kg的熱值,可作為水泥窯用的替代燃料;污泥灰分中含有較多的sio2、al2o3、fe2o3和cao等氧化物,可作為水泥熟料的替代原料。污泥中也含有較高的p2o5、so3、k2o、mgo等對水泥窯不利的成分,會影響正常煅燒過程和水泥質量。在有害微量元素中,值得重視的主要是pb、cd和hg,尤其hg在水泥窯系統中是高揮發性物質,會隨廢氣排出,污染周圍環境。水泥窯在利用污泥時對這些不利成分要加以控制,或采取相應措施。
2.2 污泥的其他特性
  污泥中細菌和有機物的含量較高,易產生臭味,也易在較低溫度(400~600℃)下裂解揮發造成污染排放,污泥中還含有苯、氯酚等氯的有機化合物,焚燒過程中會產生二惡英。因此,污泥是不能從低溫處加到窯系統中,在預分解窯上可以從窯頭、窯尾和分解爐處加入,但在濕法窯或干法長窯上則只能從窯頭和窯中1 000℃左右的溫度處加入,絕不能與濕料漿或干生料粉一起從窯尾加入,以免造成二次污染。
  污泥若作為替代燃料從窯頭主燃燒器加入就要符合一定要求,例如,有較高的熱值,水分含量不宜太高,最好在10%以下,細度要求與天然固體燃料相似,一般為揮發分含量的1/2~1/3,視灰分含量而定。就上述荷蘭的污泥應磨細到90μm篩余≤15%,以免污泥顆粒未燃盡就落到窯內物料上影響熟料質量。因此污泥要經過烘干和細磨等制備工序,以及必要的輸送和儲存。為此,荷蘭對污泥的易磨性、易燃易爆性等物理性能作了一些檢測。
  關于污泥的易磨性,文獻報道的不多,荷蘭的試驗得出,干污泥的易磨性很低,哈氏(hardgrove)易磨性指數只有26.75,與石英砂差不多。為了便于比較,表7中列出了水泥工業幾種常見原材料的易磨性指數作為參考[3]。干污泥的磨蝕性也很高,粉磨設備的研磨部件、氣力輸送的相關部件都會受到極大的磨損。

