污泥资源化处理工艺:利用水煤浆拌污泥 助力环保事业

一、污水污泥的产生概况
    为保护水环境、控制水污染，促进国民经济和环境保护可持续发展，目前国内外大力建设和完善污水处理设施。城市污水污染问题基本得到缓解，但污泥的产量也因此而大大增长。据统计，我国每年积累的干污泥就接近几百万吨。有数据显示，2007年底广东省已建成城镇生活污水日处理能力达874万吨，日产含水率80%的污泥5244吨，当2010年全省污水日处理能力达到1400万吨时，预测日产含水率80%的污泥将达到8400吨，产生量十分惊人。
    污泥特殊的结构使其脱水十分困难，导致处理成本居高不下。以前相当一段时间国对污泥的处理处置重视程度不如污水处理。根据统计，国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的20%~50%，而发达国家如美国及欧洲国家已占50% ~70%。2008年年底出台的《污水治理总体规划修编》就指出，在我国目前存在污水处理厂淤泥出路单一，污泥处置能力与污水厂规模不配套的问题。同时，污泥成分复杂，且随地区污水特性不同成分变化大，加之渗出液、恶臭等，造成的二次污染问题日益突出，已造成极大的环保隐患、环境压力和经济负担。
二、国内外污泥处理处置现状
    近年来，政府及有关部门对城市污水处理厂污水污泥处理处置日益重视，要求其必须遵循“减量化、无害化、稳定化和资源化”原则，并发布了若干相关政策法规。为提高城镇污水处理厂污泥处理处置水平，保护和改善生态环境，促进经济社会和环境可持续发展，国家住房和城乡建设部、环境保护部、科学技术部于2009年2月发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》，第一次对污泥的处理处置做了框架性的描述，并做了系统的规定。
    世界各国依照国情，处置方法各不相同。例如，美国和英国以农用为主，西欧以污泥填埋为主，日本以焚烧为主，而澳大利亚以污泥填埋和投海为主。我国则主要用于堆肥农用和土地利用。

几种污泥处置技术在我国应用所占比例

    目前，污泥的处理处置方法大致有堆肥化处理、建材化（制水泥、陶粒、砖等）、制吸附剂、能源化利用（掺煤混烧、制沼气）、生物制氢、低温热解制油等，也有人利用污泥制可降解塑料、生化纤维板等[5~7]。这些处置方式或一次性投资大，处理成本高，一般污水处理厂及城市难以承受，或不产生或低经济效益，加之缺乏成熟可行的产业技术、政策及资金，大范围推进存在一定困难。
    有研究表明，将污泥与煤炭按一定比例混合并通过水煤浆技术加工，可制成污泥水煤浆，以此来为污泥进行资源化、能源化处置开拓一条新道路，并在取得环境效益的同时，开发有效可行的新能源，增加经济收益，解决污泥的出路。
三、污泥拌水煤浆工艺
1、水煤浆技术概述
    水煤浆是70年代中期发展起来的一种高浓度流体燃料，是将煤研磨成平均粒度为50μm左右的幼粒，按煤:水=(60~70):(39~29)比例混合，再添加1%左右添加剂，经过强力搅拌形成煤水两相流浆体。可像油一样泵送、雾化、管道输送、贮存和稳定燃烧，其热值约为20.1 MJ/kg，大约相当于燃料油的一半、与原煤相当，可代替燃料油、煤炭用于锅炉、电站、工业炉和窑炉。燃用后SO2、NOx排放浓度相对较低。具有燃烧效益高、负荷调整便利、减少环境污染、改善劳动条件和节省用煤等优点，是一种理想的新型洁净燃料。
    水煤浆燃烧系统与燃油一样，燃烧高效，稳定，火焰、温度易于控制。原有油炉只需经简单改造即可换用水煤浆，改造、推广成本低。同时，使用水煤浆无需炉前备煤系统和备煤场，占地仅为燃煤的1/4。
不同燃料的价能比

