翁焕新：利用烟气余热的污泥无害化与资源化处理新技术

报告人：浙江大学 翁焕新 教授/博导

浙江大学 翁焕新：今天来自全国各地的专家都聚集在一起，真是一个盛会，

那么下面我想先简单地谈一谈中国污泥处理领域的市场情况。

根据官方资料，我国现在已建成的城镇污水处理厂5000多座。这张图显示了我国污水的排放量和处理量随年度的变化，不久的将来，污水排放量和污水处理量这两条曲线就会碰在一起，表明污水将得到100%的处理，现在我国的污水处理量已达到1.88亿立方/日，到那时污水处理量就更大，相伴而产生的污泥量也将是一个天文数字。

我们对于现在中国污泥在区域上的分布作了基本统计，东部沿海地区约占了70%，但是污泥的增长率，中部和西部地区大于东部沿海地区，这就意味几年以后，整个中国都将面临污泥处理的环境问题。

我国目前主要的污泥处理方法可以归纳为三大类：第一，添加石灰或者水泥等物质去适应填埋。这种做法的结果使污泥增量，加了石灰以后的污泥最后只能去填埋，而且填埋所占有的地方空间很难可以再被利用，所以后果是非常严重的；

第二，蒸汽干化+焚烧。蒸汽是优质能源，这种方法不仅耗能，而且污泥焚烧将会产生大气污染，特别是会产生二噁英，因受污泥处理费的限制，现在实施的污泥焚烧工程实际上没有充分考虑大气污染问题，所以这个后果也是很严重的，将来终有一天污泥焚烧要求非常高的大气排放标准，这样的项目就很难维持下去；

第三，就是污泥发酵土地应用，这种做法的后果就是生态环境的风险。以上这三类主要方法实际上是跟随了国外的污泥处理处置技术，即源于国外通常采用的污泥卫生填埋、焚烧和土地利用等方法。各位专家都知道，我们在实践这些方法的时候，总会觉得有问题，这就说明了国外的污泥处理处置方法在中国难以仿效，因此，这就促进我们必须要进行技术创新。

根据研究结果，如果污泥含水率80%，它不具有热值，只有当污泥含水率降到30%以下，污泥热值才具有可利用的价值。这就告诉我们，我国污泥具有可利用的热值资源，但是，热值资源可被利用的先决条件是要把污泥的含水率降至30%以下。

通过对中国污泥特性的研究，我们对污泥的最终处理就可以作出基本的科学判断。

污泥处理目标就是“三化”：无害化、减量化、资源化。以前还讲稳定化，没有稳定化，稳定化的概念就是暂时处理一下，不行，国际上就讲这“三化”。我们把污泥含水率从80%降到30%，首先减少污泥的体积，这是污泥得到最终处理的关键。“热干化”是污泥减量最有效的方法，它可以杀灭污泥中的病菌，使污泥中的有害物质向稳定态转化。我们来看这张图，如果将含水率75%的污泥的体积看作100%，当含水率降到60%时，其体积已经降至40%，当含水率降到40%时，其体积已降至原体积的20%左右。所以，热干化可以使污泥非常有效地实现减量化。

污泥在污水处理厂经过机械脱水以后含水率一般在80%左右，这是污水处理厂可以接受的平衡含水率，它是由污泥产生量、污泥处理速度和污泥处理成本等综合因素决定的。污泥中80%的水，有间隙水（约占70%）、毛细水（约占20）、吸附水和结构水（约占10%）。污水处理厂通过污泥浓缩后，污泥含水率约为95%，然后经过机械脱水，可以脱掉一部分间隙水，从理论上讲机械脱水可以使污泥含水率降至70%，但是要达到这个含水率需要付出很大的代价。现在有的说机械脱水可以使污泥含水率降至60%以下，甚至50%以下，这在实际中做不到，要达到那个含水率水平就是在污泥中添加了固体物质，如石灰等。我们处理污泥的首要原则是减量，绝对不允许在污泥里面添加任何固体物质。

热干化是能量净消耗的过程，能耗占污泥处理总费用的80%以上。但如果我们利用锅炉、热电厂、水泥厂或垃圾焚烧厂等排放的烟气余热进行污泥干化，就彻底克服了“耗能瓶颈”，使污泥处理的运行成本大大降低。这些烟气温度在120-200℃之间，其中隐藏着巨大的热能，烟气中潜在的热能正是污泥低温干化最理想的能源。在中国，利用烟气余热资源来干化所有的污泥，绰绰有余。

