我国造纸污泥处理现状及趋势.doc

我国造纸废固物处理现状及趋势
------唐志超 浙江华章科技有限公司

造纸行业是资源、能源消耗强度高、污染染物产生量大、环境影响严重的加工制造行业。造纸过程会产生大量的固体废弃物，随着产业规模的逐渐扩大，这些固废物所带来的环境影响也日益突出，随之而来的各种生态问题和社会问题也逐渐突显出来。
在造纸过程中产生的大量的造纸废渣和污泥，由于含水量高(60％以上)，呈淤泥状态，成份复杂，处理利用难度大，目前大部份仍然只采取简单的堆放和填埋。随着政府环保监管的日益加强、公民环保意识的不断提高、企业家社会责任感的日渐形成，各种绿色循环技术的探索和应用十分活跃，但总体而言，造纸固体废物的绿色循环经济链尚未形成，各种资源化利用技术多处于起步阶段。

1． 制浆造纸行业固体废物的来源和处理现状。
制浆造纸行业的固体废弃物包括原生浆生产中的原料备料废渣、碱回收车间白泥、废水处理污泥以及二次纤维利用过程中产生的脱墨污泥、筛选废渣等。其中，干法备料废渣的主要成分为树皮、植物碎屑和尘土、砂砾等，不含化学药品等污染成分。禾草制浆和木材制浆备料产生的草屑和树皮产生量虽大，但相对较易处理，如采用草屑锅炉和树皮锅炉等设备处理，炉温可以保持400C以上，且环境污染程度较小。又如碱回收产生的白泥，近年来随着真空脱水设备效率的不断提高，白泥固含量已经能够达到70%以上，使得用白泥脱硫、用白泥制造造纸填料塑料制品填充物、制作建材等成为可能，并在一些企业得到实际应用。然而，废水处理厂产生的污泥和废纸制浆脱墨污泥的产量规模巨大，成分比较复杂、污染程度高、治理难度大，近年来一直是各行业开发利用的研究热点和难点，本文将重点介绍造纸污泥的治理进展和前景展望。

2.造纸污泥的处理概况
2造纸污泥的性质
造纸污泥是一种生物固体废弃物，这种废弃物有机质含量较高，但理化性质与城市污泥及其他工业污泥有所不同。造纸污泥可分为脱墨污泥(de—inking paper sludge)、初级污泥(primary sludge)、二次(secondary sludge)和混合污泥(combined sludge)4种类型。来源于生产原木纤维所产生的污泥称为初级污泥；通过对回用的废纸脱墨所产生的污泥称为脱墨造纸污泥；二次污泥也被称为活性污泥，来自污水的二级处理过程，二级处理一般采用生物化学的方法去除呈胶体状态和溶解状态的有机污染物；初级污泥与活性污泥的混合后的污泥称之为混合污泥。

污泥是造纸过程废水处理的终端产物，每生产一吨再生纸，就会产生150公斤以上的污泥（绝干量），污泥数量是同等规模市政污水处理厂的5～10倍，且成分复杂，含水量高，处理难度大。造纸污泥生物质含量丰富，有机物含量40％-50％，主要含有纤维素、半纤维素和木质素等高分子有机物以及填料、凝聚剂等，且不含重金属，是一种生物质资源。我国造纸污泥的处理技术大致上有做建材、制堆肥、焚烧发电、填埋，下面就这几个方面的技术进展做介绍。

2.1 用造纸废渣和脱水污泥生产新型建筑材料：我国的制砖行业正在经历淘汰回转窑，推广隧道窑的过程之中，而隧道窑结构更有利于的烟气余热的利用，可以利用烟气干燥湿污泥，从而为提高污泥的掺比创造了有利的条件。
掺用污泥制砖的主要生产过程是：纸废渣和污泥作为内燃料掺入页岩，经搅拌机混合均匀之后进行制砖。在砖坯放入砖窑焙烧期间，再将一部分造纸废渣和污泥从窑顶放入窑内，替代煤炭燃烧，燃烧产生的灰渣再用于制砖，形成制砖生产的闭合循环链。这样既节省了泥土，又节省了燃料煤。
我国的粘土制砖已经受到严格的限制，目前的普通承重砖主要是用页岩烧制，一般情况下，承重砌块使用的造纸废渣和脱水污泥比例在10%左右；而若污泥比例达到40%以上，就能制作保温砖，保温砖的售价能比普通砖块提高50%左右。在利润驱使和各地政府的鼓励下，各地的砖厂对于掺用污泥有着很高的积极性，不少私人企业也纷纷满怀热情的投入到这个行业，有的投资上亿元。

