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“污泥+固废”陶粒制备技术
作者:马连涛 来源:《墙材革新与建筑节能》杂志 2018-11-15 

 

     日处置200吨污泥的“污泥+固废”生产陶粒项目在山东潍坊投产运营,该项目采用山东恒远利废技术股份有限公司(以下简称“恒远利废公司”)独有的污泥大掺量协同处置技术,通过此污泥处置技术实现了污泥彻底地无害化、资源化。核心工艺“低温烘干+高温焙烧”可避免二噁英产生,最终产品为陶粒轻骨料。陶粒可用于装配式建筑构件、轻骨料混凝土、海绵城市建设、污水滤料、生态湿地建设等,具有较高附加值,应用前景广阔。

1“污泥+固废”陶粒技术剖析

    “污泥+固废”系列资源化技术是恒远利废公司联合中科院过程工程研究所共同研发的,该技术在保证产品质量的前提下,污泥(干基)掺加比例最高可达50%。生产过程采取多种方式降低能耗,终端处置产品陶粒是具备广泛用途的优质材料,实现了污泥的彻底无害化、资源化处置。

     恒远利废公司提出“低温烘干+高温焙烧”的方法生产陶粒,整条生产线采用独有的陶粒成型成套专利技术(发明专利号:201310564630.7)。污泥及硅铝系的固体废弃物混合造粒后,经200℃低温烘干,再直接进入1100℃以上窑炉焙烧。此方法可大大提高陶粒成品率,且烘干和焙烧段温度避开了二噁英产生区域。污泥在焙烧过程中有机质全部助燃,硅铝系的固废则在高温下熔融重组,重金属类元素被固化到晶格中,最终形成资源化的产品——陶粒。

核心焙烧设备三叶回转窑源自英国,内部独有的三叶弧形截面热交换效率高,是传统回转窑的2倍,实现了低耗高产的目的。该窑炉长度仅为传统回转窑的1/4,且采取窑外造粒工艺,整条生产线占地小,空间利用率高,大大降低了土建投资。配套的余热回用系统可将窑炉尾气热量循环利用,再用于脱水烘干等环节,符合绿色节能的发展要求。

 

 

生产车间全封闭,采用负压将烟气、臭气等集合处理,真正做到无二次污染。整体生产线集污泥干燥、陈化、成型、烧结、冷却于一体,另配有清洁处理系统。陶粒生产全程自动化,整个车间几乎实现无人作业。核心环节高温焙烧段,通过火焰自动控制系统配套窑内监控高清摄像,可实现温度的精准调节,确保陶粒产品优质。

该技术集合污泥大掺量、高产低耗能、电控自动化、余热再利用、烟气臭气处理、占地小投资省等六大特点,代表了目前国内陶粒生产行业先进水平。

 

图3陶粒成品展示

恒远利废公司“污泥+固废”系列陶粒样品经山东省建筑材料质量检验中心检测其放射性及重金属含量均符合要求,筒压强度等力学性能指标也超出了GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法》相关要求。

2陶粒市场应用

此项目所生产陶粒可用于建筑轻骨料、海绵城市建设、污水滤料处理、湿地浮床建设等,具有较高附加值,应用前景广阔。陶粒根据其自身性能及用途不同,售价从150元~800元/m³不等。

(1)商品混凝土中替代砂石骨配置成混凝土。可有效减轻建筑物重量,且具有保温性能好,抗渗透性、耐火性强的优势。装配式建筑结构件、高层建筑保温砌块、大跨度混凝土构件、地基回填浇筑等均可广泛适用。

(2)海绵城市渗水储水。陶粒具有较多的孔隙,吸附性强,是建设海绵城市比较理想的海绵体材料。可用在建筑绿色屋顶无土栽培、透水路面铺设等。陶粒能吸收并锁住大量雨水,消除城市内涝。炎热时水分蒸发外放,减轻城市热岛效应。

