近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城鎮(zhèn)污水、污泥處理處置問題日漸突出。2011年，全國污水處理廠3101座，污水處理量383.14億立方米，污泥產(chǎn)生量達2175.72萬噸。2015年，全國污水處理廠達到4185座，污水處理量510.96億立方米，污泥產(chǎn)生量達2774.05萬噸。污水處理廠產(chǎn)生的大量污泥缺乏安全處理處置技術，形勢異常嚴峻。城鎮(zhèn)污泥水泥窯協(xié)同焚燒是污泥處置的有效途徑。傳統(tǒng)的水泥窯協(xié)同焚燒缺乏污泥深度處理與水泥窯協(xié)同處置的對接技術，未形成相關測試和評價方法以及泥質特性指標體系。

2011年，由北京城市排水集團有限責任公司牽頭，同濟大學、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心、城市建設研究院、中國建筑材料科學研究總院、國家城市污染控制工程研究中心、北京水泥廠有限責任公司、廣州越堡水泥有限公司八家單位聯(lián)合承擔了“國家水體污染控制與治理科技重大專項”中的“城市污泥水泥窯協(xié)同處置技術研究與工程示范”課題。課題總經(jīng)費達2764.84萬元，其中企業(yè)自籌資金1200萬元。

課題組在實驗室搭建了水泥窯模擬煅燒試驗平臺，研究了不同處理工藝污泥投加方式對水泥窯協(xié)同處置過程的影響，重點考查了不同脫水污泥泥質性能對生產(chǎn)環(huán)境質量及工藝設備、水泥品質的影響規(guī)律以及氣態(tài)污染物生成的影響情況。

實驗結果表明：水泥窯協(xié)同處置污泥的最佳投加污泥方式為分解爐投加，污泥最大投加量應控制在6%，該結果為水泥廠水泥窯爐焚燒示范線優(yōu)化運行提供了理論參考和技術支持。

課題研究形成5項關鍵技術：基于水泥窯協(xié)同處置的污泥板框深度脫水技術;城市污泥水泥窯協(xié)同處置的進料工藝優(yōu)化技術;協(xié)同處置污泥的水泥質量保障技術;高溫含硫臭味氣體凈化生物菌劑及凈化技術;水泥窯焚燒干化污泥煙氣排放特性研究及區(qū)域協(xié)同共處置技術。

另外，課題組編寫完成了《污泥板框深度脫水技術規(guī)程》、《水泥窯協(xié)同處置污水廠污泥技術規(guī)程》、《水泥窯協(xié)同污泥處置的除臭技術導則》等10項技術規(guī)程(建議稿)。申請專利17項，在國內外期刊、會議上發(fā)表論文41篇，培養(yǎng)博士6名、碩士9名。

課題建設并優(yōu)化運行了3項示范工程：小紅門污泥板框脫水示范工程(500噸/天);北京水泥廠污泥水泥窯爐焚燒示范工程(500噸/天);廣州越堡水泥廠除臭示范工程(臭氣量不少于2萬立方米/天)。

小紅門污泥板框脫水示范工程

(500噸/天)

小紅門污水處理廠設計污水處理能力為60萬噸/天，泥餅最大日處理量為900噸。小紅門污泥板框脫水示范工程以小紅門污水處理廠污泥為對象開展研究，建設完成并優(yōu)化運行500噸/天板框壓濾脫水示范線。

課題組通過試驗優(yōu)選了適用于水泥窯協(xié)同處置的污泥調理劑，該調理劑不含氯、磷、硫等對水泥生產(chǎn)有影響的化學物質。

在盛有含固率3%污泥的調理池中，加入8%~10%的調理劑，攪拌約30分鐘后，采用低壓(0.6兆帕斯卡)、高壓(1.2兆帕斯卡)方式分別進料，在2兆帕斯卡壓力下壓榨0.5～1小時后進行卸料。

板框壓濾脫水后，污泥含固率可由3%提高至40%，泥餅含水率可降至60%以下，極大降低了污泥體積，為提高污泥運輸和處理處置效率提供了保障。經(jīng)地磅計量監(jiān)測后，部分泥餅被運送至北京水泥廠進行水泥窯協(xié)同焚燒處置。

北京水泥廠污泥水泥窯爐焚燒示范工程

(500噸/天)

北京水泥廠水泥窯爐焚燒示范線結合了水泥廠自身的優(yōu)勢，采用污泥干化-焚燒相結合的水泥窯協(xié)同處置工藝。該工藝首先采用VOMM渦輪薄層技術對污泥進行干化，干化后的污泥送入水泥窯進行協(xié)同焚燒。

北京水泥廠回轉式焚燒爐在正常運行條件下，爐內物料溫度為1450攝氏度，物料在爐內停留時間30～40分鐘，燃燒時產(chǎn)生的煙氣在爐內溫度高于1300攝氏度區(qū)域的停留時間大于4秒。窯內的污泥中有害有機物可充分燃燒，焚燒率可達99.999%，二噁英等有機污染物完全被分解。