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隨著我國污水處理能力的不斷提高，污泥量也同步大幅度增加。截至 2018 年 6 月底，全國城市累計建成污水處理廠 5000 多座，每天的污水處理能力達 1.90 億立方米，年產(chǎn)生污泥約 5000 多萬噸（以含水量 80% 計，不含工業(yè)污泥）。2020 年我國污泥年產(chǎn)量突破 6000 萬噸（以含水率 80% 計）。市政污泥成分復雜，包含有機物、細菌微生物、無機顆粒和膠體等。市政污泥具有含水量高、易腐敗和散發(fā)惡臭的特點，通常含病原微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質(zhì)。然而污泥中也有一些有益成分，可被資源化利用，主要包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物以及氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，約占干重的一半。近年來隨著污泥量的快速增加，污泥的無害化、資源化處理也逐漸被廣泛重視。《污染防治行動計劃》規(guī)定，我國地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于 2020年年底前達到 90% 以上。環(huán)?！笆濉币?guī)劃也提出，大力推進污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率達到 90%，京津冀區(qū)域達到 95%。但是調(diào)研結(jié)果顯示，我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有 70% 沒有得到妥善處理，污泥隨意堆放及所造成的污染與再污染問題日益凸顯，引起了社會的重點關(guān)注。本文重點對比了水泥窯協(xié)同處理的污泥前置處理方式和水泥窯的實際運行效果，以期探索合適的水泥窯協(xié)同處置市政污泥的前置處理工藝。水泥窯協(xié)同處置市政污泥的特點

1. 有效避免酸性物質(zhì)和重金屬的揮發(fā)水泥窯系統(tǒng)煅燒溫度高，熱容量大，窯內(nèi)呈堿性，這樣可有效避免酸性物質(zhì)和重金屬揮發(fā)，窯內(nèi)物料溫度一般高于 1450°C，燒結(jié)過程中玻璃和結(jié)晶為重金屬提供了空隙，重金屬進入到晶體的網(wǎng)格中，進而被固化在晶格中，轉(zhuǎn)變成新的晶體相，鎘、鉻、銅、鉛在高溫燒結(jié)下形成新的結(jié)晶相，重金屬的析出量在 950°C～ 1050°C的區(qū)間內(nèi)，隨溫度升高而降低。

