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煤化工企業污水污泥資源化利用的實踐與探索

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結合我國煤化工的污泥處理現狀,分析了當前傳統污泥處置技術和污泥資源化利用技術的 情況,重點介紹了中煤陜西榆林能源化工有限公司污泥資源化利用情況,并對污泥資源化利用作了經濟性分析。通過探索污泥資源化利用新方向,提出污泥資源化利用應根據其物理化學特性,遵循因地制宜、安全環保等原則,同時為煤化工企業污泥資源化利用提供寶貴經驗,共同推動煤化工行業零排放。 
《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱 要》 以及 《能源發展“十三五”規劃》(以下簡稱 《規劃》) 指出,煤炭是我國的主體能源和重要原 料。適度發展煤炭深加工產業,既是國家能源戰 略技術儲備和產能儲備的需要,也是推進煤炭清 潔高效利用和保障國家能源安全的重要舉措?!兑?劃》 提出全面推進能源生產和消費革命,努力構 建清潔低碳、安全高效的現代能源體系,發展現 代煤化工是符合中國國情的煤炭清潔開發利用的 道路。煤化工產業耗水量巨大,產生的污水量也 大,污染物濃度高。而在煤炭資源豐富的地域, 往往水資源稀缺,因此水資源和環境問題已成為 制約煤化工產業發展的瓶頸,尋求處理效果更 好,工藝穩定性更強、運行費用更低的污水污泥處理技術 , 實現 煤化工污水污泥 “ 零 排 放 ”, 已經成為煤化工發展的自身需求和外在要求。 污泥是污水在處理過程中經絮凝沉淀后產生 的絮凝物,其產量大、含水高,同時富集了大量 重金屬離子和少量的病原微生物等有害物質,已 被列為危廢,若不加處理任意排放,易造成環境的二次污染[1]。在城市化和工業發展過程中污水的 產量每年急劇增加,全國污水處理能力在每天1.39 億 t 以上[2],經過污水處理廠處理后產生了大量的污泥。污泥的主要處置方法是填埋、焚燒以及干 化,而隨著環保要求不斷提高,傳統的污泥處置 方法已經不能滿足現代社會發展的需要,因此污 泥資源化利用技術越來越受到重視。本文主要闡 述污泥資源化利用的主要方向,并結合中煤陜西 榆林能源化工有限公司污水污泥利用現狀進行分 析,為探索污泥的資源化利用提供參考。
1 煤化工企業污泥現狀 
現代煤化工是以煤為原料,生產清潔能源和化工產品的產業,主要包括煤制氣、煤制油、煤 制乙二醇以及煤制烯烴等?,F代煤化工是煤炭清潔高效利用的重要方式之一,其生產的油品和天 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,維護我國能源安全。因此,發展現代煤化工具有重要意義。而影響煤化工產業發展的主要問題之一是水,因煤化工廢水排放強度 大、毒性強、波動大等特性,加之煤質特性差 異,造成了很難有特定的工藝技術能夠穩定、高效、可靠的處理煤化工廢水問題。 
隨著我國在煤化工領域各項關鍵技術的突破,多項核心技術已具備自主知識產權,新建煤化工項目遍地開花,煤化工規模的不斷擴大,使 得工業污水產量也迅速增長,因污水中含有難降 解、難以脫除的有機物,難以直接利用,從而制約了煤化工產業的快速發展。我國環保要求不斷 加強,政府和企業近些年也加大了對工業污水的處理投資,因此大型煤化工企業都配套相應的污水處理廠,隨著污水處理廠數量迅速增加,處理 污水的能力也迅速提高,導致污水處理過程中產 生的污泥量急劇增加[3]。 
煤化工的快速發展,雖然對煤炭進行了清潔高效轉化,同時也生產了污水污泥。目前企業對污泥的處置方法有限,又因環保政策要求,往往是將污泥外送交由具有危廢處理資質的單位進行處置,在陜西地區固含17%的污泥外送處置費用為 3 400元/t,部分地區更是高達6 000元/t,處置污泥極大的增加了企業的生產成本。據不完全統計,僅水煤漿氣化為主的煤化工企業每年產生固含5%的污泥高達450萬t,污泥處置費用約45億元。煤化工企業的污泥外運處理費用高,若實現 污泥資源化利用后,可為企業帶來顯著的經濟效 益,還可節約大量原煤和水資源,因此結合煤炭 氣化工藝對污泥進行資源化利用已經成為重要的研究方向。因污泥所含有機質具有一定熱值,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 污泥處置技術與資源化利用分析 
