隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，城市生活污水和工業(yè)廢水量與日俱增。為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境,城市廢污水必須經(jīng)過(guò)處理，達(dá)標(biāo)后才能排放。然而，污水在得到凈化處理的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，由于這類污泥具有含水率高和體積大，并濃集了各種有毒有害物質(zhì)的特點(diǎn)，如果得不到安全地處置，會(huì)給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染，不僅無(wú)法體現(xiàn)污水處理后所產(chǎn)生的環(huán)境效益，而且直接影響到污水處理廠的正常運(yùn)行。因此，如何科學(xué)經(jīng)濟(jì)地處置城市污水處理廠污泥成為世界性難題，城市污泥的無(wú)害化、減量化、資源化處理成為全世界環(huán)保部門所共同努力的目標(biāo)，因?yàn)橹挥羞@樣才能夠使城市污泥得到徹底地處置。
印染廢水在我國(guó)工業(yè)廢水中占有較大的比例，印染廢水經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生的大量印染污泥，由于國(guó)際上沒(méi)有可以借鑒的有效污泥處理方法，因此，目前全國(guó)對(duì)印染污泥主要采用臨時(shí)填埋的處置方式，既占用了大量土地，又對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，特別是污泥中的污水滲漏，給地下水資源帶來(lái)嚴(yán)重的威脅。但是，印染污泥因含有較高有機(jī)組分和纖維物質(zhì)，而具有較高的熱值，這比其它污泥作為資源被利用具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。本文以國(guó)內(nèi)第一個(gè)利用煙氣余熱處理污泥的發(fā)明專利技術(shù)的工程為例，系統(tǒng)地介紹利用熱電廠煙氣余熱資源處理印染污泥的工藝和方法，這不僅為印染污泥能夠得到徹底的無(wú)害化、減量化、資源化處理，開(kāi)辟了一條行之有效的新途徑，而且對(duì)我國(guó)城市污泥處理實(shí)現(xiàn)以廢治廢和廢物循環(huán)利用的目標(biāo)，具有重要的理論意義和實(shí)踐指導(dǎo)意義。
1.印染污泥的理化特性
印染污泥的物理化學(xué)特性決定于印染廢水的性質(zhì)和廢水處理的方法。印染廢
水經(jīng)過(guò)污水處理廠的處理，在達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)所產(chǎn)生的污泥，通過(guò)機(jī)械脫水后，含水率一般為80%左右。由于印染廢水的水質(zhì)變化大、有機(jī)污染物濃度高、色度和酸堿度變化大等特點(diǎn)，這導(dǎo)致了印染污泥成分復(fù)雜，且個(gè)別重金屬元素的含量特別高。表1給出了城市污水處理廠污泥和印染污泥的化學(xué)成分，從表1中可以看到，城市
城市污水處理廠污泥中的重金屬含量變化很大（表2），這說(shuō)明了進(jìn)入污水處理廠的污水既有城市生活污水，也有工業(yè)廢水。印染污泥中的重金屬含量一般均小于城市污水處理廠污泥中重金屬的平均含量，但是，鉻（Cr）和鎘（Cd）的含量較高，特別是鎘高出城市污水處理廠污泥中鎘平均含量的3倍多（表2），這與印染廢水的水質(zhì)有關(guān)。
表1城市污水處理廠污泥和印染污泥的化學(xué)組成
| 樣品 | 化 學(xué) 組 成 （%） | 備注 | ||||||||||
| SiO2 | MgO | CaO | Fe2O3 | Al2O3 | K2O | Na2O | 全氮 | 全磷 | 燒失量 | |||
| 城市污泥 | 含量范圍 | 35.10～35.78 | 2.18～3.73 | 5.40～6.44 | 2.80～4.68 | 7.20～8.47 | 0.69～0.82 | 0.51～0.62 | 1.35～2.90 | 0.8 ～ 0.7 | 35.26～36.30 | 3年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) |
| 平均值 | 35.49 | 3.13 | 6.53 | 3.84 | 7.94 | 0.73 | 0.58 | 2.13 | 0.75 | 35.95 | ||
| 印染污泥 | 30.26 | 0.59 | 0.92 | 0.37 | 6.52 | 0.55 | 1.85 | - | 0.56 | 38.30 | 江陰 |
表2城市污水處理廠污泥和印染污泥中重金屬含量
