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煤化工企业污水污泥资源化利用的实践与探索

点击次数:  更新时间:2019/6/13    

结合我国煤化工的污泥处理现状,分析了当前传统污泥处置技术和污泥资源化利用技术的 情况,重点介绍了中煤陕西榆林能源化工有限公司污泥资源化利用情况,并对污泥资源化利用作了经济性分析。通过探索污泥资源化利用新方向,提出污泥资源化利用应根据其物理化学特性,遵循因地制宜、安全环保等原则,同时为煤化工企业污泥资源化利用提供宝贵经验,共同推动煤化工行业零排放。 



《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲 要》 以及 《能源发展“十三五”规划》(以下简称 《规划》) 指出,煤炭是我国的主体能源和重要原 料。适度发展煤炭深加工产业,既是国家能源战 略技术储备和产能储备的需要,也是推进煤炭清 洁高效利用和保障国家能源安全的重要举措。《规 划》 提出全面推进能源生产和消费革命,努力构 建清洁低碳、安全高效的现代能源体系,发展现 代煤化工是符合中国国情的煤炭清洁开发利用的 道路。煤化工产业耗水量巨大,产生的污水量也 大,污染物浓度高。而在煤炭资源丰富的地域, 往往水资源稀缺,因此水资源和环境问题已成为 制约煤化工产业发展的瓶颈,寻求处理效果更 好,工艺稳定性更强、运行费用更低的污水污泥处理技术 , 实现 煤化工污水污泥 “ 零 排 放 ”, 已经成为煤化工发展的自身需求和外在要求。 污泥是污水在处理过程中经絮凝沉淀后产生 的絮凝物,其产量大、含水高,同时富集了大量 重金属离子和少量的病原微生物等有害物质,已 被列为危废,若不加处理任意排放,易造成环境的二次污染[1]。在城市化和工业发展过程中污水的 产量每年急剧增加,全国污水处理能力在每天1.39 亿 t 以上[2],经过污水处理厂处理后产生了大量的污泥。污泥的主要处置方法是填埋、焚烧以及干 化,而随着环保要求不断提高,传统的污泥处置 方法已经不能满足现代社会发展的需要,因此污 泥资源化利用技术越来越受到重视。本文主要阐 述污泥资源化利用的主要方向,并结合中煤陕西 榆林能源化工有限公司污水污泥利用现状进行分 析,为探索污泥的资源化利用提供参考。


1 煤化工企业污泥现状 


现代煤化工是以煤为原料,生产清洁能源和化工产品的产业,主要包括煤制气、煤制油、煤 制乙二醇以及煤制烯烃等。现代煤化工是煤炭清洁高效利用的重要方式之一,其生产的油品和天 然气有助于缓解我国在石油和天然气等资源对外 的依赖程度,维护我国能源安全。因此,发展现代煤化工具有重要意义。而影响煤化工产业发展的主要问题之一是水,因煤化工废水排放强度 大、毒性强、波动大等特性,加之煤质特性差 异,造成了很难有特定的工艺技术能够稳定、高效、可靠的处理煤化工废水问题。 


随着我国在煤化工领域各项关键技术的突破,多项核心技术已具备自主知识产权,新建煤化工项目遍地开花,煤化工规模的不断扩大,使 得工业污水产量也迅速增长,因污水中含有难降 解、难以脱除的有机物,难以直接利用,从而制约了煤化工产业的快速发展。我国环保要求不断 加强,政府和企业近些年也加大了对工业污水的处理投资,因此大型煤化工企业都配套相应的污水处理厂,随着污水处理厂数量迅速增加,处理 污水的能力也迅速提高,导致污水处理过程中产 生的污泥量急剧增加[3]。 


煤化工的快速发展,虽然对煤炭进行了清洁高效转化,同时也生产了污水污泥。目前企业对污泥的处置方法有限,又因环保政策要求,往往是将污泥外送交由具有危废处理资质的单位进行处置,在陕西地区固含17%的污泥外送处置费用为 3 400元/t,部分地区更是高达6 000元/t,处置污泥极大的增加了企业的生产成本。据不完全统计,仅水煤浆气化为主的煤化工企业每年产生固含5%的污泥高达450万t,污泥处置费用约45亿元。煤化工企业的污泥外运处理费用高,若实现 污泥资源化利用后,可为企业带来显著的经济效 益,还可节约大量原煤和水资源,因此结合煤炭 气化工艺对污泥进行资源化利用已经成为重要的研究方向。因污泥所含有机质具有一定热值,为 污泥资源化利用提供了基本条件,将其掺入气化 水煤浆中是非常好的资源化利用方向。 


