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摘 要：废纸造纸废水处理产生的污泥利用焚烧处理方式，既可以实现废物资源化和再生资源回收利用，达到清洁生产的目的，又可以为企业提供了大量的热能。通过分析项目造纸废水处理污泥的性质，以及污泥处置工程的原料、燃料消耗情况及热平衡情况，得出本公司废水处理污泥通过焚烧可以回收热值。
关键词：废纸造纸 污泥 焚烧 回收热值 可行性
废纸作为一种重要的可再生资源，其回收利用具有良好的经济、社会和环境效益，不仅可减少森林等资源的使用，而且可减少废纸处理的环境污染，符合生态文明建设的要求。但废纸造纸废水处理污泥主要为白土、滑石粉和碳酸钙等无机物以及细小纤维、短纤维、粗渣、碳黑、天然或合成黏合剂等有机物。根据《广东省严控废物处理行政许可实施办法》，废纸造纸废水处理产生的污泥属于（HY03）广东省严控废物。现在废纸造纸废水处理产生的污泥主要采用填埋、倾倒和焚烧等处理处置方式。其中污泥焚烧既可以实现废物再生资源回收利用，达到清洁生产的目的，又可以为企业提供了大量的热能。因此焚烧法处理尤其是流化床锅炉焚烧法处理在发达国家和我国部分外资造纸企业得到了广泛应用。通过分析某公司造纸废水处理污泥的性质，以及污泥处置工程的热平衡情况，研究焚烧回收热值的可行性。
一、污泥來源和数量
某公司利用废纸造纸，废水处理过程产生两部分污泥，好氧生化污泥和物化处理污泥。好氧生化污泥循环回用至深度厌氧使用，所排放污泥只是物化处理（一体化）环节其中纤维没有利用价值的，此污泥经离心脱水后每天产生量约45t，污泥含水率约75%。这部分污泥大部分回用，每天委外处置约10～15t。物化污泥有很高的纤维含量，进入压滤机前加入适量聚丙酰烯胺就能达到较好的脱水效果；而生化处理系统排出的污泥则加入适量聚合氯化铝，结合聚丙酰烯胺使用。该公司采用废纸制浆工艺用于生产包装用纸，因此不需要脱墨、漂白工序。因此，本次污泥工程处置的物化污泥中可能诱发二噁英前置物质的含量较低。
本项目处置工艺流程是将含水率约98%的污水站污泥深度脱水至50%后，再进行干化含水率降至15%。含水率98%造纸废水处理湿污泥规模约562.5t/d，含水率50%脱水污泥约22.5t/d，干化至含水率15%的污泥约13.2t/d。
二、污泥性质分析
1.造纸污泥的一般特性分析
造纸污泥是混合污泥包括一沉污泥和二级生化污泥，污泥灰分比较大，热值不高，含水率高。连续三天产生的污泥进行监测，每天采样一次。脱水污泥泥饼pH值在7.40～7.43之间为中性，经离心脱水的污泥含水率约为75%，污泥中有机物的含量不大，在24.17～35.11%左右，灰分含量较高。
2.重金属含量分析
造纸污泥中的有害物质成份较低，表1列出造纸污泥（干态）重金属含量的三天的监测数据。由于现有工程是将锅炉灰渣外卖制砖，技改项目建成后也是将锅炉灰渣外卖制砖。因此，参照《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T 25031-2010）标准，本项目污泥所含重金属含量是满足该标准的，且含量远低于标准限值。
表1 污泥重金属含量分析数据 单位：mg/kg
3.污泥热值分析
表2列出了本项目污泥进行的热值分析结果，分析数据表明，污泥干燥基高位发热量均值为7.53MJ/kg，收到基低位发热量均值为0.16MJ/kg，空干基高位热质为6.75～7.79 MJ/kg，经检测造纸污泥本项目污泥热值与其他燃料热值对比见表3。造纸污泥的空干基发热量相当于煤炭的20.4～23.6%，可用作低热值燃料。
表2 本项目处置污泥的工业分析结果
表3造纸污泥与其他燃料发热量对比表
4.合成二恶英前驱物质分析
对干污泥中含有合成二恶英前驱物质进行了检测，检测结果显示本项目处置的污泥含合成二恶英前驱物质浓度很低，均低于检出限为未检出，具体见表4。
表4 污泥中合成二恶英前驱物含量分析数据 单位：mg/kg
三、污泥处置工程热平衡情况分析
1.湿污泥干化分析
从企业锅炉废热烟气引8万m3/h烟气经管道输送至干燥塔。干燥器进口温度125℃，出口温度80℃。脱水车间每天产生含水率50%脱水污泥约22.5t/d（0.94t/h），每小时干燥含水率50%污泥到含水率15%，蒸发的水分约为0.39 t/h，热量平衡计算如下：