(3)污水治理用作滤料。陶粒滤料质轻、孔隙率高、表面积大,有足够的机械强度、吸附力强,化学性能稳定,且价格较活性炭便宜,适宜于脱色等处理,也可用作工业滤料。

(4)湿地浮床绿植栽培。超轻通孔的陶粒由于孔隙分布均匀,渗透能力强、吸水性强,可用于微生物、绿色植物的栽培。将其用于浮床生态系统、湿地生态系统等,有利于植物根系生长,可净化各种水系,是处理富营养化水体的理想方式。

3 污泥处置现状及前景

环保部和住建部联合下发的391号文《关于加强城镇污水处理设施污泥处理处置减排核查核算工作的通知》指出,各地应按照国家有关法律法规和技术政策,遵循“绿色、循环、低碳”的技术路线,因地制宜选择合理可行的技术方法对污泥进行妥善处理处置。

受我国污水管网设施条件限制,国内大部分地区管网仍处于雨污合流状态。污水经处置后的污泥有机质含量不高,化学成分较复杂。当前国内污泥处置主流技术仍为脱水填埋、厌氧发酵、好氧堆肥等,但最终资源化去向仍主要围绕土地利用,污泥中含的重金属及病菌等不能彻底处理,无法实现真正的无害化目标。少数采用干化焚烧的处置企业也是依托水泥窑、垃圾焚烧窑等,添加量小,无法处理焚烧后的残渣、飞灰,并且受地域限制较大。

各地区对于污泥处理处置方面的补贴政策不一,对于处置方法的选择也各有千秋。就污泥处置技术综合成本和前景而言,笔者认为:填埋因其占地多,且后期污染防治工作、渗滤液处理、填埋场维护等工作仍需占用大量资源,因此不具备远景推广条件;对于厌氧和好氧消化而言,主要针对的是污泥中有机质的处理,因此这两种工艺对于污泥有机质含量有一定要求,需要进一步完善基础污水处理管网和市政污水工程,同时消化残余尾渣的处理需借助其他技术才能实现无害化;干化焚烧技术能够实现污泥的彻底无害化处置,为人诟病的主要是能耗高和烟气的处置,因污泥含水率约80%,直接焚烧所需能耗显而易见,因此能耗和环保是其亟待解决的问题。

2016年4月工信部下发的《2016年第一批行业标准制修订计划》中,污泥陶粒作为建材领域新定标准由原材料工业司主管制定,这标志着污泥资源化、建材化利用已经有国家级的总体规划和顶层设计。

4相关拓展

随着集中焚烧法逐渐成为我国城市生活垃圾处理的主要方式,焚烧飞灰的安全处置与利用也成为社会普遍关注的问题。焚烧处置是人类最常用到的手段之一,随着烟气排放带来的酸雨、全球变暖、二噁英污染问题,焚烧处理后续烟气处置标准越来越高,民众对于焚烧企业抵触情绪也越发突出。客观来说,像火电厂、水泥厂等,我国的烟气排放标准已经达到国际标准要求。粉尘、酸性气体、二噁英等只要严格按照标准处置,所带来的污染并非渲染的那么可怕。

据有关报道统计,2011年全国城市垃圾焚烧量为2599.3万吨,如按相关文献飞灰量为焚烧垃圾量3%估算,全国年产生78万吨飞灰。飞灰含有重金属和二噁英等有害物质,属于危险废弃物。国家明令规定,飞灰不得在产生地长期储存,不得进行简易处置,不得排放,只有在产生地进行必要的固化和稳定化处理之后,方可转移处置。

飞灰的处置技术主要有固化/稳定化、化学处理、高温处理等,但普遍处置成本高昂。利用水泥窑进行垃圾焚烧飞灰的处置,可以消灭其中存在的二恶英,同时将重金属通过水泥熟料高温煅烧固化,但由于飞灰本身的氯元素富集,大量处置会对水泥企业的正常生产造成影响。因此利用水泥窑协同处置飞灰时,添加量很小,无法满足越来越多的垃圾焚烧企业所产生的飞灰处理需要。

如果将飞灰等需要高温处理的废弃物添加到陶粒焙烧生产线中,不但占地小投资省,而且窑内温度完全达到传统水泥窑的温度,完全有能力将飞灰彻底处理。因此在有飞灰处理需求的地区,可以考虑借鉴建设陶粒焙烧生产线。

 

 

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