隧道窑砖出口
但是，到目前为止，这个领域多数的企业境况与企业家们当初高涨的投资热情并不相称，其面临的问题是：污泥来源不稳定，含水率偏高导致制砖能耗明显增加；污泥掺量偏低(10％左右)，因而达不到保温砖的技术要求；烟尘排放缺乏污泥有害气体检测和控制手段加剧了对环境的污染；制砖的成品率较低，破损使生产成本倍增；产品质量不稳定严重影响产品销路。一些砖厂利用地处偏远的优势，事先将污泥晾晒到50%左右的含固率，然后制砖，但毕竟占地太大，劳动力成本也很高，难以形成大规模生产。所以，如何低成本的提高污泥的含固率是污泥制砖利润最大化、解决二次污染的关键。
2.2 造纸堆肥技术的现状和瓶颈
造纸污泥的主要成分是天然有机质——植物短纤维沉淀。它富含有机质（含量超过40%）、氮、磷、钾，而病原菌、重金属等有害物质则远远低于畜禽粪便。是制肥的理想原料。我国是一个农业大国，肥料生产还存在一定缺口，并且由于土壤的过度耕作，导致土壤肥力和有机质含量不断下降，有机肥需求将会日益增长。
污泥制肥工艺流程是：将机械脱水后污泥与其他添加剂混合以后,采用以好氧发酵为主的方法制肥,好氧发酵过程利用好氧性微生物的代谢作用,使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质, 反应的最终代谢物是CO2、H2O和热量,大量产生的热量使物料维持持续高温,以降低物料的含水率, 并有效地去除了污泥中的病原体、寄生虫卵和杂草种子,使对污泥的处置达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。
一个成功的案例是寿光蔡伦中科肥料有限责任公司用污泥制造堆肥项目。该项目应用自动控制工业化快速堆肥技术，对晨鸣纸业的造纸污泥进行了无害化处理，实现了堆肥过程的温度、氧气等实时在线监测及计算机自动控制。所生产的堆肥产品已在30多种作物上进行了种子发芽率等作物毒性试验和一系列大田应用试验，对堆肥的肥效和环境影响进行了评价，解决了产品用于粮食、蔬菜、园林、花卉等的配套技术。产品还通过了国家化肥质量监督检验中心和山东省及寿光市产品质量监督检验部门的检验，重金属和有害病菌含量远低于国家控制标准，产品质量全部符合国家标准。
寿光蔡伦中科肥料所在的寿光市是我国著名的蔬菜生产基地，蔬菜种植面积达85万亩，用造纸污泥生产的有机肥受到当地菜农的欢迎。

污泥堆肥车间 
但是，制约污泥制肥发展的因素也是显而易见的：
1. 由于污泥的含水率高，高温堆肥往往需要加热，能耗成本较高。
2. 污泥堆肥属于低附加值产品，无法长途运输限制了其销售范围。
3. 政府对有机肥的的补贴仅局限于少数地区，并没有普遍实行。污泥处置的环保补贴也没有形成全国性的法律规定。
4. 在南方富庶地区，农民多忙于务工经商，更倾向于使用肥效快的化肥。
5. 在丘陵地区，由于有机肥施用量大，田间施肥的运输费时费力，农民仍习惯性的选择化肥。
要解决这些问题，必须要从技术创新、政策导向和舆论宣传等方面多管齐下才有可能根本转变现状。

2.3 造纸污泥焚烧技术的现状和瓶颈
焚烧法处理是把脱水预处理的污泥由双燃料动力锅炉或专门污泥燃烧锅炉焚烧。我国污泥焚烧技术处于起步阶段，各种技术尝试和应用很多。在这个领域，大量的开发工作集中在污泥干燥设备各种国产污泥干燥设备的选择很多，形成了不同系列的产品，比如烟道气回转干燥机、烟道气带式干燥机、蒸汽桨叶干燥机、油热桨叶干燥机、等等，总体上看，烟道气干燥技术因其运行成本较低而得到了更为广泛的应用，虽然目前还未形成一个公认的最佳方案。但已经形成了如下共识：
1） 造纸污泥含水率达到40%以下时，对锅炉的正常运行不会造成明显的干扰，该含水率下的造纸污泥污泥湿基热值大约在900-1000Kcal/Kg，基本能实现持燃而不需要添加辅助燃料。
2） 造纸污泥焚烧不会增加S负荷，相反的，由于造纸污泥中存在着大量的碳酸钙填料，这些填料在焚烧过程中能起到一定的脱硫作用。
污泥焚烧面临的共性问题是：
1） 运行成本高。以含水率80%的污泥干燥到含水率40%为例，烟道气干燥成本约为80元/吨湿泥（80%含水率），蒸汽桨叶干燥成本约为120元/吨湿泥（80%含水率），油热桨叶干燥成本约为150元/吨湿泥（80%含水率），与城市污泥的运作享受政府财政补贴不同，造纸企业的污泥治理成本须由污染企业自行承担，这在很多情况下成为污泥治理决策的经济障碍。
2） 二次污染问题：污泥干燥的湿热废气需要经过除臭处理才能排放，增加了投资和运行成本，有的地方因污泥干燥废气泄露曾引起附近居民的强烈投诉。
3） 安全问题：污泥中含有的挥发组分比较高，一旦遇到明火，容易发生爆炸事故。虽然业内达成了半干化（含水率40%左右）焚烧的共识，但实际控制中往往很难避免污泥的局部过干燥或者过热，这需要在搅拌、自动化检测和安全控制设施方面加以改进。