1.1 0.39 t/h水由常温20℃加热成125℃的水蒸气需耗用热能约为：
390kg/h×[105千卡/kg显热+580千卡/kg（汽化潜热）]=267150千卡/h；
1.2 8万m3/h废热烟气从125℃降到80℃，释放的热能为：
（125℃的晗值-80℃的晗值）×8万m3/h=（135.2-85.7）千卡/m3×8万m3/h =3960000千卡/h；
从以上计算结果对比可知，废热烟气释放的热量完全可以满足干燥含水率50%污泥到含水率15%所需热量。
2.干污泥焚烧分析
本项目的主要燃料为煤和污泥。锅炉车间每年生产360天，每天生产24小时，技改前锅炉总耗煤量为22.8万t/a（26.39t/h）。造纸车间每年生产300天，每天生产24小时，产出含水率15%干污泥13.2t/d。因此，干污泥与煤混合后平均每天处置量为11吨（0.46t/h），
由于燃烧的污泥含有一定水份（含水率15%），水份会吸收热量，带来热损失。处置1吨含水率15%干污泥热量平衡计算如下：
2.1150kg水由常温20℃加热成145℃（锅炉排烟温度）的水蒸气需耗用热能约为： 150kg×[125千卡/kg显热+580千卡/kg（汽化潜热）]=105750千卡
2.2干污泥渣850kg按1736千卡/kg（7.29 MJ/kg）发热值计算，产生热值为：
850kg×1736千卡/kg=1475600千卡
2.3则每处置1吨干污泥可节省的用煤量为：
本项目锅炉一般采用的是4200千卡/kg的烟煤，热效率以70%计
（1475600千卡-105750千卡）×70%÷4200千卡/kg=228kg
因此，每处置1吨含水率15%干污泥可节省0.228吨烟煤，本项目建设后每天处置11吨干污泥，则每天可节省用煤量2.51t，每年节省903.6t。
四、结论
该项目是对造纸废水处理后污泥经脱水，利用锅炉余热干燥后，与煤混合后送入厂区现有锅炉中燃烧，实现污泥减量化，同时每年可节约燃煤量903.6t，因此既实现了废物资源化和再生资源回收利用，又回收了热值，达到清洁生产的目的，具有非常显著的社会效益、经济效益和环境效益。
作者简介：李国彬（1981-）男，山东青州人，中山市环境保护科学研究院，讲师，工程师，主要从事环境保护科研、环境影响评价，环境规划与管理、清洁生产审核等研究。
关键词：废纸造纸 污泥 焚烧 回收热值 可行性
废纸作为一种重要的可再生资源，其回收利用具有良好的经济、社会和环境效益，不仅可减少森林等资源的使用，而且可减少废纸处理的环境污染，符合生态文明建设的要求。但废纸造纸废水处理污泥主要为白土、滑石粉和碳酸钙等无机物以及细小纤维、短纤维、粗渣、碳黑、天然或合成黏合剂等有机物。根据《广东省严控废物处理行政许可实施办法》，废纸造纸废水处理产生的污泥属于（HY03）广东省严控废物。现在废纸造纸废水处理产生的污泥主要采用填埋、倾倒和焚烧等处理处置方式。其中污泥焚烧既可以实现废物再生资源回收利用，达到清洁生产的目的，又可以为企业提供了大量的热能。因此焚烧法处理尤其是流化床锅炉焚烧法处理在发达国家和我国部分外资造纸企业得到了广泛应用。通过分析某公司造纸废水处理污泥的性质，以及污泥处置工程的热平衡情况，研究焚烧回收热值的可行性。
一、污泥來源和数量
某公司利用废纸造纸，废水处理过程产生两部分污泥，好氧生化污泥和物化处理污泥。好氧生化污泥循环回用至深度厌氧使用，所排放污泥只是物化处理（一体化）环节其中纤维没有利用价值的，此污泥经离心脱水后每天产生量约45t，污泥含水率约75%。这部分污泥大部分回用，每天委外处置约10～15t。物化污泥有很高的纤维含量，进入压滤机前加入适量聚丙酰烯胺就能达到较好的脱水效果；而生化处理系统排出的污泥则加入适量聚合氯化铝，结合聚丙酰烯胺使用。该公司采用废纸制浆工艺用于生产包装用纸，因此不需要脱墨、漂白工序。因此，本次污泥工程处置的物化污泥中可能诱发二噁英前置物质的含量较低。
本项目处置工艺流程是将含水率约98%的污水站污泥深度脱水至50%后，再进行干化含水率降至15%。含水率98%造纸废水处理湿污泥规模约562.5t/d，含水率50%脱水污泥约22.5t/d，干化至含水率15%的污泥约13.2t/d。
二、污泥性质分析
1.造纸污泥的一般特性分析