| 樣 品 | 重 金 屬 含 量（mg/kg） | 備 注 | ||||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | |||
| 城市污泥 | 含量范圍 | 397.0～291.2 | 222.3～ 80.8 | 3790～2744 | 592.4～ 27.9 | 4.45 ～ 1.35 | 750.3～57.45 | 31.88～10.00 | 11.26～ 0.78 | 5年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) |
| 平均值 | 324．6 | 195．1 | 3676 | 288.7 | 4.38 | 241.1 | 15.49 | 3.80 | ||
| 印染 污泥 | 84.9 | 18.98 | 1075.1 | 344.66 | 17.54 | 53.08 | 14.05 | － | 江陰 |
2.污泥干化與成粒工藝
印染污泥要實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化、資源化處理的目標(biāo)，必須首先對(duì)印染污泥進(jìn)行干化處理，建立安全經(jīng)濟(jì)的污泥干化工藝是印染污泥得到徹底有效處理的關(guān)鍵。在長(zhǎng)期工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，為了使污泥干化的運(yùn)行成本降低到最低水平，我們發(fā)明了利用熱電廠煙氣余熱資源干化污泥的專利技術(shù)，即在不增加新能耗的情況下，通過(guò)特殊的工藝流程和相配套的機(jī)械設(shè)備，利用熱電廠排放的煙氣余熱，使污泥得到干化和成粒。這一發(fā)明技術(shù)已應(yīng)用于工程實(shí)踐，2006年初在江蘇江陰康順污泥處理廠建立了我國(guó)第一條利用熱電廠煙氣余熱，日處理100噸印染污泥（含水率80%）的生產(chǎn)流水線，通過(guò)近一年的穩(wěn)定運(yùn)行表明，該生產(chǎn)流水線利用江陰康順熱電廠排放的煙氣余熱資源，不僅使江陰康源的印染污泥得到干化和成粒，首先使污泥實(shí)現(xiàn)減量化和使污泥中有害物質(zhì)得到穩(wěn)定化，而且因干化后的污泥團(tuán)粒保存了95%以上的熱值，而在作為燃煤的輔助燃料和燒制輕質(zhì)節(jié)能空心磚方面得到資源化利用，從而產(chǎn)生了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
2.1工藝流程
利用熱電廠煙氣余熱處理印染污泥的方法主要是通過(guò)二段干化系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到污泥干化，并同時(shí)成粒的目的。印染污泥干化和成粒系統(tǒng)的主體由以下設(shè)備和裝置所組成：供熱管道、進(jìn)料設(shè)備、特制的烘干設(shè)備、引風(fēng)系統(tǒng)和除塵除氣裝置。二段干化系統(tǒng)之間，由螺旋輸送機(jī)相連接。
工藝運(yùn)行的實(shí)施步驟如下：
將含水量為80％左右的印染污泥在堆放場(chǎng)進(jìn)行預(yù)處理，這一過(guò)程不僅可以使污泥中一部分水分自然蒸發(fā)，而且可以使污泥均勻化。預(yù)處理的時(shí)間可以根據(jù)堆放場(chǎng)地的大小和天氣條件而定；
為了使污泥在第一段干化時(shí)能與熱量充分接
從第一烘干設(shè)備出來(lái)的污泥，通過(guò)螺旋輸送機(jī)送入第二烘干設(shè)備，進(jìn)行第二段干化；
經(jīng)過(guò)二段干化過(guò)程，污泥隨著特制烘干設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)，在連續(xù)地上下滾動(dòng)中得到有效干化、進(jìn)一步成粒和磨園，并逐漸變硬。從第二烘干設(shè)備出來(lái)的污泥顆粒，通過(guò)分料篩，將粒徑為2-6mm的污泥團(tuán)粒用于燒制輕質(zhì)節(jié)能磚和生產(chǎn)水泥壓制品，將粒徑大于和小于2-6mm的污泥團(tuán)粒作為燃煤的輔助燃料，或作為垃圾填埋場(chǎng)覆蓋土。
印染污泥在二段干化過(guò)程中，經(jīng)過(guò)電除塵后的煙氣中殘留煙塵和污泥干化中產(chǎn)生的尾氣，通過(guò)除塵除氣裝置進(jìn)行處理后，達(dá)到國(guó)家大氣排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。對(duì)于污泥預(yù)處理時(shí)釋放的氣體，通過(guò)氣體收集系統(tǒng)，送入熱電廠燃燒爐高溫消除，干化污泥冷卻過(guò)程中釋放的氣體，以及干化車間的交換空氣，通過(guò)引風(fēng)系統(tǒng)送入生物土壤濾床進(jìn)行生物消除。