表7 水泥工業幾種材料的哈氏易磨性指數

  污泥中含有較高的有機物,極易自發熱、自燃和爆炸。本文中荷蘭污泥的安全特性指數見表8。

表8 荷蘭污泥和褐煤粉的安全特性指數

注:①zl-1為原狀干污泥;zl-2為磨細干污泥;zl-2-焦炭為70%磨細干污泥和30%焦炭混合磨細。
②bz=2為粉料層短暫起火,隨即熄滅;bz=3為只限局部燃燒或發出火光,不擴大;bz=4為一處發光燃燒隨即擴大。
③在一塊加熱的鐵板上鋪放5mm原料層。
  從表8看出,磨細污泥的易燃特性與褐煤相似,在細磨輸送和儲存中都要采取必要的安全措施。
3 在水泥窯中共燒污水廠污泥的實踐經驗
3.1 瑞士的共燒試驗
  早在20多年前,國外就有在水泥窯上利用污水廠污泥的報道。1986年瑞士曾對此作了比較全面的總結。根據他們的介紹,若將含水高達95%的污泥直接加到水泥窯中,會給水泥窯增加過高的負荷。例如,必須額外追加熱能用于蒸發污泥中的水分;降低了污泥加入區窯內的氣體溫度;由于廢氣(水蒸氣)量的增加,降低了熟料產量;提高了廢氣排放的電耗等。所以這個方案是不可取的。最好是污泥在入窯之前先用機械方法脫水至含水75%左右,若能用窯尾廢氣和冷卻機余風對經機械脫水后的污泥進一步預烘干至更低的含水量,效果更好,可以更加有效地在熟料煅燒過程中利用干污泥中所含的熱值。
  污泥的加入方式國外應用較多的有2種,一種由窯頭主燃燒器直接噴入燒成帶;另一種是由帶懸浮預熱器的干法窯窯尾第二把火處或在分解爐中加入。另外也可以在窯旁增建單獨的污泥(或垃圾等廢物)燃燒(或氣化)爐,將燃燒爐產生的高溫熱氣通入分解爐,只是這方面的實踐經驗報道不多,本文也不再論述。污泥由主燃燒器加入,主要的優點是能確保完全銷毀污泥中的有害有機物質。但是,污泥的熱值較低,加入量受到限制,加入前的制備工序還有一定難度。從窯尾第二把火或分解爐處加入,優點是對污泥水分含量和顆粒度要求不嚴,有較大的靈活性。污泥的加入量或者說對一次燃料的取代量取決以下幾個因素:
  1)污泥含水量和對燃燒區溫度的影響程度。  要保持窯的熱工制度和氣體與物料的溫度分布曲線不受太大的干擾。
  2)污泥灰分對熟料化學成分和礦物組成的影響,即對熟料和水泥性能的影響。
  3)對窯系統污染物排放的影響,即所謂的不能增加二次污染。
  瑞士曾對一臺共燒污泥的水泥窯作了一系列的標定和檢測,這些數據對我們也有較好的參考意義。所用干污泥含水6%,干基熱值為10mj/kg,污泥被制成1.5~4mm的料球,用氣力輸送方式,以2.77t/h的加料量從窯尾第二把火處加入,部分取代原有的用煤量,這個加入量相當于1kg熟料加入0.044kg污泥。為了得出污泥對窯運行狀況和產品質量的影響程度,對窯單獨直接運行和與生料磨一起聯合運行的兩種模式都做了空白試驗和使用污泥的在線試驗。試驗期窯的運行狀況沒有出現問題,只是一些工藝參數發生了變化:
  1)熟料煅燒熱耗增加94kj/kg(+2.6%)。
  2)窯尾廢氣量增加3.7%。
  3)廢氣溫度上升21℃。
  4)窯系統壓力損失增加8.9%(360pa)。
  5)單位熟料廢氣風機電耗上升1kwh/t。
  在環保方面,絕大部分污染物的排放沒有明顯變化,較大例外的是:
  co:排放量提高了50%,因為干污泥的顆粒比原用煤的顆粒粗,燃盡程度較煤差。
  nox:排放量減少14%~26%,也許因為窯廢氣中的co含量提高,對nox的排放有抑制作用。
  氣態重金屬排放量的變化情況見圖1。其中cd和tl的排放量僅有微小上升,只有hg的排放明顯增加,尤其在水泥窯單獨運行(即不與生料磨聯合運行,不用窯廢氣烘干原料)時hg的排放量增加了5倍,排放值遠遠超出大氣污染物排放限值(德國規定共燒廢物時為標態0.03mg/m3)要求。在聯合運行中,對hg有一定的滯留作用。有機物質的排放量變化不大,在所有的試驗期,toc平均值都在20mg/m3(標態)的水平上。這也說明從預分解窯的窯尾或分解爐中加入干污泥是不會影響有害有機物的污染排放。