2. 有效消除二噁英排放有機物燃燒充分，使得水泥窯在高溫運行過程中產(chǎn)生的二噁英等排放濃度遠低于國家對廢氣排放要求的限值標準。有學者對比了協(xié)同處置污泥前后窯尾煙氣中二噁英排放水平，結(jié)果表明，水泥窯協(xié)同處置污泥并不會造成污染物排放超標。同時，水泥窯中二噁英的主要合成途徑可能發(fā)生變化，表明水泥窯協(xié)同處置污泥對二噁英的排放水平影響較小。據(jù)統(tǒng)計，我國目前已建成水泥窯協(xié)同處置污泥生產(chǎn)線 24 條，年處置污泥約 195 萬噸，在建和擬建的水泥窯協(xié)同處置生產(chǎn)線還有 90 多條。水泥窯協(xié)同處置市政污泥具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，在控制添加比例的條件下對水泥生產(chǎn)及水泥品質(zhì)不產(chǎn)生明顯的影響。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)形成了良好的發(fā)展態(tài)勢，前景廣闊，利用水泥窯協(xié)同處置市政污泥技術(shù)值得發(fā)展和推廣。 水泥窯協(xié)同處置市政污泥的工程應用現(xiàn)狀在日本，約污泥產(chǎn)量的 20% 用于硅酸鹽水泥生產(chǎn)中協(xié)同處置。但是市政污泥含水率高，且伴有惡臭，如果直接進入水泥窯，能耗較高，容易對燒成系統(tǒng)的熱工制度產(chǎn)生影響 ；而且產(chǎn)生“鄰避效應”，帶來諸多社會及環(huán)境的負面影響，違背了污泥無害化處置的初衷。目前的水泥窯協(xié)同處置污泥的工藝方案中，大多僅在前置處理中考慮了對污泥的脫水或干化處理，使其含水率降至30% ～ 60%，以降低對水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)量、熱工制度、能耗的影響。某水泥公司自 2012 年 11 月開始利用液壓驅(qū)動活塞泵將未經(jīng)處理的城市生活污泥泵送至水泥窯進行協(xié)同處置，水泥系統(tǒng)經(jīng)過改造，能夠穩(wěn)定運行，但窯系統(tǒng)臺時產(chǎn)量會有明顯下降，熟料煤耗明顯增加。金華某水泥廠進行的濕污泥直噴入窯工藝工業(yè)試驗，污泥干基中的成分主要為鈣硅鋁鐵，可以替代水泥生產(chǎn)原料，污泥含水率是影響水泥窯況的主要因素。針對污泥有機質(zhì)較低、重金屬含量少、發(fā)熱量不高、營養(yǎng)成分不高的情況，采用生物瀝浸＋Plate and frame filter press脫水＋水泥窯的協(xié)同處置方式，污泥入窯前含水率需要降到 60%以內(nèi)，但需要考慮含水率要求和配套的煙氣處理設施而造成較高的運行成本的問題。有學者分析了葛洲壩當陽水泥有限公司利用水泥窯無害化協(xié)同處置的案例，污水處理廠的污泥，在出廠前已經(jīng)經(jīng)過調(diào)質(zhì)、板框壓濾等措施，使含水率降至 55% 以下，水泥廠脫水污泥從分解爐喂入 ；市政污泥的化學組成與水泥生產(chǎn)所用的原料基本相似，根據(jù)有害元素的含量，控制污泥的摻入比例，對燒成系統(tǒng)的影響較小，基本不會增加煤耗。華潤水泥從2010 年開始水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的研究，采用“污水處理廠內(nèi)干化 + 水泥窯協(xié)同處置”的協(xié)同處置污泥技術(shù)，污泥在污水處理廠內(nèi)采用深度脫水 + 電熱干化，污泥最終脫水降至含水率 30% ～ 35%，質(zhì)量減量比約為 65%，污泥協(xié)同處置項目對窯產(chǎn)量、質(zhì)量、熟料工序電耗影響在可接受范圍內(nèi)，對水泥熟料生產(chǎn)線的影響是可控的。株洲市水泥窯協(xié)同處置 50% 含水率污泥，將干化污泥直接投入分解爐內(nèi)，可充分利用污泥中的有機成分和無機成分，水泥窯產(chǎn)量減產(chǎn) 4%，入窯生料分解率略有降低，水泥窯內(nèi)預熱分解帶負荷增加。河南省豫鶴同力水泥有限公司為 5000t/d 生產(chǎn)線協(xié)同處置污泥能有效降低 NOx的生成量，除了能得到政府相應補貼，還能響應環(huán)保政策不停窯帶來間接收益。遵義賽德水泥有限公司采用市政污泥直接螺桿泵送入生料立磨替代磨內(nèi)噴水，取得了很好的經(jīng)濟和社會效益。有學者通過現(xiàn)場調(diào)研和分析，提出了我國污泥水泥窯協(xié)同處置的 6 種工藝路線，前置處理工藝為脫水或干化，總結(jié)分析了協(xié)同處置污泥對水泥窯設備運行工況、產(chǎn)品性能及污染物控制等方面的影響，充分證明其具有較高的可靠性。因此在當前污泥填埋、土地利用或其他處置方案出路不順暢的情況下，污泥水泥窯協(xié)同處置也是一種較好的選擇。只有在前置處理過程中，對污泥的有益成分進行提取或有效利用，實現(xiàn)對廢舊資源的進一步“吃干榨凈”，從而提高污泥處置的附加值 ；同時降低污泥的含水率和有機物含量，實現(xiàn)污泥的減量化 ；而且消除或控制污泥的臭味，從而優(yōu)化水泥廠處理時的工作環(huán)境，才能有利于后續(xù)的水泥窯協(xié)同處理，提高污泥處置企業(yè)的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