造纸污泥是混合污泥包括一沉污泥和二级生化污泥，污泥灰分比较大，热值不高，含水率高。连续三天产生的污泥进行监测，每天采样一次。脱水污泥泥饼pH值在7.40～7.43之间为中性，经离心脱水的污泥含水率约为75%，污泥中有机物的含量不大，在24.17～35.11%左右，灰分含量较高。
2.重金属含量分析
造纸污泥中的有害物质成份较低，表1列出造纸污泥（干态）重金属含量的三天的监测数据。由于现有工程是将锅炉灰渣外卖制砖，技改项目建成后也是将锅炉灰渣外卖制砖。因此，参照《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T 25031-2010）标准，本项目污泥所含重金属含量是满足该标准的，且含量远低于标准限值。
表1 污泥重金属含量分析数据 单位：mg/kg
3.污泥热值分析
表2列出了本项目污泥进行的热值分析结果，分析数据表明，污泥干燥基高位发热量均值为7.53MJ/kg，收到基低位发热量均值为0.16MJ/kg，空干基高位热质为6.75～7.79 MJ/kg，经检测造纸污泥本项目污泥热值与其他燃料热值对比见表3。造纸污泥的空干基发热量相当于煤炭的20.4～23.6%，可用作低热值燃料。
表2 本项目处置污泥的工业分析结果
表3造纸污泥与其他燃料发热量对比表
4.合成二恶英前驱物质分析
对干污泥中含有合成二恶英前驱物质进行了检测，检测结果显示本项目处置的污泥含合成二恶英前驱物质浓度很低，均低于检出限为未检出，具体见表4。
表4 污泥中合成二恶英前驱物含量分析数据 单位：mg/kg
三、污泥处置工程热平衡情况分析
1.湿污泥干化分析
从企业锅炉废热烟气引8万m3/h烟气经管道输送至干燥塔。干燥器进口温度125℃，出口温度80℃。脱水车间每天产生含水率50%脱水污泥约22.5t/d（0.94t/h），每小时干燥含水率50%污泥到含水率15%，蒸发的水分约为0.39 t/h，热量平衡计算如下：
1.1 0.39 t/h水由常温20℃加热成125℃的水蒸气需耗用热能约为：
390kg/h×[105千卡/kg显热+580千卡/kg（汽化潜热）]=267150千卡/h；
1.2 8万m3/h废热烟气从125℃降到80℃，释放的热能为：
（125℃的晗值-80℃的晗值）×8万m3/h=（135.2-85.7）千卡/m3×8万m3/h =3960000千卡/h；
从以上计算结果对比可知，废热烟气释放的热量完全可以满足干燥含水率50%污泥到含水率15%所需热量。
2.干污泥焚烧分析
本项目的主要燃料为煤和污泥。锅炉车间每年生产360天，每天生产24小时，技改前锅炉总耗煤量为22.8万t/a（26.39t/h）。造纸车间每年生产300天，每天生产24小时，产出含水率15%干污泥13.2t/d。因此，干污泥与煤混合后平均每天处置量为11吨（0.46t/h），
由于燃烧的污泥含有一定水份（含水率15%），水份会吸收热量，带来热损失。处置1吨含水率15%干污泥热量平衡计算如下：
2.1150kg水由常温20℃加热成145℃（锅炉排烟温度）的水蒸气需耗用热能约为： 150kg×[125千卡/kg显热+580千卡/kg（汽化潜热）]=105750千卡
2.2干污泥渣850kg按1736千卡/kg（7.29 MJ/kg）发热值计算，产生热值为：
850kg×1736千卡/kg=1475600千卡
2.3则每处置1吨干污泥可节省的用煤量为：
本项目锅炉一般采用的是4200千卡/kg的烟煤，热效率以70%计
（1475600千卡-105750千卡）×70%÷4200千卡/kg=228kg
因此，每处置1吨含水率15%干污泥可节省0.228吨烟煤，本项目建设后每天处置11吨干污泥，则每天可节省用煤量2.51t，每年节省903.6t。
四、结论
该项目是对造纸废水处理后污泥经脱水，利用锅炉余热干燥后，与煤混合后送入厂区现有锅炉中燃烧，实现污泥减量化，同时每年可节约燃煤量903.6t，因此既实现了废物资源化和再生资源回收利用，又回收了热值，达到清洁生产的目的，具有非常显著的社会效益、经济效益和环境效益。
作者简介：李国彬（1981-）男，山东青州人，中山市环境保护科学研究院，讲师，工程师，主要从事环境保护科研、环境影响评价，环境规划与管理、清洁生产审核等研究。