污水污泥的處理是解決城市和工業發展的重要環節,長期以來隨著我國新建污水廠規模不斷 擴大,污水處理已取得較快的發展,而污泥處理相對滯后。從全球范圍看,傳統的污泥處置技術經過多年的發展已經成熟[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,在實際運用過程中若處理不當易造成 污泥二次污染等嚴重后果。隨著現代社會對環保 的要求不斷提高,傳統的污泥處置技術已經不是 有效處理污泥的最佳方法。污泥資源化利用已經成為污泥處理的主要方向,包括堆肥利用技術、 建材化技術、能源化技術、材料化技術、污泥蛋白質利用技術[5]。 
2.1 傳統污泥處置技術 
目前污泥處置技術主要有3種,衛生填埋、污泥焚燒以及土地利用,污泥處置技術因各國社會 發展和經濟水平不同而有所差異,發達國家因工 業發展較早,污泥處置技術比較完善,其中土地 利用占比較大。我國污泥處置技術雖起步較晚, 但隨著政府不斷加強執行污泥無害化處置政策, 污泥處置技術已與發達國家基本持平。 
1) 填埋處理。污泥填埋技術是最早用于處理 污泥的技術,經過很多年的發展,填埋處理技術 已經比較成熟。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,因我國城市化進程加快,可用土地也越 來越少,且污泥填埋處理技術無法避免環境污 染,僅是延緩污染時間,例如有害金屬和成分下 滲會污染地下水等,因此填埋處理技術不是處理 污泥的最佳方法。 
2) 污泥焚燒。污泥焚燒也存在這類問題,焚 燒溫度低會導致二噁英等有害氣體產生,污染環 境。在我國一些地區依然運用填埋處理技術處理 污泥,可是大部分地區由于填埋場地的選址與運 輸花費等相關問題,在很大程度上限制了其普遍 運用。因此污泥焚燒填埋處理技術不是處理污泥 的最佳方法。 
3) 土地利用。污泥中富含有機質、氮磷鉀等成分,具有較強的黏性和吸水性,能夠改善土壤 的物理化學特性,有利于形成土壤團粒,較少水土流失,提高土壤的肥力和保水能力,實現農業生態環境的良性循環。 雖然污泥具有改善土壤特性以及修復鹽堿地、沙地等優點,但其含有病原體以及有害物質等,若不經處理直接進行土地利用,濃度過高的 有害物質會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 
1) 污泥燃料利用技術。污泥中含有大量有機物,具有一定熱值,通??膳c煤或水煤漿混合制 的粘結性,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。制作水煤漿燃料是將污泥、煤、 水和添加劑按比例混合經研磨制成具有流動性的 新型污泥燃料,其特點為漿狀,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熱量,帶來顯著的經 濟效益。同時可替代部分新鮮水,既節約了水資 源又對廢水進行了回收利用,具有重要的社會與 環境效益。 
2) 污泥材料化技術。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, 實現污泥的經濟效益和環境效益。除此之外,還 有學者研究了污泥制成新型材料,例如生化纖維 板,它是經過熱壓處理使污泥中的蛋白分子產生 目前我國在污泥建材利用方面的技術相比發達國家改性作用,再經脫脂和漂白等處理壓制成板材, 還不成熟,仍需要繼續研究。 
3) 污泥堆肥技術。污泥堆肥技術是在20世紀 50 年代逐漸發展起來的污泥處理技術,通常是利 用微生物的作用將污泥中的復雜有機物降解轉化 成比較穩定的有機物,同時將污泥中的易揮發組 分進行降解,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 的堆肥產品能夠充當土壤改良劑等。污泥堆肥技 術經過長期的發展,雖然取得較大進步,但仍存 在許多待解決的問題,需要繼續研究,例如污泥經過堆肥利用后,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 對上述問題進行探索研究。 
2.3 污泥處置技術發展趨勢分析 
填埋、焚燒、土地利用等傳統污泥處置方法 不僅運行費用高,而且不能完全消除污泥對環境 產生的危害。污泥的無害化處置以及資源化有效利用是人類共同關注的問題,污泥的處置與利用 也應當兼顧到經濟效益、環保效益和社會效益。 我國污泥資源化利用與發達國家相比仍然較為落后,利用率不到 10%,伴隨著污泥的產量不斷增 多,差距仍會擴大。因此結合我國工業進程發展 開發出針對性的污泥資源化利用技術具有重要意義。 