熱電廠排放的煙氣溫度一般在130-200℃之間，為什么污泥能夠在低溫條件下得到干化，并形成質(zhì)地堅(jiān)硬的團(tuán)粒？主要是該發(fā)明專利技術(shù)，通過(guò)一系列子系統(tǒng)建立的特殊工藝流程，將圖2顯示的兩種污泥干化機(jī)理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，因而大大地提高了污泥干化的效率。由于整個(gè)污泥干化過(guò)程是在特制的烘干設(shè)備中連續(xù)滾動(dòng)中完成的，因此，污泥經(jīng)過(guò)二段式污泥干化，自然形成質(zhì)地堅(jiān)硬的團(tuán)粒。干化后的污泥團(tuán)粒，不溶于水，根據(jù)對(duì)污泥團(tuán)粒浸泡液中重金屬、pH等的分析
表明，溶液中的重金屬含量和pH值在浸泡污泥團(tuán)粒前后無(wú)明顯變化。這說(shuō)明污泥在干化和成粒過(guò)程中，有害物質(zhì)已被污泥團(tuán)粒所固定，起到了污泥有害物質(zhì)的穩(wěn)定化作用。
2.2工藝熱效率和污泥減量效果分析來(lái)自江陰康源污水處理廠的印染污泥含水率為80%左右，進(jìn)入污泥處理廠內(nèi)先在堆場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，一方面使污泥均勻化和分散化，另一方面自然蒸發(fā)掉一部分水分，使污泥的含水率有所降低，為提高污泥
表3江陰康順污泥處理廠各階段污泥水分蒸發(fā)情況
| 污泥處理階段 | 入場(chǎng) 污泥 | 污泥堆場(chǎng) | 第一段干化 出口 | 第二段干化 出口 | 成品庫(kù) |
| 含水率（%） | 80 | 75 | 60 | 40 | 20 |
| 污泥量（噸） | 100 | 80 | 50 | 33.33 | 25 |
| 蒸發(fā)水量（噸） | 0 | 20 | 30 | 16.67 | 8.33 |
完成污泥干化和成粒過(guò)程后，第一段出口時(shí)的平均溫度為104℃；第二段出口時(shí)的溫度為111.5℃。常壓下，江陰康順熱電廠排放煙氣的比熱為1.08685kJ/kg，比重為0.8187kg/m3，煙氣可以提供的熱量為6，006，177kJ。根據(jù)理論計(jì)算，水從20℃升至100℃并汽化所需要的熱量為2591.94kJ/kg，在熱效率為78.47%時(shí)，污泥干化和成粒裝置中每小時(shí)蒸發(fā)水量1.8183噸，需要消耗的熱量為4，712，924kJ，其余熱量用于物料加熱、設(shè)備散熱及其它熱損失。而實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)表明，第一段干化的平均熱效率達(dá)到81.39%，第二段干化的平均熱效率達(dá)到85.76%。表4給出了江陰康順污泥處理廠污泥處理工藝熱效率計(jì)算。
表4江陰康順污泥處理廠污泥干化工藝熱效率計(jì)算
| 技術(shù)參數(shù) | 第一段干化 | 第二段干化 | |||
| 第一次測(cè)試 | 第二次測(cè)試 | 第一次測(cè)試 | 第二次測(cè)試 | ||
| 風(fēng)量（m3/h） | 90000 | 90000 | 45000 | 45000 | |
| 煙氣溫度（℃） | 進(jìn)口 | 155 | 151 | 156 | 151 |
| 出口 | 105 | 103 | 115 | 108 | |
| 污泥含水率 | 進(jìn)口 | 75.11% | 74.60% | 58.36% | 59.60% |
| 出口 | 60.36% | 59.60% | 40.10% | 41.60% | |
| 蒸發(fā)水量(t/h) | 1.25 | 1.22 | 0.61 | 0.64 | |
| 熱效率 | 80.64% | 82.14% | 86.03% | 85.48% |
利用熱電廠煙氣余熱，通過(guò)二段式污泥干化和成粒以后，污泥的體積明顯減少。圖3顯示了污泥含水率
2.3環(huán)境效應(yīng)
在利用熱電廠煙氣余熱進(jìn)行污泥干化和成粒的整個(gè)過(guò)程中，從污泥的預(yù)處理開(kāi)始，到污泥干化，最后成粒，以及在此過(guò)程中污泥的傳輸，都在微負(fù)壓全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，污泥釋放的氣體通過(guò)氣體收集系統(tǒng)，被送入爐膛和生物土壤濾床，或經(jīng)過(guò)高溫消除，或經(jīng)過(guò)土壤微生物消除，從而使污泥處理的工作場(chǎng)地?zé)o明顯異味。特別是污泥干化和成粒是在低溫下完成的，污泥在干化過(guò)程中不僅自身產(chǎn)生的尾氣較少，而且由于污泥的含水率較高，煙氣在特制的干化和成粒裝置內(nèi)與污泥較長(zhǎng)時(shí)間的直接接觸，因此，污泥能夠吸附經(jīng)過(guò)電除塵的煙氣中所殘留的大部分煙塵，并將這些煙塵固定在污泥團(tuán)粒中，這使得熱電廠排放的煙氣一方面因余熱被利用而減少了大氣熱污染，另一方面因煙氣中的大部分殘留煙塵被污泥吸附而減少了大氣顆粒物的排放量。