如何能够使这个工艺流程顺利运行？我们来看模拟实验结果，这是在不同温度下，污泥含水率和干化时间的变化曲线图，放大后可以看到，污泥的含水率从80%降至40%，如果干化温度300℃，需要30分钟；如果干化温度200℃，需要60分钟，烟气温度通常小于200℃，所以实际需要的时间会更长。

专家更关心的是污泥干化时有害气体的释放问题，那么我们通过实验来深入了解这个问题。我们将污泥分别在100℃、200℃、300℃下进行恒温干化，分析测定释放气体中的化学物质，分析结果显示，100℃时污泥释放的气体中主要是烃类物质（见图）；200℃时，成分稍微复杂一些，但主要仍以烃类物质为主；300℃时污泥释放气体的成分就非常复杂了，这个结果告诉我们，污泥干化时温度不能太高，因为在高温下，污泥中的有机物会发生热解，以气体的形式释放出来，对环境产生不利的影响。在实际的污泥干化过程中，污泥真正脱水的时候发生在干化曲线中的B点，这时B点的温度称为污泥的“湿球温度”，如果干化温度是100℃，污泥的湿球温度还不到50℃；当干化温度是200℃的时，污泥的湿球温度还不到100℃；当干化温度是300℃时，污泥的湿球温度是200℃。利用烟气余热干化污泥时，烟气温度通常低于200℃，污泥的湿球温度远远＜100℃，我们可以发现，在烟气温度下，污泥释放的有害气体不仅在种类上是非常少的，而且释放的数量也是非常有限的。接下来我们对各种各样的有害气体进行了分析，分析结果均显示，当温度＜200℃时，各种气体的释放量都是非常小的，我们把尽可能对大气有影响的气体都进行了分析，结果都是类似的。

垃圾焚烧厂，中国垃圾最后去向只有焚烧，我们可以利用垃圾焚烧排放的烟气余热干化污泥，干化后的污泥再与垃圾一起焚烧，这将是我国污泥处理的一个方向。我们知道，垃圾焚烧厂、水泥厂、热电厂排放的烟尘和二氧化硫需要花费巨大的代价去处理，现在如果与污泥处理有机地结合在一起，是一种最好的除尘脱硫的辅助方法。

完成这样一个工艺流程需要关键技术和配套设备的支撑，配套设备包括：储存系统、传热系统、输送系统、干化成粒系统和气体控制系统。这是污泥干化与成粒一体化的主体设备（见图）；这是控制设备；这是进料设备，定量进料设备很重要，因为进料与烟气要完全相互匹配；这是除尘除气设备，所有的这些设备都是自动化控制的，因此工作的现场很清洁，执行的人只要在控制室里操作就可以了。

如果我国污泥（含水率80%）的生产量以8000万吨/年计，利用烟气余热干化污泥，使污泥含水率降至30%，每年可以节省约相当于452万吨的标准煤，干化后污泥作为燃煤的辅助燃料，每年可以提供约相当于359万吨的标准煤。同时减少污染物排放，向大气少排PM_2.5约17万吨/年，减排的二氧化硫约为7.2万吨/年，减少排放的二氧化碳达983万吨/年。

这是我们设想的中国污泥最终处理的技术路线图，不难理解，它是以废治废的、节能减排的、“泥”“霾”共治的。

经过20多年基础研究和工程实践，我们已经取得有关污泥处理技术的授权发明专利38项。国外媒体以英文、法文、西班牙文等介绍了浙江大学的这项技术。这是我们在国内外发表的一些相关的学术文章，这是我写的一本书。如果大家感兴趣的话可以和我联系（15166938816），我将毫无保留的与大家进行交流。谢谢大家！

污泥建材化利用技术链接

近年来，随着我国经济的发展和城镇化的不断推进，城市污水厂的建设规模不断扩大，污水处理程度逐步提高，好氧污水处理技术由于启动时间短，普遍适用于中低浓度的有机废水而广泛应用，好氧污水处理技术带来最大的特征便是剩余污泥的产量也逐渐增加。对污泥处置方式，传统的方法为污泥填埋、污泥农用和污泥焚烧。污泥填埋后会造成一定的环境问题。为了满足固体废物处理的“无害化”、“减量化”、“资源化”的三化原则，构建环境友好型社会，污泥资源化是污泥处置的最终出路。污泥资源化利用研究的热点便是污泥无害化建材技术，既可解决污泥对环境造成的不利影响，也可解决污泥的占地问题，又可变废为宝，更符合生态性的可持续发展战略。

