水處理設(shè)備知識(shí)：煤化工企業(yè)污水污泥資源化利用的實(shí)踐與探索
《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》、《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》(以下簡稱規(guī)劃)指出，煤炭是我國能源的主要來源和重要原料。煤炭深加工產(chǎn)業(yè)適度發(fā)展，既是國家能源戰(zhàn)略技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)能儲(chǔ)備的需要，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備也是促進(jìn)煤炭清潔高效利用、保障國家能源安全的重要舉措。全面推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，純水設(shè)備努力建設(shè)清潔、低碳、安全、高效的現(xiàn)代能源體系，發(fā)展現(xiàn)代煤化工，這是符合中國國情的煤炭清潔開發(fā)利用之路。煤化工消耗大量的水，產(chǎn)生大量的污水和高濃度的污染物。豐富的煤炭資源,通常是稀缺的水資源,所以水資源和環(huán)境問題已經(jīng)成為一個(gè)瓶頸限制煤化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,尋求治療的結(jié)果是好的,過程穩(wěn)定性和低運(yùn)行成本的污水污泥處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)煤炭化學(xué)工業(yè)污水污泥“零”,已成為煤炭化學(xué)工業(yè)的發(fā)展的需求和外部需求。污泥是污水處理過程中經(jīng)過絮凝沉淀而產(chǎn)生的絮凝劑。它產(chǎn)量大，含水量高，還積累了大量的重金屬離子和少量的致病微生物等有害物質(zhì)，被列為危險(xiǎn)廢物。未經(jīng)處理隨意排放，容易造成二次環(huán)境污染[1]。在城市化和工業(yè)發(fā)展過程中，污水產(chǎn)量逐年快速增長，全國污水處理能力超過1.39億噸/日[2]。污水處理廠處理后產(chǎn)生大量污泥。污泥的主要處理方法是填埋、焚燒和干燥。然而，隨著環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，傳統(tǒng)的污泥處理方法已不能滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需要，污泥資源的利用技術(shù)越來越受到人們的重視。本文主要闡述了污泥回收的主要方向，并結(jié)合中煤陜西榆林能源化工有限公司。
1 煤化工企業(yè)污泥現(xiàn)狀
現(xiàn)代煤化工是以煤為原料，生產(chǎn)清潔能源和化工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，主要包括煤制氣、煤制油、煤 制乙二醇以及煤制烯烴等?，F(xiàn)代煤化工是煤炭清潔高效利用的重要方式之一，其生產(chǎn)的油品和天 然氣有助于緩解我國在石油和天然氣等資源對外 的依賴程度，維護(hù)我國能源安全。因此，發(fā)展現(xiàn)代煤化工具有重要意義。純水設(shè)備而影響煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題之一是水，因煤化工廢水排放強(qiáng)度 大、毒性強(qiáng)、波動(dòng)大等特性，加之煤質(zhì)特性差 異，造成了很難有特定的工藝技術(shù)能夠穩(wěn)定、高效、可靠的處理煤化工廢水問題。
隨著我國在煤化工領(lǐng)域各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，多項(xiàng)核心技術(shù)已具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，新建煤化工項(xiàng)目遍地開花，煤化工規(guī)模的不斷擴(kuò)大，使 得工業(yè)污水產(chǎn)量也迅速增長，因污水中含有難降 解、難以脫除的有機(jī)物，難以直接利用，從而制約了煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。我國環(huán)保要求不斷 加強(qiáng)，政府和企業(yè)近些年也加大了對工業(yè)污水的處理投資，因此大型煤化工企業(yè)都配套相應(yīng)的污水處理廠，隨著污水處理廠數(shù)量迅速增加，處理 污水的能力也迅速提高，導(dǎo)致污水處理過程中產(chǎn) 生的污泥量急劇增加。
