引言

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，年產生污泥約 5000 多萬噸（以含水量 80% 計，不含工業污泥）。2020 年我國污泥年產量突破 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、易腐敗和散發惡臭的特點，通常含病原微生物、寄生蟲卵等有毒有害物質。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、脂肪、碳水化合物以及氮、磷等營養物質，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。環保“十三五”規劃也提出，大力推進污泥穩定化、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%，京津冀區域達到 95%。但是調研結果顯示，我國污水處理廠所產生的污泥，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注。本文重點對比了水泥窯協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同處置市政污泥的前置處理工藝。水泥窯協同處置市政污泥的特點

1. 有效避免酸性物質和重金屬的揮發水泥窯系統煅燒溫度高，熱容量大，窯內呈堿性，這樣可有效避免酸性物質和重金屬揮發，窯內物料溫度一般高于 1450°C，燒結過程中玻璃和結晶為重金屬提供了空隙，重金屬進入到晶體的網格中，進而被固化在晶格中，轉變成新的晶體相，鎘、鉻、銅、鉛在高溫燒結下形成新的結晶相，重金屬的析出量在 950°C～ 1050°C的區間內，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。有學者對比了協同處置污泥前后窯尾煙氣中二噁英排放水平，結果表明，水泥窯協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生變化，表明水泥窯協同處置污泥對二噁英的排放水平影響較小。據統計，我國目前已建成水泥窯協同處置污泥生產線 24 條，年處置污泥約 195 萬噸，在建和擬建的水泥窯協同處置生產線還有 90 多條。水泥窯協同處置市政污泥具有獨特的技術優勢，在控制添加比例的條件下對水泥生產及水泥品質不產生明顯的影響。水泥窯協同處置技術形成了良好的發展態勢，前景廣闊，利用水泥窯協同處置市政污泥技術值得發展和推廣。 水泥窯協同處置市政污泥的工程應用現狀在日本，約污泥產量的 20% 用于硅酸鹽水泥生產中協同處置。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，容易對燒成系統的熱工制度產生影響 ；而且產生“鄰避效應”，帶來諸多社會及環境的負面影響，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產量、熱工制度、能耗的影響。某水泥公司自 2012 年 11 月開始利用液壓驅動活塞泵將未經處理的城市生活污泥泵送至水泥窯進行協同處置，水泥系統經過改造，能夠穩定運行，但窯系統臺時產量會有明顯下降，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。針對污泥有機質較低、重金屬含量少、發熱量不高、營養成分不高的情況，采用生物瀝浸＋板框壓濾機脫水＋水泥窯的協同處置方式，污泥入窯前含水率需要降到 60%以內，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同處置的案例，污水處理廠的污泥，在出廠前已經經過調質、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所用的原料基本相似，根據有害元素的含量，控制污泥的摻入比例，對燒成系統的影響較小，基本不會增加煤耗。華潤水泥從2010 年開始水泥窯協同處置技術的研究，采用“污水處理廠內干化 + 水泥窯協同處置”的協同處置污泥技術，污泥在污水處理廠內采用深度脫水 + 電熱干化，污泥最終脫水降至含水率 30% ～ 35%，質量減量比約為 65%，污泥協同處置項目對窯產量、質量、熟料工序電耗影響在可接受范圍內，對水泥熟料生產線的影響是可控的。株洲市水泥窯協同處置 50% 含水率污泥，將干化污泥直接投入分解爐內，可充分利用污泥中的有機成分和無機成分，水泥窯產量減產 4%，入窯生料分解率略有降低，水泥窯內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 生產線協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噴水，取得了很好的經濟和社會效益。有學者通過現場調研和分析，提出了我國污泥水泥窯協同處置的 6 種工藝路線，前置處理工藝為脫水或干化，總結分析了協同處置污泥對水泥窯設備運行工況、產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，實現污泥的減量化 ；而且消除或控制污泥的臭味，從而優化水泥廠處理時的工作環境，才能有利于后續的水泥窯協同處理，提高污泥處置企業的經濟和環境效益。

熱水解提取蛋白質法聯合水泥窯協同處置工程方案

1. 技術路線熱水解提取蛋白質的技術實現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，再聯合水泥窯協同處置，作為水泥原料或燃料。技術方案簡潔可靠，經濟收益可觀。水泥生產企業也可以作為市政污泥處置的主體在污泥處置行業中發揮更重要的作用。

2. 技術原理污泥中有機物的 40% ～ 60% 為微生物蛋白，污泥中的蛋白質是一類優質蛋白，可用于制備富含蛋白的動物飼料、綠化有機肥、可降解發泡劑、泡沫滅火劑等。蛋白質一般是由疏水性氨基酸基和親水性氨基酸基構成，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育、增強抗逆性、改善土壤狀況和提高作物產量的作用。

3. 技術可行性污泥提取蛋白質是一種環保、低耗能、高附加值的前置處理方式。根據蛋白質、氨基酸多肽等營養元素表面活性特性和植物營養學特性對液相進行調質、濃縮等技術處理，形成工業發泡類和有機肥料兩大類副產品。其中蛋白質濃縮液中富含蛋白質、氨基酸多肽、單糖、多糖等植物有機養分，其與礦物質離子形成各種有機配位態，提高礦物質養分利用率，以此為原料加工的有機全營養配方肥具有提高產量、改善農產品的品質、防止連作障礙、改良土壤結構、激活土壤微生物等作用，具有較高的市場價值。熱水解提取蛋白質技術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，細胞物質破碎，大分子有機物質水解，徹底殺滅細菌，從而提高污泥的流動性。細胞內水釋放，并聯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% 以上達到穩定化，有效降低了鉀鈉磷等有害物質的含量，更有利于后續水泥窯協同化處置。

資源化水泥窯協同處置前景

水泥窯協同處置市政污泥具有獨特的技術優勢，能夠實現污泥的無害化處置。水泥窯協同處置市政污泥具有天然的技術優勢，三十多年來，歐美等先進國家利用水泥產業的核心技術優勢來處理廢棄物，被稱為“廢棄物終結者”，污泥中有機物質能被徹底分解從而避免二噁英的產生，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產量、熱工制度、能耗的影響。熱水解提取蛋白質法能有效地實現污泥資源化再利用，聯合水泥窯協同處置工程方案具有很好的技術和經濟優勢。通過熱水解提取蛋白質結合水泥窯協同處置抑或會成為污泥處置一個重要的工程應用方向。