燃  料	水煤浆	动力煤	重油	天然气	柴油
热效率（%）	84	67	84	92	85
燃烬率（%)	98	80	98	99	99
燃烧成本/吨蒸汽（元）	149.76	175.5	397.5	285.2	432
动力费/吨蒸汽（元）	24	12	8	9	8
运行成本/吨蒸汽（元）	173.76	187.5	405.5	294.2	440
水煤浆与其它燃料成本比	1	1.08	2.33	1.7	2.64

2、污泥拌水煤浆可行性
1）技术可行性
    污泥中含大量的有机质，虽不同来源污泥有机质含量不同，但各类污泥干基热值均在6000 kJ/kg以上，具有一定的热值作用，并能增强煤浆燃烧活性。
    污泥内部胶乳状结构和网状结构使污泥脱水困难，但反而可提高污泥水煤浆浆体的表观黏度，增强成浆性能，使浆体稳定。同时，可产生阻止煤颗粒沉降的机械阻力，有效抑制大颗粒的沉降，避免水煤浆产生硬沉淀，使煤浆流动性更好，利于泵送。
    姜贵利、朱妙军等学者研究了污泥水煤浆的燃烧特性，发现其发热量、粘度、稳定度等技术指标均符合国家标准《水煤浆技术条件》（GB/T 18855-2002）要求，且着火性能、可燃性指数、综合燃烧特性指数、燃烬率等均可获得良好水平，部分性能甚至优于传统水煤浆。证明利用湿污泥直接掺混水煤浆从燃烧性能来说是可行的。
2）经济可行性
    根据污水处理厂产生的污泥高水分特性，可将其直接做水煤浆原料。其具有原有使用水煤浆代替原油和煤粉获得的经济效益外，还可充分利用污泥中的有机质提供热量，节省部分煤炭；同时由于污泥含水量高，还节省了大量的制浆清水。可见利用污泥掺水煤浆技术除可充分资源化利用污泥，也可获得可观的经济效益。
下面的为粗略计算：
以220吨/时锅炉为例（可配5万KW机组）
假定：燃煤价格800元/吨
污泥干基热值相当于燃煤的1/5，价值为160元/吨
锅炉用煤0.16吨/吨蒸气
每干燥去除1吨水分需0.25吨蒸气
蒸气价值约180元/吨
混入水煤浆的污泥含水率80%
水煤浆含煤70%，含水30%计
220吨锅炉日用煤是=0.16×220×24=844吨煤/日
混入水煤浆的煤为=844吨煤/日
混入水煤浆的水应为=（844÷70%）×30%=361吨/日
应混入的污泥量为=361÷80%=451吨/日
应混入的污泥量中污泥干量为=451×20%=90吨/日
干燥去除污泥水分应付出费用=361×45=16245元/日
合计产生效益=16245元＋14400元=30645元/日
3）环保可行性
    污泥掺水煤浆可为污泥资源化、能源化处置提供一条新道路，能有效解决目前污泥积压并形成二次污染的环境难题。同时，由于其一般灰分、硫分较低，燃烧中心温度较低、燃烬率高，可实现烟尘、SO2、NOx低排放，同时，二噁英产生的前体物质CO产生量低，可有效遏制二噁英产生。另外，燃烧后的灰渣可作为水泥掺合料等，避免二次污染。污泥水煤浆一般采用湿磨法，整个制备、储存、运输过程为全封闭，无粉尘污染，损失少，固、液污染物基本零排放，且一定程度上减少了臭气溢出，部分解决了污泥恶臭问题。
    因此，污泥掺水煤浆技术不仅能很好地解决污泥资源化难题，而且能简化污泥处理与处置流程，节约污水处理系统基建投资，降低运行成本，并提供一定能源，使企业变污染负效益为资源正效益。
3、工艺路线
    污泥水煤浆的工艺主要由制浆—燃烧—除尘脱臭三个步骤组成。
1）制浆