江蘇江陰的工程實(shí)例表明，利用熱電廠煙氣余熱日處理印染污泥100噸，主體機(jī)械和輔助設(shè)備的投資在600萬(wàn)元左右，工程的運(yùn)行成本（包括電耗、人工、機(jī)械損耗等）為60元/噸左右。在如此低的工程投資和運(yùn)行成本下，不僅能使印染污泥和城市污泥得到徹底的無(wú)害化、減量化、資源化處理，而且能夠使熱電廠的煙氣余熱資源得到充分的利用，并能減少大氣熱污染和煙塵的排放量，充分體現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)得到應(yīng)用推廣所具有的潛在的明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)火力發(fā)電燃煤的熱利用率在40％以下，燃油的熱利用率在50％左右，大量的余熱通過(guò)煙囪排入大氣，將這些煙氣余熱資源用來(lái)處理污泥，在不消耗新能源的情況下，一方面使城市污泥得到了徹底的處理，另一方面使熱電廠的廢氣得到利用，真正實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)，這必將產(chǎn)生極其顯著的社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)
3.1作為燃煤的輔助燃料
江陰康順污泥處理廠的污泥經(jīng)過(guò)煙氣余熱干化后，最終形成含水率在20%左右的污泥團(tuán)粒，這種污泥團(tuán)粒質(zhì)地堅(jiān)硬，不溶于水，含有的熱值高達(dá)1800-2100千卡/千克，約為標(biāo)準(zhǔn)煤所含熱值的1/3，它的物理性質(zhì)、燃燒性能，以及低位發(fā)熱量等方面和煤有許多相似之處，是熱電廠燃煤理想的輔助燃料。目前，江陰康順污泥處理廠每天生產(chǎn)的污泥團(tuán)粒，以一定比例摻入熱電廠的燃煤中，作為輔助燃料，安全可靠，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
3.2燒制輕質(zhì)節(jié)能磚
長(zhǎng)期以來(lái)，在如何將城市污泥與粘土有機(jī)結(jié)合起來(lái)，燒制成符合要求的磚體，一直找不到合適的方式，浙江大學(xué)經(jīng)過(guò)多年的潛心研究，終于攻克了這一世界性難題，并獲得了國(guó)家發(fā)明專利。江陰康順污泥處理廠利用熱電廠煙氣余熱二段式污泥干化和成粒方法產(chǎn)生的污泥團(tuán)粒，能夠燒制出輕質(zhì)節(jié)能空心磚——一種新型的建筑墻體材料，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到特等磚的要求，重量比同體積的普通磚輕8.5～10.1％，節(jié)省燒磚能源10％左右，同時(shí)節(jié)省粘土資源10－15％。表5給出了利用污泥團(tuán)粒燒制的輕質(zhì)節(jié)能空心磚，其有關(guān)性能的測(cè)試數(shù)據(jù)。
表5污泥輕質(zhì)節(jié)能空心磚的性能測(cè)試結(jié)果
| 編號(hào) | 污泥加入量（%） | 試樣 數(shù)（塊） | 平均抗壓強(qiáng)度（Mpa） | 最小抗壓強(qiáng)度（Mpa） | 標(biāo)準(zhǔn)差（S） | 變異系數(shù)（δ） | 比普通磚減輕率（%） | 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5101-85） |
| 1 | <10 | 15.6 | 12.05 | 2.21 | 0.14 | 10.14 | 特等普通磚抗壓強(qiáng)度五塊平均值不小于14.72 Mpa，單塊最小值不小于9.81 Mpa | |
| 2 | 10 | 10 | 16.4 | 11.4 | 4.56 | 0.28 | 8.51 |
利用本發(fā)明技術(shù)產(chǎn)生的污泥團(tuán)粒燒制的輕質(zhì)節(jié)能空心磚，經(jīng)過(guò)天然放射性測(cè)試（檢驗(yàn)項(xiàng)目：226Ra、232Th、40K）表明，試樣中天然放射性核素比活度分別為226Ra<50Bg/kg；232Th<60Bg/kg；40K<800Bg/kg；Mra<1.0；Mr<1.0。經(jīng)檢驗(yàn)（檢驗(yàn)依據(jù)GB11743-89），污泥輕質(zhì)磚符合《建筑材料放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB6566-2000）中A類產(chǎn)品的要求。