圖1 在水泥窯中共燒污泥時氣態重金屬的排放量

  檢驗水泥熟料質量發現:
  1)由于加入污泥使p2o5含量由0.08%上升到0.43%,水泥初凝時間也因此延長約20min。
  2)由污泥所帶入的as、cr、mn和ni量在本底水平的自然波動范圍內。
  3)加入污泥后pb和zn含量也有所上升,pb由0.001 7%上升至0.003 2%,zn由0.011 9%上升至0.025 9%,然而這個含量在水泥熟料中仍在無害的低含量范圍內。
3.2 荷蘭的污水廠污泥制備經驗
3.2.1 污泥細磨
  荷蘭的enci水泥廠自1997年開始在一條178m長帶二級預熱器的干法窯上共燒污水廠污泥,污泥的化學成分和物理性能見表4~表6。這是一條帶多筒冷卻機的老式回轉窯,年產熟料97.5萬t。污泥制備成適合窯用的替代燃料由窯頭主燃燒器加入。主燃燒器為f.l.smidth公司的swirlax型燃燒器,可同時共燒9~10種不同燃料,包括氣體和液體燃料。為了適應窯頭共燒,污泥必須粉磨至90μm篩余15%以下,該廠首先在一臺現有的開路球磨機上作干污泥細磨試驗,所采取的防爆安全措施有:
  1)將污泥與一種或幾種焦炭以70∶30的比例混合共同粉磨,借以抑制爆炸極限,降低爆炸危險性。
  2)通過給系統充氮的方式,將系統內o2體積含量降低到≤14%,以保證生產安全。充氮方法是將2個液體氮儲罐蒸發出來的氣態氮引入球磨機入料端,再從球磨機出料端通過一循環風管道將部分出磨空氣引回到入料端。
  3)產品溫度控制≤75℃。
  試磨期間,球磨機產量約為15t/h,產品90μm篩余15%,電耗高達32kwh/t,很難磨,鋼球和襯板磨損嚴重,要保持磨內o2體積含量≤14%,單位產品n2的消耗量為0.35t/t,成本太高。由于采用開路粉磨和敞開式存放未經粉磨的污泥,車間內有很大的異味,甚至在車間外也能聞到。
  該廠還曾采用過錘式磨細磨污泥,能耗更高,產品90μm篩余25%,粉磨電耗就高達80kwh/t。后來采用球環式立磨,產量6.0t/h,產品90μm篩余15%,電耗40kwh/t,鋼球磨損也嚴重,但不影響產量。立磨烘干能力強,可以全封閉式作業,后來該廠選定了claudius peters公司的球環式立磨。
3.2.2 污泥儲存
  干污泥會不斷地產生co和ch4,自發熱也容易自燃,在儲運中要采取相應的安全措施。enci廠所采取的措施和要求有:
  1)進廠的污泥溫度<40℃,水分含量<10%,因為高水分含量會引發生物活化和自發熱。
  2)存放時間要盡可能短,因為自發熱是很難避免的,否則就必須采取額外的安全措施。
  3)采用氣力輸送時要用冷卻器冷卻輸送空氣,使輸送空氣溫度<60℃。
  4)儲料倉要加裝co和ch4探測器以及溫度傳感器。在不通風的儲料倉中,有料時co和ch4會不斷積蓄,濃度逐漸升高,探測器的報警值co為0.45%~0.5%,ch4為0.015%~0.02%。
  5)粉磨系統要采取如加裝防爆閥及備用co2氣體使局部惰性化的措施,不能減壓的設備如螺旋輸送機、泵和氣力輸送設備等要采取按0.9mpa的壓強作防爆設計等一般性防爆措施。
  荷蘭的enci水泥廠經過幾年的試驗和實踐,積累了許多經驗,證明球環式立磨適合細磨干污泥,可以用來制備窯頭主燃燒器用的替代燃料,若設計和措施得當,粉磨系統不會散出臭味,制備過程也沒有出現有害氣體和重金屬的超量污染排放。
4 結束語
  通過本文的實例,結合其他報道,可以得出以下幾條綜合意見,供參考:
  1)城鎮污水廠污泥可以作為水泥窯用的替代燃料加以利用。
  2)從窯頭主燃燒器加入,利用效率高,能確保完全銷毀污泥中的有害有機物質,但需要細磨和一系列安全措施,投入和成本較高。從2008年1月31日德國水泥廠協會(vdz)召開的“水泥工藝”專業會議上也反映出,瑞士和德國共燒污泥的水泥窯,大部分是將污泥由主燃燒器加入,少數由分解爐加入。存在的主要問題仍然是污泥的自燃傾向。對此,瑞士水泥協會正與德國freiburg大學共同立項對自燃的原因和機理進行研究,也可以說,此問題尚未很好解決。
  3)從預分解窯窯尾或分解爐處加入,可以免去污泥細磨工序,水分含量也可以適度放寬(如30%左右),對污泥的制備相對簡單一些,只是要注意co和有機氣體污染排放。從總體上看,這種加入方式更容易一些,對我們也更有現實意義。
  4)污泥中含有一些對熟料煅燒和質量有害的物質,如p2o5、k2o和so3等,要格外注意。據國外文獻報道,常常由于污泥中p2o5含量過高而限制了用量,必要時要從煅燒工藝上采取措施,消除不利影響。
  5)污泥中還含有一些有害的重金屬,如pb、cd和hg,尤其是hg在水泥窯系統中揮發率極高,用一般的收塵系統很難將hg回收下來,對hg含量較高的污泥一般采用減少污泥用量或降低污泥中hg含量的辦法加以控制。但對hg含量太高的污泥還應慎重對待,因為有些污泥hg含量較高(6~9mg/kg的干基),環保排放對hg的限定較嚴,不得>0.03mg/m3(標態)。高hg含量的污泥即使減少用量,若加入率不均勻也會產生hg排放峰值。國外對hg的污染監控越來越嚴,已陸續采用連續監測手段24h監控,如德國水泥工業到目前已裝設了34臺連續工作的hg排放監測儀。這里還應注意,對污染物排放不僅要控制平均值,還要控制峰值。德國早在20世紀80年代就規定,連續監測的污染排放物,如粉塵,不僅要求以半小時平均值計的日、月、年平均值在限值以下,還要求所有半小時平均值中有90%<規定限值,97%<1.2倍規定限值,100%<2倍規定限值,也可以說不準有超過限值1倍的峰值。
  總之,就目前的工業技術水平和發展趨勢來看,在水泥窯中共燒城鎮污水廠污泥是最好的污泥銷毀途徑,我國環保和水泥行業也給予了極大的關注,在即將試行和推廣之前,僅以此文中的點滴信息供大家參考,希望此項工作能更加順利進行。
參考文獻:
[1] w kreft.kologische gesichtspunkte zur zementherstellung[j].zkg,1990,(3):153-159.
[2] f michel.“biomill”-eine klrschlamm-mahlanlage bei enci[j].zkg,2003,(2):54-64.
[3] wa lter h,duda.cement data book[m].bauverlag gmbh:wiesbaden und berlin,1980.
(編輯 顧志玲)



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