2 污泥处置技术与资源化利用分析 


污水污泥的处理是解决城市和工业发展的重要环节,长期以来随着我国新建污水厂规模不断 扩大,污水处理已取得较快的发展,而污泥处理相对滞后。从全球范围看,传统的污泥处置技术经过多年的发展已经成熟[4],主要有填埋处理、焚烧、土地利用以及填海等,但土地填埋、露天堆 放等方式,在实际运用过程中若处理不当易造成 污泥二次污染等严重后果。随着现代社会对环保 的要求不断提高,传统的污泥处置技术已经不是 有效处理污泥的最佳方法。污泥资源化利用已经成为污泥处理的主要方向,包括堆肥利用技术、 建材化技术、能源化技术、材料化技术、污泥蛋白质利用技术[5]。 


2.1 传统污泥处置技术 


目前污泥处置技术主要有3种,卫生填埋、污泥焚烧以及土地利用,污泥处置技术因各国社会 发展和经济水平不同而有所差异,发达国家因工 业发展较早,污泥处置技术比较完善,其中土地 利用占比较大。我国污泥处置技术虽起步较晚, 但随着政府不断加强执行污泥无害化处置政策, 污泥处置技术已与发达国家基本持平。 


1) 填埋处理。污泥填埋技术是最早用于处理 污泥的技术,经过很多年的发展,填埋处理技术 已经比较成熟。近些年来我国污泥量不断增加, 填埋需求量也大幅增加,填埋需要大面积选址占 用土地,因我国城市化进程加快,可用土地也越 来越少,且污泥填埋处理技术无法避免环境污 染,仅是延缓污染时间,例如有害金属和成分下 渗会污染地下水等,因此填埋处理技术不是处理 污泥的最佳方法。 


2) 污泥焚烧。污泥焚烧也存在这类问题,焚 烧温度低会导致二噁英等有害气体产生,污染环 境。在我国一些地区依然运用填埋处理技术处理 污泥,可是大部分地区由于填埋场地的选址与运 输花费等相关问题,在很大程度上限制了其普遍 运用。因此污泥焚烧填埋处理技术不是处理污泥 的最佳方法。 


3) 土地利用。污泥中富含有机质、氮磷钾等成分,具有较强的黏性和吸水性,能够改善土壤 的物理化学特性,有利于形成土壤团粒,较少水土流失,提高土壤的肥力和保水能力,实现农业生态环境的良性循环。 虽然污泥具有改善土壤特性以及修复盐碱地、沙地等优点,但其含有病原体以及有害物质等,若不经处理直接进行土地利用,浓度过高的 有害物质会渗入地下水造成污染,且重金属有可 能通过食物链威胁人类健康,因此污泥土地利用必须先解决上述问题。 


2.2 污泥资源化利用技术 


1) 污泥燃料利用技术。污泥中含有大量有机物,具有一定热值,通常可与煤或水煤浆混合制 的粘结性,按一定比例与煤粉和其他添加剂混合 成型煤燃料或水煤浆燃料。制作型煤是利用污泥 制成污泥型煤。制作水煤浆燃料是将污泥、煤、 水和添加剂按比例混合经研磨制成具有流动性的 新型污泥燃料,其特点为浆状,可以通过管道用 泵输送,能像液体燃料一样雾化燃烧。污泥燃料 化利用可充分利用其自身发热量,带来显著的经 济效益。同时可替代部分新鲜水,既节约了水资 源又对废水进行了回收利用,具有重要的社会与 环境效益。 


2) 污泥材料化技术。污泥资源利用主要的途 径有污泥建材利用,部分污泥可通过特殊加工制 作成污泥砖、水泥以及粉体掺和料等建材原料, 实现污泥的经济效益和环境效益。除此之外,还 有学者研究了污泥制成新型材料,例如生化纤维 板,它是经过热压处理使污泥中的蛋白分子产生 目前我国在污泥建材利用方面的技术相比发达国家改性作用,再经脱脂和漂白等处理压制成板材, 还不成熟,仍需要继续研究。 


3) 污泥堆肥技术。污泥堆肥技术是在20世纪 50 年代逐渐发展起来的污泥处理技术,通常是利 用微生物的作用将污泥中的复杂有机物降解转化 成比较稳定的有机物,同时将污泥中的易挥发组 分进行降解,使污泥的物理性状得到改善。最终高温处理后的污泥没有了病原体等微生物,形成 的堆肥产品能够充当土壤改良剂等。污泥堆肥技 术经过长期的发展,虽然取得较大进步,但仍存 在许多待解决的问题,需要继续研究,例如污泥经过堆肥利用后,虽解决了含有微生物病原体、 含水量高等问题,但其中重金属等尚未根除,因 此要使污泥成为安全、有效的堆肥资源,还需针 对上述问题进行探索研究。 


2.3 污泥处置技术发展趋势分析 


填埋、焚烧、土地利用等传统污泥处置方法 不仅运行费用高,而且不能完全消除污泥对环境 产生的危害。污泥的无害化处置以及资源化有效利用是人类共同关注的问题,污泥的处置与利用 也应当兼顾到经济效益、环保效益和社会效益。 我国污泥资源化利用与发达国家相比仍然较为落后,利用率不到 10%,伴随着污泥的产量不断增 多,差距仍会扩大。因此结合我国工业进程发展 开发出针对性的污泥资源化利用技术具有重要意义。 