熱水解提取蛋白質(zhì)法聯(lián)合水泥窯協(xié)同處置工程方案

1. 技術(shù)路線熱水解提取蛋白質(zhì)的技術(shù)實現(xiàn)污泥的高附加值資源化再利用，處理后污泥殘渣含水率在 30% ～ 60%，沒有惡臭，再聯(lián)合水泥窯協(xié)同處置，作為水泥原料或燃料。技術(shù)方案簡潔可靠，經(jīng)濟收益可觀。水泥生產(chǎn)企業(yè)也可以作為市政污泥處置的主體在污泥處置行業(yè)中發(fā)揮更重要的作用。

2. 技術(shù)原理污泥中有機物的 40% ～ 60% 為微生物蛋白，污泥中的蛋白質(zhì)是一類優(yōu)質(zhì)蛋白，可用于制備富含蛋白的動物飼料、綠化有機肥、可降解發(fā)泡劑、泡沫滅火劑等。蛋白質(zhì)一般是由疏水性氨基酸基和親水性氨基酸基構(gòu)成，特點是在分子鏈的末端有氨基和羧基，如果對氨基或羧基進行修飾，就可制得多種特殊的表面活性劑。氨基酸是細胞的重要組成部分，它在植物生命活動中擔負著重要作用，氨基酸能增強植物抗旱和抗寒能力，植物可直接吸收土壤中的氨基酸分子，氨基酸肥具有促進植株生長發(fā)育、增強抗逆性、改善土壤狀況和提高作物產(chǎn)量的作用。

3. 技術(shù)可行性污泥提取蛋白質(zhì)是一種環(huán)保、低耗能、高附加值的前置處理方式。根據(jù)蛋白質(zhì)、氨基酸多肽等營養(yǎng)元素表面活性特性和植物營養(yǎng)學特性對液相進行調(diào)質(zhì)、濃縮等技術(shù)處理，形成工業(yè)發(fā)泡類和有機肥料兩大類副產(chǎn)品。其中蛋白質(zhì)濃縮液中富含蛋白質(zhì)、氨基酸多肽、單糖、多糖等植物有機養(yǎng)分，其與礦物質(zhì)離子形成各種有機配位態(tài)，提高礦物質(zhì)養(yǎng)分利用率，以此為原料加工的有機全營養(yǎng)配方肥具有提高產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)、防止連作障礙、改良土壤結(jié)構(gòu)、激活土壤微生物等作用，具有較高的市場價值。熱水解提取蛋白質(zhì)技術(shù)是利用高溫高壓蒸汽（150°C～ 170°C）對污泥進行蒸煮并瞬間泄壓，使污泥菌膠團，有機物顆粒溶解，細胞物質(zhì)破碎，大分子有機物質(zhì)水解，徹底殺滅細菌，從而提高污泥的流動性。細胞內(nèi)水釋放，并聯(lián)用板框壓濾機等脫水工藝進一步降低含水率 ；病原菌全部滅活達到徹底無害化，并將惡臭祛除 ；有機物消減 50% 以上達到穩(wěn)定化，有效降低了鉀鈉磷等有害物質(zhì)的含量，更有利于后續(xù)水泥窯協(xié)同化處置。

資源化水泥窯協(xié)同處置前景

水泥窯協(xié)同處置市政污泥具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的無害化處置。水泥窯協(xié)同處置市政污泥具有天然的技術(shù)優(yōu)勢，三十多年來，歐美等先進國家利用水泥產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)優(yōu)勢來處理廢棄物，被稱為“廢棄物終結(jié)者”，污泥中有機物質(zhì)能被徹底分解從而避免二噁英的產(chǎn)生，處理后的廢棄物再次成為水泥燒制過程中部分替代原料或燃料，資源再利用達到最大化，減少了新資源的耗用。水泥窯協(xié)同處置市政污泥需要合適的前置處理工藝，目前多采用干化或深度脫水工藝，以降低對水泥窯系統(tǒng)產(chǎn)量、熱工制度、能耗的影響。熱水解提取蛋白質(zhì)法能有效地實現(xiàn)污泥資源化再利用，聯(lián)合水泥窯協(xié)同處置工程方案具有很好的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢。通過熱水解提取蛋白質(zhì)結(jié)合水泥窯協(xié)同處置抑或會成為污泥處置一個重要的工程應用方向。