由于利用污泥團(tuán)粒燒制的輕質(zhì)節(jié)能空心磚屬于一種國(guó)家目前提倡的新型建筑墻體材料，既節(jié)省土地資源，又處理了污水處理廠污泥，因此，磚瓦廠將受到國(guó)家有關(guān)的優(yōu)惠政策，這使得磚瓦廠對(duì)利用污泥團(tuán)粒燒制輕質(zhì)節(jié)能空心磚具有極大的積極性。目前所有的磚瓦廠，為了節(jié)省粘土資源和能源，在制磚環(huán)節(jié)中添加約15％的煤渣，經(jīng)過(guò)粉碎處理后的煤渣市場(chǎng)價(jià)約為100元左右，污泥團(tuán)粒具有的熱值和增強(qiáng)磚體強(qiáng)度的特點(diǎn)均優(yōu)于煤渣，加上使用起來(lái)方便，因
3.3生產(chǎn)水泥壓制品
由于采用該技術(shù)產(chǎn)生的污泥團(tuán)粒，具有顆粒堅(jiān)硬，不溶于水的特點(diǎn)，因此可以用來(lái)作為市政水泥制品的原料，替代部分石粉，制造各種形狀和規(guī)格的人行道板磚、植草磚、側(cè)石和壓制磚等水泥壓制品。生產(chǎn)性試驗(yàn)的結(jié)果表明，利用城市污水處理廠污泥生產(chǎn)的人行道板磚、植草磚、側(cè)石和水泥壓制磚等水泥壓制品，它們的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗凍性強(qiáng)度等指標(biāo)均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB8239－1997）和國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC446－91。
為了檢驗(yàn)利用污泥生產(chǎn)的水泥壓制品的對(duì)環(huán)境可能帶來(lái)的影響，對(duì)摻入體積比為15％污泥而壓制成的人行道板磚，進(jìn)行了重金屬淋濾試驗(yàn)，淋濾試驗(yàn)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T5086－1997）和美國(guó)TCLP（TheU.S.EPAToxicityCharacterisiticsLeachingProcedure）標(biāo)準(zhǔn)的要求實(shí)施，并以普通人行道板磚作為參照對(duì)比。結(jié)果表明，兩種溶出液中的重金屬含量并無(wú)明顯差異，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于污染物最高允許排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-88）的濃度(表6)。另外，整體污泥壓制磚在去離子水（pH＝7）中浸泡24小時(shí)，滲出的重金屬離子含量更低（表6）。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)污泥團(tuán)粒與水泥、石粉、水一起成為混凝土后，污泥中的物質(zhì)包括重金屬已被完全固化，不會(huì)釋放出來(lái)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，這是因?yàn)樗嗷炷翆?duì)固化污染物具有特殊的效果，目前，對(duì)核廢料的處理多采用水泥混凝土的固化方法。
表6整體污泥壓制磚浸泡液中重金屬含量
| 浸 泡時(shí) 間（h） | 溶 液 pH值 | 重 金 屬 （mg/L） | ||||||||||||
| As | Cd | Cr | Zn | Ni | Pb | Hg | Cu | Fe | Mn | Mo | Sr | Co | ||
| 24 | 7.0 | 0.02 | 0.003 | 0 | 0.19 | 0.004 | 0.01 | 0 | 0.10 | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.13 | 0 |
| 污水綜合排放（一級(jí)）標(biāo)準(zhǔn) （GB8978-88） | 0.5 | 0.1 | 1.5 | 2.0 | - | 1.0 | 0.05 | 0.5 | - | 2.0 | - | - | - |
4.結(jié)語(yǔ)
江陰康順污泥處理廠的工程實(shí)踐表明，利用熱電廠煙氣余熱無(wú)害化、減量化、資源化處理印染污泥，不僅為印染廢水處理產(chǎn)生的污泥開(kāi)辟了一條既安全又經(jīng)濟(jì)的有效處理途徑，從而為我國(guó)印染行業(yè)的印染廢水處理的正常運(yùn)行解決了后顧之憂，更重要的是，它標(biāo)志了我國(guó)城市污泥處理進(jìn)入了一個(gè)以廢治廢和廢棄物循環(huán)利用的新階段，從而使我國(guó)城市污泥處理步入了國(guó)際領(lǐng)先地位。
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