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計年產烯 烴 60 萬 t,采用水煤漿氣化技術,每年產生固含 5%的污泥高達12萬t,污泥作為危廢外送處理費用極高,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質和可燃物進行氣化,既能充分利用其熱值又能替代部分水資源,可最大程度的保護環境,同時可為中煤陜西公司大大降低污泥處置費用。中煤陜西公司 對現場脫水后的污泥進行了分析,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。制備水煤漿主要設備為棒磨機,中煤陜西公司曾嘗試將污泥水直接加入到棒磨機中,與煤漿 混合后進行氣化,實際運行過程中發現,由于污 泥水的加入,造成煤漿粘度急劇增加,煤漿流態變差,使得煤漿堵塞棒磨機的出料篩網,設備故障率提高,生產過程被迫降低煤漿濃度,極大地降低了氣化經濟性。主要原因為污泥比表面積 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濟性, 中煤陜西公司采取污泥外送交由具有危廢處理資 質的單位進行處理,固含17%的污泥處理費用高達 3 400 元/t,極大提高了企業生產成本。同時調研過污泥減量化再進行外送處理的辦法,但該技術新增污泥干燥設備,占地面積大、成本高,干燥過程中會產生廢煙氣污染環境,因此未采用污泥減量化技術。
中煤陜西公司通過共同開發煤漿提濃新技術,使三峰分形級配提濃工藝技術得到示范,煤漿提濃系統投用后,細磨機和超細磨機通過高速 剪切和溫升作用對污泥進行改性,改性后的污泥不影響煤漿濃度,系統每年可處理 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,為企業帶來了可觀的經濟效益。 
3.3 污泥資源化利用經濟性分析
煤漿提濃系統投用后,系統每小時可處理15 t 固含為 5%的污泥,每年達 12 萬 t。中煤陜西公司購買新鮮水價格為 12.4元/t,外送處置固含為 17% 的污泥費用為 3 400 元/t??捎嬎愠鑫勰噘Y源化利 用產生的經濟效益。節約處置費如下 污泥量 (固含17%) =15 t/h×5%÷0.17=4.41 t/h 污泥處置費用=4.41t/h×3 400元/t=14 994元/h 節約新鮮水費用為 15 t/h×95%×12.4元/t=176.70元/h 可節約污泥處置費和新鮮水費用合計 12 136.56 萬 煤化工企業年生產時間以 8 000 h 計算,每年 元。污泥資源化利用后,為中煤陜西公司大大降 低了生產成本。中煤陜西公司將污泥資源化利用 化工企業提供寶貴經驗,共同推動煤化工行業零污染,是探索污泥資源化利用的重要嘗試,可為煤 后,既降低了企業生產成本,又減少了環境污排放。
4 結 語 
污泥的處置與利用是當今環境科學中的重要課題,從經濟發展、資源開發利用、環境保護等 在當前能源結構和環保政策調整的背景下,污泥各方面來看,污泥最理想的出路是資源化利用。 資源化利用技術是重要的發展方向,符合國家節 能環保政策導向。我國煤化工從裝備和工藝技術已處于國際領先水平,實現零排放將是增強企業競爭力的主要方向,煤化工企業未來應不斷推進 能源產業技術升級,在構建清潔高效的能源體系中發揮重要作用。 
污泥資源化利用應根據污泥特性,遵循“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”的基本原則。中煤陜西公司結合企業自身特點和地域特性,發揮煤化工企業天然優勢,將污泥制備成高濃度的污泥煤漿再進行氣化,既解決了污泥產生的環境污染問題,又充分回收了污 泥中的熱值和水分,實現了污泥資源化利用的目標,從企業角度大大節約了生產成本。中煤陜西 公司的污泥資源化利用方式可為西北地區水資源 匱乏、污泥處置難度大的煤化工企業提供經驗, 同時為我國城市和工業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 利用污泥技術具有重要現實意義,研究污泥資源 化利用技術既能解決污泥帶來的環境污染問題, 又能節約能源資源和水資源,對促進我國城鎮化 和工業快速發展具有重要作用。 

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