河流淤泥的回轉(zhuǎn)窯處理方法研究*

李香梅，汪大亞

1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)礦山固體廢物處理與處置工程技術(shù)中心；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司

“綠水青山就是金山銀山”是習(xí)近平總書(shū)記提出的科學(xué)論斷，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境是我們經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必然要求。近年來(lái)，我們的生態(tài)環(huán)境保護(hù)遇到了各種各樣的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，怎樣解決好這一問(wèn)題更是成為各級(jí)政府和單位工作的重點(diǎn)。河道污泥不僅堵塞河流，對(duì)水質(zhì)污染嚴(yán)重，而且對(duì)周?chē)h(huán)境也有著非常不好的影響。但是近年來(lái)隨著污泥處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，污泥 “變廢為寶”，由原來(lái)的垃圾變成一種資源，使生態(tài)環(huán)境得到了改善，資源重新得到利用。本研究以馬鞍山市某河流河道淤泥為研究對(duì)象，通過(guò)回轉(zhuǎn)窯處理技術(shù)協(xié)同瓦斯灰、粗鋅泥等固廢處理淤泥，取得了很好的效果，為我國(guó)其他河道污泥的治理和利用提供技術(shù)借鑒。

一、國(guó)內(nèi)外污泥處置技術(shù)調(diào)研分析

污泥處置中國(guó)目前討論焦點(diǎn)是應(yīng)將污泥定義為垃圾還是資源的問(wèn)題。普遍采取的處置方法是污泥棄置或者填埋處置。在污泥混合燃燒方面積累了初步的經(jīng)驗(yàn)，但單一焚燒正處于起步階段。污泥農(nóng)業(yè)利用在中國(guó)已有幾個(gè)范例，用于肥料生產(chǎn)仍面臨著許多問(wèn)題。目前相對(duì)成熟的處置工是先進(jìn)行預(yù)處理，再進(jìn)行處置。預(yù)處理包括：穩(wěn)定化處理、調(diào)質(zhì)處理、脫水處理，在其他的污泥處理方法中，普遍應(yīng)用熱干化技術(shù)對(duì)污泥進(jìn)行處理，普及率達(dá)到87%。歐盟15國(guó)絕大部分的熱干化單元是作為污泥焚燒處置的第一步來(lái)應(yīng)用。

處置技術(shù)主要包括填埋處置、焚燒處置和農(nóng)業(yè)利用與生物堆肥。由于污泥處置方式的選擇需要因地制宜，因此對(duì)于不同的國(guó)家，具體條件不同，處置方式也各不相同。整體來(lái)看，農(nóng)業(yè)利用是歐盟最主要的污泥處置方式。2005年以前，填埋占比也較高，2005年以后發(fā)布填埋指令，進(jìn)行限制，提高進(jìn)入填埋場(chǎng)的門(mén)檻。填埋比例從13%下降到9%，污泥的焚燒處置從22%增加到29%?；旧厦總€(gè)國(guó)家都根據(jù)不同區(qū)域采用了多種方式并存的污泥處置方式，尤其是對(duì)于本身有政治劃分的區(qū)域。比利時(shí)、德國(guó)和荷蘭焚燒處置占據(jù)著很大的比重，超過(guò)50%。特別地，荷蘭幾乎所有的污泥采用焚燒處置。從各國(guó)家的實(shí)踐來(lái)看，各國(guó)都認(rèn)為污泥的焚燒或協(xié)同處置是一個(gè)值得保持甚至應(yīng)該普遍采用的污泥處置方式。

近些年針對(duì)污泥處理與處置技術(shù)的研究力度不斷提升，出現(xiàn)了許多新型技術(shù)，如污泥等離子體處理技術(shù)等?，F(xiàn)如今隨著我國(guó)對(duì)污泥處理重視度的不斷提升，超聲波污泥處理技術(shù)得到快速發(fā)展。污泥作為建材利用的多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在許多國(guó)家中得到快速發(fā)展。

二、該河流清淤污泥的基本特性

本次清除淤泥厚度0.5—2.5m，河道寬6—24m，長(zhǎng)1242m；河岸清除表面淤泥厚0.3m，河兩岸各2m寬，長(zhǎng)度467m?？傆?jì)清淤淤泥量23669m3，根據(jù)底泥勘察報(bào)告，淤泥含水率約為68.9%。對(duì)污泥采取多點(diǎn)取樣，樣品含水率24.50%，PH值7.5，堆積密度約1.38×103kg/m3，按照華南所測(cè)算，清淤污泥總量23669m3，按照含水率24.5%計(jì)算，共計(jì)約3.2663萬(wàn)噸?？紤]到實(shí)際施工天氣等變化，每日清淤污泥含水率均在波動(dòng)，預(yù)計(jì)清淤污泥平均含水率將在50%左右，則測(cè)算淤泥總量為4.9321萬(wàn)噸。清淤污泥含鐵量在14.8%～18.01%，鐵含量較低；脈石成分SiO2（21.15%～24.32%）、Al2O3（5.09%～5.81%）含量較高；發(fā)熱值在0.95～1.31MJ/kg，發(fā)熱值遠(yuǎn)低于一般城市污泥（均值在11.85MJ/kg）。淤泥化學(xué)成分和熱值見(jiàn)表1。