煤化工的快速發(fā)展，雖然對煤炭進(jìn)行了清潔高效轉(zhuǎn)化，同時(shí)也生產(chǎn)了污水污泥。目前企業(yè)對污泥的處置方法有限，又因環(huán)保政策要求，往往是將污泥外送交由具有危廢處理資質(zhì)的單位進(jìn)行處置，在陜西地區(qū)固含17%的污泥外送處置費(fèi)用為 3 400元/t，部分地區(qū)更是高達(dá)6 000元/t，處置污泥極大的增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅水煤漿氣化為主的煤化工企業(yè)每年產(chǎn)生固含5%的污泥高達(dá)450萬t，污泥處置費(fèi)用約45億元。煤化工企業(yè)的污泥外運(yùn)處理費(fèi)用高，若實(shí)現(xiàn) 污泥資源化利用后，可為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效 益，還可節(jié)約大量原煤和水資源，因此結(jié)合煤炭 氣化工藝對污泥進(jìn)行資源化利用已經(jīng)成為重要的研究方向。因污泥所含有機(jī)質(zhì)具有一定熱值，為 污泥資源化利用提供了基本條件，將其摻入氣化 水煤漿中是非常好的資源化利用方向。
2 污泥處置技術(shù)與資源化利用分析
污水污泥的處理是解決城市和工業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，長期以來隨著我國新建污水廠規(guī)模不斷 擴(kuò)大，污水處理已取得較快的發(fā)展，而污泥處理相對滯后。從全球范圍看，傳統(tǒng)的污泥處置技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成熟[4]，主要有填埋處理、焚燒、土地利用以及填海等，但土地填埋、露天堆 放等方式，在實(shí)際運(yùn)用過程中若處理不當(dāng)易造成 污泥二次污染等嚴(yán)重后果。隨著現(xiàn)代社會(huì)對環(huán)保 的要求不斷提高，純水設(shè)備傳統(tǒng)的污泥處置技術(shù)已經(jīng)不是 有效處理污泥的最佳方法。污泥資源化利用已經(jīng)成為污泥處理的主要方向，包括堆肥利用技術(shù)、 建材化技術(shù)、能源化技術(shù)、材料化技術(shù)、污泥蛋白質(zhì)利用技術(shù)。
2.1 傳統(tǒng)污泥處置技術(shù)
目前污泥處置技術(shù)主要有3種，衛(wèi)生填埋、污泥焚燒以及土地利用，污泥處置技術(shù)因各國社會(huì) 發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平不同而有所差異，發(fā)達(dá)國家因工 業(yè)發(fā)展較早，污泥處置技術(shù)比較完善，其中土地 利用占比較大。我國污泥處置技術(shù)雖起步較晚， 但隨著政府不斷加強(qiáng)執(zhí)行污泥無害化處置政策， 污泥處置技術(shù)已與發(fā)達(dá)國家基本持平。
1） 填埋處理。污泥填埋技術(shù)是最早用于處理 污泥的技術(shù)，經(jīng)過很多年的發(fā)展，填埋處理技術(shù) 已經(jīng)比較成熟。近些年來我國污泥量不斷增加， 填埋需求量也大幅增加，填埋需要大面積選址占 用土地，因我國城市化進(jìn)程加快，可用土地也越 來越少，且污泥填埋處理技術(shù)無法避免環(huán)境污 染，僅是延緩污染時(shí)間，例如有害金屬和成分下 滲會(huì)污染地下水等，因此填埋處理技術(shù)不是處理 污泥的最佳方法。
2） 污泥焚燒。污泥焚燒也存在這類問題，焚 燒溫度低會(huì)導(dǎo)致二噁英等有害氣體產(chǎn)生，污染環(huán) 境。在我國一些地區(qū)依然運(yùn)用填埋處理技術(shù)處理 污泥，可是大部分地區(qū)由于填埋場地的選址與運(yùn) 輸花費(fèi)等相關(guān)問題，在很大程度上限制了其普遍 運(yùn)用。因此污泥焚燒填埋處理技術(shù)不是處理污泥 的最佳方法。
3） 土地利用。污泥中富含有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀等成分，具有較強(qiáng)的黏性和吸水性，能夠改善土壤 的物理化學(xué)特性，有利于形成土壤團(tuán)粒，較少水土流失，提高土壤的肥力和保水能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。 雖然污泥具有改善土壤特性以及修復(fù)鹽堿地、沙地等優(yōu)點(diǎn)，但其含有病原體以及有害物質(zhì)等，若不經(jīng)處理直接進(jìn)行土地利用，濃度過高的 有害物質(zhì)會(huì)滲入地下水造成污染，且重金屬有可 能通過食物鏈威脅人類健康，因此污泥土地利用必須先解決上述問題。
2.2 污泥資源化利用技術(shù)
1） 污泥燃料利用技術(shù)。污泥中含有大量有機(jī)物，具有一定熱值，通?？膳c煤或水煤漿混合制 的粘結(jié)性，按一定比例與煤粉和其他添加劑混合 成型煤燃料或水煤漿燃料。制作型煤是利用污泥 制成污泥型煤實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。制作水煤漿燃料是將污泥、煤、 水和添加劑按比例混合經(jīng)研磨制成具有流動(dòng)性的 新型污泥燃料，其特點(diǎn)為漿狀，可以通過管道用 泵輸送，能像液體燃料一樣霧化燃燒。污泥燃料 化利用可充分利用其自身發(fā)熱量，帶來顯著的經(jīng) 濟(jì)效益。同時(shí)可替代部分新鮮水，既節(jié)約了水資 源又對廢水進(jìn)行了回收利用，具有重要的社會(huì)與 環(huán)境效益。