    制浆是污泥水煤浆制作的关键步骤，浆体质量的好坏，直接影响到水煤浆的稳定度、可燃指数及燃烬率等，对泵送、传输、贮存及燃烧产生极大的影响。目前制浆主要有如下三种方法：
    ①煤粉和生石灰粉吸附、沉降过滤处理城市污水，生成煤滤泥之后按最终污泥水煤浆中含煤65～70%的比例配入煤粉，并加入分散剂、稳定剂制成污泥水煤浆；
    ②先将粒煤加污泥、分散剂在球磨机中球磨成粒度为50～150μm的混合煤浆，然后再加入稳定剂搅拌制成污泥水煤浆；
    ③将煤粉、污泥、污水、分散剂和稳定剂按一定比例直接在制浆罐中制成污泥水煤浆。
2）燃烧
    目前，水煤浆的燃烧技术主要采用悬浮（雾化）燃烧和流化燃烧两种形式。对投入运行的水煤浆锅炉调查显示，采用悬浮（雾化）燃烧的水煤浆锅炉燃烧效率可达到98~99%，与煤粉炉相当。但采用悬浮（雾化）燃烧技术对水煤浆的煤质变化比较敏感，对浆的颗粒度要求高，易结焦，燃烧过程中脱硫前景不乐观，NOx排放要满足日益严格的环保标准要求，还需采用烟气再循环、炉膛主燃烧区上部水煤浆再燃技术等，总得来说该项技术有待进一步研究改进。
    当今，循环流化床燃烧技术得到飞速发展，特别是异重流化床技术受到广泛关注。“异重流化床技术”作为清洁燃烧技术，运用到水煤浆的燃烧上可以解决水煤浆悬浮（雾化）燃烧难以解决的问题。基本能做到结焦量低、SO2、NOx、烟尘排放量低。
3）脱尘脱臭
    污泥水煤浆相对于煤粉，具有SO2、NOx、烟尘排放低的优点。由于以部分有机质代替煤炭，且含有大约30％的水分，燃烧后灰尘集中方便，通过WLT烟气净化技术能同时除去烟尘、SO2、NOx，有利于烟气污染的控制。
四、待解决的问题
    我国在污泥掺水煤浆的开发制备和推广应用方面刚起步，现虽取得了一定的成果，但总的来说前路仍十分漫长，如污泥水煤浆的配制工艺还未达到完善的程度，其燃烧技术方面还有待进一步研究和提高以及政府政策支持等。
1、技术方面
    1）在污泥水煤浆浆体制备中，如何控制浆体在合适的黏度，拥有适宜的流体特性，并在一定的保存期内持有稳定性是制备的关键点。因此，分散剂及稳定剂的开发及使用配比将是未来需要解决的重要问题的之一。另外，污泥的成分对水煤浆的成浆性也存在一定影响，如引起黏度升高或煤在水中的分散性降低等。
    2）对污泥中微生物细胞外的水分直接利用较为易理解，但细胞内的水分可否在污泥与煤粉搅拌中挤出成为水煤浆的水分，有多少水分，这些需要进一步实验。
    3）虽然采用WLT烟气净化技术对污泥水煤浆燃烧产生烟气中有害物质处理十分有效，但在燃烧过程中控制温度在什么范围才能提高燃烬率，确保充分燃烧，减少CO产生，有效抑制NOx和SO2的生成，还有待进一步探讨。
2、规划与配合
    从上述看出，污泥水煤浆是一种较为经济现实的清洁燃料，环保效益好，经济性强，技术可行。但由于目前还处于中小试阶段，广泛推行存在一定难度，困难在于需要污泥与水煤浆配兑，需要政府进行统一规划，全面统筹，并加大宣传力度，引导使用单位——如电厂、锅炉用户等积极使用。政府在一定条件下和一定范围内，将原来污泥处置费用给使用单位补贴，鼓励和引导污泥水煤浆发展。另外，倡导各单位主动使用该种环保清洁能源代替其他燃料，配合相关部门，以实际行动支持污泥水煤浆产业化。
3、行政许可
    污泥水煤浆的广泛推广，还有赖于政府及有关部门的许可和支持。建议相关部门组织对污泥水煤浆进行调查论证，对使用单位在环评批复上尽快批复许可，制定和完善配套系列标准，规范污泥水煤浆成品质量技术指标及使用，使污泥水煤浆产业得到发展。