三、回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置清淤污泥試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)配比以某冶金服務(wù)公司回轉(zhuǎn)窯現(xiàn)配比為依據(jù)，主要配料原則：一是不同方案混合料C含量基本保持與基準(zhǔn)相同，采用CDQ粉平衡混合料的C含量，二是瓦斯灰配用量不低于100t/d。若回轉(zhuǎn)窯混合料處理量進(jìn)一步提升或回轉(zhuǎn)窯摻入該河流淤泥比例進(jìn)一步提高，則能縮短清淤污泥需要處置的天數(shù)。

（二）試驗(yàn)結(jié)果及分析

冶金服務(wù)公司3#回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)高溫區(qū)溫度能達(dá)到1100℃，在高溫區(qū)1000℃以上的高溫保持時(shí)間超過(guò)10分鐘，具備對(duì)清淤污泥協(xié)同無(wú)害化處置的條件。根據(jù)工藝流程，整體生產(chǎn)工藝產(chǎn)物分別是除塵灰、煙氣脫硫副產(chǎn)物、排放氣體和窯渣。其中除塵產(chǎn)生的一次除塵灰和二次除塵灰為粗鋅粉（見(jiàn)表2），煙氣脫硫產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)物和原料一起返回進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯。運(yùn)用回轉(zhuǎn)窯處理技術(shù)能夠確保有機(jī)物可以全部分解。因回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度相對(duì)較高，能夠?qū)⒏G內(nèi)勺污泥中的有害有機(jī)物等進(jìn)行充分燃燒，同時(shí)還可以確保燃燒率高達(dá)99.999%，即便穩(wěn)定勺中的有機(jī)物為二噁英等也可以達(dá)到充分分解的效果。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外水泥窯處理有毒有害廢棄物的實(shí)踐進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，廢棄物在焚燒以后所產(chǎn)生的二噁英排放濃度低于排放限制要求。在煅燒以后廢氣粉塵等通過(guò)窯尾部布袋收塵器進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)變成為水泥原料重新進(jìn)入到窯內(nèi)進(jìn)行煅燒，進(jìn)而避免了危險(xiǎn)廢棄物飛灰等的出現(xiàn)。由于回轉(zhuǎn)窯中的耐火磚、原料等均以堿性為主，能夠及時(shí)吸收SO2，滿足抑制排放要求。在水泥燒成階段中，還可以將灰渣中存在的重金屬等固定在水泥熟料結(jié)構(gòu)中，滿足固化要求。在污泥中存在大量的有機(jī)成分與無(wú)機(jī)成分，而經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯后能夠達(dá)到充分利用的效果，實(shí)現(xiàn)資源化發(fā)展目標(biāo)。由于污泥中存在55%以上的有機(jī)質(zhì)與可燃性成分等，在窯中煅燒時(shí)勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱量。加之水泥生產(chǎn)量相對(duì)較大，所需要的污泥量也是相對(duì)較多的，而水泥廠在地域分布方面比較廣泛，能夠滿足污泥就地消納需求，在節(jié)約費(fèi)用的基礎(chǔ)上提升使用效率。

表2 試驗(yàn)各階段窯渣化學(xué)成分（wt%）

從試驗(yàn)結(jié)果分析：（1）回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置清淤污泥后，混合原料的配C、Zn含量通過(guò)配比調(diào)整后基本在正常范圍內(nèi)，但混合料TFe含量隨著污泥摻入比例的提高總體下降。（2）基準(zhǔn)期窯渣TFe含量約在50%，回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置30%清淤污泥后，窯渣TFe含量下降到45%。窯渣中無(wú)機(jī)元素及化合物、有機(jī)農(nóng)藥類(lèi)、揮發(fā)性有機(jī)化合物等指標(biāo)均未超出《GB5085.3-2007危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》濃度限值。（3）在試驗(yàn)期，粗鋅粉中Zn含量未見(jiàn)下降，反而有所提高，仍可作為產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)品化銷(xiāo)售。（4）回轉(zhuǎn)窯排放煙氣檢測(cè)結(jié)果均排放達(dá)標(biāo)，回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置30%的清淤污泥后，煙氣中污染物排放未見(jiàn)上升，尤其是回轉(zhuǎn)窯排放煙氣二噁英含量從基準(zhǔn)期的0.18ngTEQ/Nm3降到0.018ngTEQ/Nm3，說(shuō)明回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置30%（165t/d）污泥后，生產(chǎn)可控，對(duì)環(huán)境無(wú)負(fù)面影響（見(jiàn)表3）。

表3 試驗(yàn)各階段粗鋅粉化學(xué)成分（wt%）

四、結(jié)論

回轉(zhuǎn)窯協(xié)同處置30%的清淤污泥，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)生產(chǎn)可控，外排煙氣中污染物未見(jiàn)上升，窯渣浸出毒性未超出濃度限值，對(duì)環(huán)境無(wú)負(fù)面影響，產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能均達(dá)到預(yù)期水平，本處置方式及處置比例可行。只有真正展現(xiàn)水泥協(xié)同處置優(yōu)勢(shì)，才能帶動(dòng)水泥工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型與升級(jí)。因此在新時(shí)期發(fā)展下，就需要從加大技術(shù)創(chuàng)新入手，利用窯尾廢氣余熱烘干污泥等干燥系統(tǒng)，在提升熱效率的同時(shí)提升規(guī)模化處理污泥能力解決城市污泥處理問(wèn)題，在節(jié)約資源的同時(shí)徹底針對(duì)污泥等進(jìn)行無(wú)害化處理，消除威脅人類(lèi)健康生存的安全隱患，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與資源再生利用的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。