一、污泥无害化建材—污泥砖

1.污泥制砖工艺介绍

污泥制砖是指将污泥经过一定处理筛选后，与其他原料或是外加剂混合，加压成型，焙烧后制得污泥砖。污泥制砖有两种方法，一种是干化的污泥直接用来制砖，另一种方法是利用污泥焚烧灰制砖。各种制砖生产工艺基本相同，原料配制一制坯一干燥一焙烧一成品。

干化污泥直接制砖是将污泥用人工烘干的方法来晾干或者是室外自然晾干，干化后进行一些磨细处理，再和其他原料混合起来，之后加压成型，再经焙烧后制成污泥砖。工艺要点要控制污泥掺量约为10%-20%，当污泥掺量高于30%时，此种污泥砖抗压强度己不能达到砖的性能标准。因为污泥中的有机质会大大降低砖的力学性能。

第二种方法为焚烧污泥灰制砖。在欧洲，最常用的污泥处理方法是污泥焚烧法，由此产生了许多的污泥焚烧灰，因此污泥焚烧灰的资源化被充分的利用，研究的途径也更为广泛，制砖粘土的化学成分与焚烧后的污泥灰的化学成分很相近。

污泥灰通常以黏土作为外加剂，其中污泥灰的掺量最高可以达到50%，砖的综合性能好，该工艺流程的要点是在焚烧过程中需要强压力，当采用100%的污泥焚烧灰制砖，成型压力要达到90MPa以上。

2.污泥制砖可行性分析评价

在技术上，利用污泥制砖和建筑材料的原料是有范围要求的，有的单一使用污泥制砖不能满足国家标准，所以需要与添加剂配合使用才能满足相关标准要求。另外污泥具有化学不稳定性，在一定范围内会导致产品质量波动，因此需要严格控制工艺参数，污泥制砖前期污泥预处理需要一定成本，在预处理后的制砖工艺流程稍微复杂，因此也带来的成本略高;同时还要注意避免二次污染的产生。国家污泥制砖标准要求用于制砖的污泥，是经稳定化、减量化和无害化处理的污泥，目的是为了规范利用污泥制砖，避免污泥进入砖厂处置的无序化，保证污泥制砖的安全可靠和对环境影响的最小化。

二、污泥无害化建材—污泥陶粒

1.污泥制作陶粒工艺介绍

陶粒是一种人造轻质粗集料，因质轻、高强、保温等特性备受关注，是具有发展潜力的一种新型建材。改性污泥可以制成陶粒作为建筑材料使用。污泥陶粒的制备是用粘土和炉渣做辅助料，污泥为主要原料，经过焙烧、成球形成的具有一定硬度、吸附能力的滤料，这种滤料可以应用于污水处理。也有用污泥、粘土以及一定量的燃料成功研制生产了污泥陶粒。陶粒是轻骨料中的重要成员，也是目前应用形式最多的。陶粒烧制一般采用回转窑焚烧工艺见，与其匹配的原料制备、污泥脱水、干化、粉磨、窑外成球、窑内成球、烧成热工、筛选分级、原料化验控制、成品出厂检测并其相适应的烧成技术，设备配套、自动化控制。

2.污泥制陶粒可行性评价

上个世纪80年代污泥制作陶粒的技术在国外就己经日趋成熟。目前国内也有成熟的工艺流程。但该技术工艺在建设中需要建立独立的焚烧炉，投资运行费用大，污泥的有机成分不能完全分解利用，甚至有些成品后的陶粒烧胀性不足。可以借鉴国外的工艺，对工艺精细改造，成品后对陶粒的物理性能和浸出液进行检测，达到陶瓷作为建筑材料的标准。

成陶作用过程中有三大类物质非常必要，一类物质是有：SiO2， Al2O3及Fe2O3，这些在污泥原料中占很大比例，另外是起助熔作用的熔剂氧化物有：Na2O，K2O，FeO，MgO，其三是发气物，在物料达到高温时产生气体，如水蒸气、二氧化碳、氧气、一氧化碳、氢气等，污泥锻烧时会产生气体，配合相应工艺流程并结合辅助剂会使料球发生烧胀，达到陶粒要求，因此技术上是可行的，但要找到污泥制陶的最佳烧结方案，控制好工艺参数。