3 中煤陕西公司污泥利用情况 


中煤陕西榆林能源化工有限公司设计年产烯 烃 60 万 t,采用水煤浆气化技术,每年产生固含 5%的污泥高达12万t,污泥作为危废外送处理费用极高,因此中煤陕西公司长期以来不断探索污泥 资源化利用的方式,因污泥本身含有一定热值, 在高温高压条件下将其含有的危害有机质和可燃物进行气化,既能充分利用其热值又能替代部分水资源,可最大程度的保护环境,同时可为中煤陕西公司大大降低污泥处置费用。中煤陕西公司 对现场脱水后的污泥进行了分析,具体分析见表 1。


从表 1 可明显看出,污泥含水量高、挥发分高,且具有一定热值,可掺入至煤浆中再送入气 化炉高温气化。 


3.1 直接掺烧法 


原煤破碎后,与水、添加剂经过研磨混合制 得水煤浆,制备出的水煤浆再送入气化炉高温气 化。制备水煤浆主要设备为棒磨机,中煤陕西公司曾尝试将污泥水直接加入到棒磨机中,与煤浆 混合后进行气化,实际运行过程中发现,由于污 泥水的加入,造成煤浆粘度急剧增加,煤浆流态变差,使得煤浆堵塞棒磨机的出料筛网,设备故障率提高,生产过程被迫降低煤浆浓度,极大地降低了气化经济性。主要原因为污泥比表面积 大、含水率高、含有起到增粘作用的聚丙烯酰胺。 


3.2 煤浆提浓掺烧法 


污泥直接掺入煤浆方法影响了气化经济性, 中煤陕西公司采取污泥外送交由具有危废处理资 质的单位进行处理,固含17%的污泥处理费用高达 3 400 元/t,极大提高了企业生产成本。同时调研过污泥减量化再进行外送处理的办法,但该技术新增污泥干燥设备,占地面积大、成本高,干燥过程中会产生废烟气污染环境,因此未采用污泥减量化技术。


中煤陕西公司通过共同开发煤浆提浓新技术,使三峰分形级配提浓工艺技术得到示范,煤浆提浓系统投用后,细磨机和超细磨机通过高速 剪切和温升作用对污泥进行改性,改性后的污泥不影响煤浆浓度,系统每年可处理 12 t 固含为 5%的污泥,既解决了污泥处置难题,又替代了部分制浆用水,为企业带来了可观的经济效益。 


3.3 污泥资源化利用经济性分析


煤浆提浓系统投用后,系统每小时可处理15 t 固含为 5%的污泥,每年达 12 万 t。中煤陕西公司购买新鲜水价格为 12.4元/t,外送处置固含为 17% 的污泥费用为 3 400 元/t。可计算出污泥资源化利 用产生的经济效益。节约处置费如下 污泥量 (固含17%) =15 t/h×5%÷0.17=4.41 t/h 污泥处置费用=4.41t/h×3 400元/t=14 994元/h 节约新鲜水费用为 15 t/h×95%×12.4元/t=176.70元/h 可节约污泥处置费和新鲜水费用合计 12 136.56 万 煤化工企业年生产时间以 8 000 h 计算,每年 元。污泥资源化利用后,为中煤陕西公司大大降 低了生产成本。中煤陕西公司将污泥资源化利用 化工企业提供宝贵经验,共同推动煤化工行业零污染,是探索污泥资源化利用的重要尝试,可为煤 后,既降低了企业生产成本,又减少了环境污排放。


4 结 语 


污泥的处置与利用是当今环境科学中的重要课题,从经济发展、资源开发利用、环境保护等 在当前能源结构和环保政策调整的背景下,污泥各方面来看,污泥最理想的出路是资源化利用。 资源化利用技术是重要的发展方向,符合国家节 能环保政策导向。我国煤化工从装备和工艺技术已处于国际领先水平,实现零排放将是增强企业竞争力的主要方向,煤化工企业未来应不断推进 能源产业技术升级,在构建清洁高效的能源体系中发挥重要作用。 


污泥资源化利用应根据污泥特性,遵循“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的基本原则。中煤陕西公司结合企业自身特点和地域特性,发挥煤化工企业天然优势,将污泥制备成高浓度的污泥煤浆再进行气化,既解决了污泥产生的环境污染问题,又充分回收了污 泥中的热值和水分,实现了污泥资源化利用的目标,从企业角度大大节约了生产成本。中煤陕西 公司的污泥资源化利用方式可为西北地区水资源 匮乏、污泥处置难度大的煤化工企业提供经验, 同时为我国城市和工业污泥资源化利用起到示范作用。 


综上所述,探索适合我国国情的合理处置和 利用污泥技术具有重要现实意义,研究污泥资源 化利用技术既能解决污泥带来的环境污染问题, 又能节约能源资源和水资源,对促进我国城镇化 和工业快速发展具有重要作用。 


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