污泥干化焚烧流程

3. 污泥的减量化
企业家和科技工作者有着一个共同的诉求:降低运行成本，使污泥处理成为有利可图的项目。为了实现这个目标，我国环保工作者一直在不懈努力，其中一个有效途径就是在污泥处理之前先进行污泥的减量化，下面就这一课题进行介绍。
3.1 连续式污泥深度脱水设备
这种设备的特点是在带式脱水机的脱水辊下加装一条不锈钢板链带，利用不锈钢带提供高达150公斤/厘米的张力，将污泥从含水率80%干化到50%左右，2500毫米门幅的单机处理能力为200吨污泥（80%含水率），综合处理成本为14元/吨污泥（80%含水率）。这种设备主要应用于化学泥组分在15%以下的造纸初沉混合污泥，目前在山东太阳纸业运行良好。

污泥带式深度脱水机

3.2间歇式污泥深度脱水设备
这种设备主要应用于较难脱水的化学和生化活性污泥，在不使用额外化学药剂的情况下，能将含水率80%的污泥半干化到含水率60%左右。综合运行成本约为35元/吨污泥（80%含水率）。该设备的主要特点是：
l 高压强脱水： 最高泥面压强20MPA。
l 变容积脱水：滤饼压缩比例为50%-400%。
l 自动进料和卸料。

造纸化学污泥深度脱水效果

3.3添加化学药剂的污泥深度脱水技术：
脱水前污泥
污泥强力挤压脱水装置
脱水后污泥

技术特点：
通过在80%含水率的污泥中添加调理药剂，改变污泥的脱水性能，来实现污泥的深度脱水。一般运行成本在80元/吨污泥（80%含水率）左右，脱水后的污泥含水率为40%左右。由于药剂中大量使用了硫酸盐和卤盐，污泥后续处理比如焚烧、堆肥等都将遇到严重障碍，所以这类技术主要用于污泥减量填埋。

4. 污泥治理的发展趋势。
我国造纸污泥的趋势将是更普遍的采取先减量再处理的技术路线以降低运行成本。如果运行得法，完全有可能在没有政府补贴的情况下实现项目盈利。
这里举例介绍一个能够盈利的污泥焚烧处理方案，以便具体的了解这一发展趋势：
项目概况：日处理量600吨（水分75%）脱墨污泥，其中90%为初沉污泥，10%为生化污泥，混合污泥水分75%，。先将污泥用带式污泥深度脱水机将污泥低成本的干化到水分50%左右，而后将含水率为50%左右的湿污泥经无轴螺旋输送机送入干化造粒装置内，小泥团在干化装置内被迅速破碎、分散成松散的颗粒状。使其有充分的表面积和间隙孔与烟气换热而干化，使之成为直径较松散的成品泥粒，成品泥粒可作为辅助燃料掺到燃煤里,加入垃圾焚烧锅炉燃烧。也可作为垃圾覆盖土、轻质保温砖原料和水泥道板砖原料等。
流程示意图：

污泥输送
强力带式压滤机
无轴螺旋输送机
回转式污泥干化成粒装置
堆泥场
送泥车
造纸污泥
风阀
烟 囱
引风机
电除尘器
辅助燃煤
煤 库
皮带输送机
污泥流程
烟气流程
引风机
电动闸阀
电动闸阀
热电厂
锅炉

运行费用分析及经济效益
压滤成本
1)电费:装机容量30KW，实际使用总功率16KW,电价以0.65元/度计算,电费为：
16×24×330×0.65=8.2368(万元/年)
2)过滤费用:滤布及低压区张力带使用寿命以3个月计算,板链带使用寿命以4年计算,过滤材料费用为:
低压滤布:120×2.5×(9.5+5.7) ×4=1.824(万元/年)
高压滤布:120×2.5×(13.4+9.5) ×4=2.748(万元/年)
低压张力带:150 ×2.52×6.3×4=0.9526(万元/年)
板链带:20×2÷4=10(万元/年)
3)人工费:工人3名,年成本约8万元
4)清洗用水费:31680×2.5=7.92(万元/年)
5)污水处理费: 31680×2.9=9.1872(万元/年)
6)维修费:5万元/年
7)折旧费:200÷5=40(万元/年)
总的运行费用为93.8686万元/年,以日处理量200吨计

吨湿泥（75%含水率）的处理成本为：14.2元。

干化和焚烧成本

机械脱水的成本是30-60元/吨水，热能干燥脱水的成本是150-250元/吨水，该项目能够盈利的关键在于充分利用了机械脱水的经济性：污泥含水率从75%降低到30%，每吨绝干污泥总共要脱除2.57吨水，而含水率从75%到50%，每吨绝干污泥就已脱除了2.0吨水，占总脱水量的77.8%，而这部分水量是由机械干化技术低成本的实现的。嫁接机械干化的技术同样可以应用于污泥制肥、制砖等领域。这种优势技术的组合具有明显的竞争力，所以将在市场上有很强的生命力，尤其是像中国这样对处理成本非常敏感的市场。