三、污泥无害化建材—污泥水泥

1.污泥制作水泥工艺介绍

污泥脱水后既可以用作水泥的原材料，也可以起到提供热值的作用。日本利用城市污泥焚烧制作了“生态水泥”，大大降低了废物处理的负荷，实现了污泥资源化。我国也在“生态水泥”的研发中做了许多研究。利用污泥做“生态水泥’，基本有三种工艺流程：一是直接对污泥进行脱水利用;二是对污泥进行人工干燥;三是对污泥焚烧成灰利用。无论哪种工艺流程，污泥中无机成分必须符合生产水泥的要求，确保生产出符合国家标准的水泥熟料。目前利用水泥窑处置污泥技术受到关注和广泛应用，这种技术制造的水泥与普通硅酸盐水泥相比在某些性能方而有更为优越的表现。

2.污泥制水泥可行性评价

污泥制水泥虽然可将有机物彻底分解、将金属离子固化在水泥晶格中等优点，但亦存在制得水泥强度较低的问题。因此要控制污泥的含量，以及国家和地区间的实际工艺情况，这些客观因素都要充分考虑。无论是应用干污泥制作水泥或是污泥焚烧灰制作水泥，两者对水泥性状的影响并无差别，干污泥制水泥也存在运输成本高、制作过程中产生污染气体等不良影响，因此也要防治二次污染问题。

四、污泥无害化建材—其它建筑材料

近几年，全国各地建起生活污水处理厂和垃圾填埋场之后，污水横流、垃圾遍地的现象大有改观。但是，许多人不了解污泥和渗滤液，许多地方不重视污泥和渗滤液的处理，造成很大的污染隐患。

污水处理会产生污泥，含水量高的污泥会产生渗滤液，垃圾填埋之后也会产生渗滤液，这些污泥、浊液都含有大量污染物。污泥如果不处理（临时堆放）或者处理不当（简单填埋），渗滤液如果任其渗入地下，不仅占用大量土地资源，而且会危害地下水和土壤。

那么，污泥处理如何才能不留后患呢？江苏南京一家企业的做法也许值得我们借鉴和推广。

2011年，南京鑫翔新型建材公司和山东福航新能源环保股份有限公司合作，建成了国内第一条污泥干化制砖生产线，并顺利通过了专家组考核验收，受到业界广泛关注。

污泥制砖最大的难题是脱水成本过高。统计显示，100吨含水率80%的污泥要燃烧18吨标准煤，才能将其含水率降至60%左右。脱水成本过高，是污泥资源化利用技术一直不成熟的关键原因。在该公司长60米、宽30米的污泥干化生产线上，黑色污泥从污泥库中用空气压缩泵自动挤进一个料斗中，再通过污泥摊铺机均匀摊铺在遮阳棚下的晾晒车间里。

这个晾晒车间上下均有“玄机”。福航公司工作人员表示，车间上方安装了阳光板，只要有阳光照射，就不停对车间进行加热。此外，车间下方安装了管道，隔壁烧砖的隧道窑内高达1000摄氏度的烧砖余热，源源不断地抽进车间下方管道，通过“上晒下蒸”对污泥进行干化。

为了更快将污泥含水率从80%降至25%左右，福航公司还采用了自动翻抛技术不断更新污泥层。在车间现场，一个30米长、带有密集齿条的行车在污泥上前进，随着前进方向污泥被不断搅动翻新，污泥干化速度大大加快。工作人员表示，经过“上晒下蒸”、翻抛晾晒后，污泥迅速脱水，经过大约36小时处理，含水率就降至25%左右。这一含水率的污泥已和泥土颗粒很像，可以直接添加进制砖原料进行烧砖。“在以往工程中，我们多采用地源热泵系统供热。这个工程的亮点之一，就是充分利用了隧道窑内免费的余热，大大降低了污泥干化的成本。”福航工作人员说。

污泥成功干化后，与煤矸石按比例相掺，然后经过切坯后，再送入隧道窑经最高1130摄氏度、48小时煅烧，最终烧制成一种多孔节能砖。砖窑内1000多摄氏度以上高温，将会保持7―8个小时，能有效分解污泥中有机物燃烧产生的有毒有害气体。

另外，干化后的污泥除了可以制砖，还可以制作燃料、复合肥等，不但变废为宝，产生良好的经济效益，还能节省耕地，避免二次污染，有着产生良好的社会效益。选择妥善科学的办法，将污泥脱水减量后资源化利用，实现循环经济，是目前公认的污泥最好的出路。