2） 污泥材料化技術(shù)。污泥資源利用主要的途 徑有污泥建材利用，部分污泥可通過特殊加工制 作成污泥磚、水泥以及粉體摻和料等建材原料， 實(shí)現(xiàn)污泥的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。除此之外，還有學(xué)者研究了污泥制成新型材料純水設(shè)備，例如生化纖維 板，它是經(jīng)過熱壓處理使污泥中的蛋白分子產(chǎn)生 目前我國在污泥建材利用方面的技術(shù)相比發(fā)達(dá)國家改性作用，再經(jīng)脫脂和漂白等處理壓制成板材， 還不成熟，仍需要繼續(xù)研究。
3） 污泥堆肥技術(shù)。污泥堆肥技術(shù)是在20世紀(jì) 50 年代逐漸發(fā)展起來的污泥處理技術(shù)，通常是利 用微生物的作用將污泥中的復(fù)雜有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化 成比較穩(wěn)定的有機(jī)物，同時(shí)將污泥中的易揮發(fā)組 分進(jìn)行降解，使污泥的物理性狀得到改善。最終高溫處理后的污泥沒有了病原體等微生物，形成 的堆肥產(chǎn)品能夠充當(dāng)土壤改良劑等。污泥堆肥技 術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展，雖然取得較大進(jìn)步，但仍存 在許多待解決的問題，需要繼續(xù)研究，例如污泥經(jīng)過堆肥利用后，雖解決了含有微生物病原體、 含水量高等問題，但其中重金屬等尚未根除，因 此要使污泥成為安全、有效的堆肥資源，還需針 對上述問題進(jìn)行探索研究。
2.3 污泥處置技術(shù)發(fā)展趨勢分析
填埋、焚燒、土地利用等傳統(tǒng)污泥處置方法 不僅運(yùn)行費(fèi)用高，而且不能完全消除污泥對環(huán)境 產(chǎn)生的危害。污泥的無害化處置以及資源化有效利用是人類共同關(guān)注的問題，污泥的處置與利用 也應(yīng)當(dāng)兼顧到經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益。 我國污泥資源化利用與發(fā)達(dá)國家相比仍然較為落后，純水設(shè)備利用率不到 10%，伴隨著污泥的產(chǎn)量不斷增 多，差距仍會(huì)擴(kuò)大。因此結(jié)合我國工業(yè)進(jìn)程發(fā)展 開發(fā)出針對性的污泥資源化利用技術(shù)具有重要意義。
3 中煤陜西公司污泥利用情況
中煤陜西榆林能源化工有限公司設(shè)計(jì)年產(chǎn)烯 烴 60 萬 t，采用水煤漿氣化技術(shù)，每年產(chǎn)生固含 5%的污泥高達(dá)12萬t，污泥作為危廢外送處理費(fèi)用極高，因此中煤陜西公司長期以來不斷探索污泥 資源化利用的方式，因污泥本身含有一定熱值， 在高溫高壓條件下將其含有的危害有機(jī)質(zhì)和可燃物進(jìn)行氣化，既能充分利用其熱值又能替代部分水資源，可最大程度的保護(hù)環(huán)境，同時(shí)可為中煤陜西公司大大降低污泥處置費(fèi)用。中煤陜西公司 對現(xiàn)場脫水后的污泥進(jìn)行了分析，具體分析見表 1。
從表 1 可明顯看出，污泥含水量高、揮發(fā)分高，且具有一定熱值，可摻入至煤漿中再送入氣 化爐高溫氣化。
3.1 直接摻燒法
原煤破碎后，與水、添加劑經(jīng)過研磨混合制 得水煤漿，制備出的水煤漿再送入氣化爐高溫氣 化。制備水煤漿主要設(shè)備為棒磨機(jī)，中煤陜西公司曾嘗試將污泥水直接加入到棒磨機(jī)中，與煤漿 混合后進(jìn)行氣化，實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，由于污 泥水的加入，造成煤漿粘度急劇增加，煤漿流態(tài)變差，實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備使得煤漿堵塞棒磨機(jī)的出料篩網(wǎng)，設(shè)備故障率提高，生產(chǎn)過程被迫降低煤漿濃度，極大地降低了氣化經(jīng)濟(jì)性。主要原因?yàn)槲勰啾缺砻娣e 大、含水率高、含有起到增粘作用的聚丙烯酰胺。
3.2 煤漿提濃摻燒法
污泥直接摻入煤漿方法影響了氣化經(jīng)濟(jì)性， 中煤陜西公司采取污泥外送交由具有危廢處理資 質(zhì)的單位進(jìn)行處理，固含17%的污泥處理費(fèi)用高達(dá) 3 400 元/t，極大提高了企業(yè)生產(chǎn)成本。同時(shí)調(diào)研過污泥減量化再進(jìn)行外送處理的辦法，但該技術(shù)新增污泥干燥設(shè)備，占地面積大、成本高，干燥過程中會(huì)產(chǎn)生廢煙氣污染環(huán)境，因此未采用污泥減量化技術(shù)。
中煤陜西公司通過共同開發(fā)煤漿提濃新技術(shù)，使三峰分形級配提濃工藝技術(shù)得到示范，煤漿提濃系統(tǒng)投用后，細(xì)磨機(jī)和超細(xì)磨機(jī)通過高速 剪切和溫升作用對污泥進(jìn)行改性，改性后的污泥不影響煤漿濃度，系統(tǒng)每年可處理 12 t 固含為 5%的污泥，既解決了污泥處置難題，又替代了部分制漿用水，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
3.3 污泥資源化利用經(jīng)濟(jì)性分析
煤漿提濃系統(tǒng)投用后，系統(tǒng)每小時(shí)可處理15 t 固含為 5%的污泥，每年達(dá) 12 萬 t。中煤陜西公司購買新鮮水價(jià)格為 12.4元/t，外送處置固含為 17% 的污泥費(fèi)用為 3 400 元/t。可計(jì)算出污泥資源化利 用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)約處置費(fèi)如下 污泥量 （固含17%） =15 t/h×5%÷0.17=4.41 t/h 污泥處置費(fèi)用=4.41t/h×3 400元/t=14 994元/h 節(jié)約新鮮水費(fèi)用為 15 t/h×95%×12.4元/t=176.70元/h 可節(jié)約污泥處置費(fèi)和新鮮水費(fèi)用合計(jì) 12 136.56 萬 煤化工企業(yè)年生產(chǎn)時(shí)間以 8 000 h 計(jì)算，每年 元。污泥資源化利用后，為中煤陜西公司大大降 低了生產(chǎn)成本。中煤陜西公司將污泥資源化利用 化工企業(yè)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，共同推動(dòng)煤化工行業(yè)零污染，是探索污泥資源化利用的重要嘗試，可為煤 后，既降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，又減少了環(huán)境污排放。
污泥的處置與利用是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)中的重要課題，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)等 在當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)和環(huán)保政策調(diào)整的背景下，污泥各方面來看，污泥最理想的出路是資源化利用。 資源化利用技術(shù)是重要的發(fā)展方向，符合國家節(jié) 能環(huán)保政策導(dǎo)向。我國煤化工從裝備和工藝技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平，純水設(shè)備實(shí)現(xiàn)零排放將是增強(qiáng)企業(yè)競爭力的主要方向，煤化工企業(yè)未來應(yīng)不斷推進(jìn) 能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備，在構(gòu)建清潔高效的能源體系中發(fā)揮重要作用。
污泥資源化利用應(yīng)根據(jù)污泥特性，遵循“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的基本原則。中煤陜西公司結(jié)合企業(yè)自身特點(diǎn)和地域特性，發(fā)揮煤化工企業(yè)天然優(yōu)勢，將污泥制備成高濃度的污泥煤漿再進(jìn)行氣化，既解決了污泥產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，又充分回收了污 泥中的熱值和水分，實(shí)現(xiàn)了污泥資源化利用的目標(biāo)，從企業(yè)角度大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。中煤陜西 公司的污泥資源化利用方式可為西北地區(qū)水資源 匱乏、污泥處置難度大的煤化工企業(yè)提供經(jīng)驗(yàn)， 同時(shí)為我國城市和工業(yè)污泥資源化利用起到示范作用。
綜上所述，探索適合我國國情的合理處置和 利用污泥技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，研究污泥資源 化利用技術(shù)既能解決污泥帶來的環(huán)境污染問題， 又能節(jié)約能源資源和水資源，對促進(jìn)我國城鎮(zhèn)化 和工業(yè)快速發(fā)展具有重要作用。濟(jì)南水處理設(shè)備，濟(jì)南去離子水設(shè)備。 濟(jì)南純水設(shè)備，濟(jì)南醫(yī)用純水設(shè)備
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