CN105000815A

CN105000815A - 在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法

Info

Publication number: CN105000815A
Application number: CN201410155408.6A
Authority: CN
Inventors: 石磊
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明公开了一种在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其包括步骤为：（1）对重金属污泥进行干化预处理，使其含水率降至40wt%以下；（2）将经过干化预处理的重金属污泥以占水泥原料1-10wt%的配比与水泥原料混合，制得水泥生料；（3）水泥生料均化后，将其烧制为水泥熟料。本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法能够同时实现污泥的无害化处理和水泥熟料及其产品的生产，既彻底消化了成分复杂且难以再利用的重金属污泥，又不影响水泥产品的质量性能。

Description

在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法

技术领域

本发明涉及一种污泥处理方法，尤其涉及一种含有重金属的污泥处理方法。

背景技术

重金属废水来源广、种类多，其处理工艺主要可归纳为化学法、物理法、物化法和生化法。以石灰乳为主要药剂的化学中和沉淀法，因其工艺路线成熟，废水处理成本低，维护管理方便，且自动化程度高等特点，在国内外得到广泛的应用，但是由此产生的超量重金属污泥却一直都是企业环境治理的重点和难点。

以不锈钢冷轧酸洗废水为例，经两级化学还原、石灰中和、污泥浓缩、板框压滤后的冷轧泥饼含水率为50～70%，Fe、Cr、Ni、Zn等金属氧化物总含量为15～40%，硫酸钙、氟化钙和氯化钙的总含量在10～30%左右，其他水溶性盐类及杂质的含量在5%左右。重金属污泥颗粒较细、成分复杂、浸出毒性高、污染物含量波动大，其被归为危险废物（具体可以参见国家危险废物名录HW17和HW21）。如果对于重金属污泥处理不慎，就会引起有害金属对土壤和水源的二次污染。

为了减轻或消除重金属污泥的危害，回收利用其中的有价资源，避免再利用过程中的二次污染，在现有技术领域也有利用电镀污泥、含铬污泥的处理和利用经验来对含重金属的污泥进行固化/稳定化处理。例如，公布号为CN102514079A，公布日为2012年6月27日，名称为“一种实现电镀污泥稳定化、固定化的处理方法”的中国专利文献公开了一种电镀污泥的处理方法。该方法的步骤为：(1)105℃温度条件下，电镀污泥经脱水烘干后，研磨粉碎并过筛备用；(2)25～50℃温度范围内，将上述电镀污泥、稳定剂、固化剂按一定重量百分比混合，并加入一定比例的水，搅拌机中强力搅拌；(3)对上述混合物进行制模、固化成砌块；(4)砌块养护、风干。

另外，公布号为CN102583920A，公布日为2012年7月18日，名称为“不锈钢下脚泥中温还原无害化处置方法”的中国专利文献涉及了一种化工污染物的处理方法。该处理方法的步骤为：先将不锈钢下脚泥自然晾晒，使其水份的质量含量降至35%～45%；然后再对上述下脚泥进行烘干，使不锈钢下脚泥的水份质量含量降至5%～10%；再经烘干的不锈钢下脚泥中加入添加剂、还原剂，并混合均匀；最后将混合均匀后的不锈钢下脚泥在600℃～700℃下处理2.0～2.5hr。

然而，现有技术中所采用的污泥处理方法（包括上述专利文献所公开的处理方法）在一定程度上存在着掺量小、适用性差、重金属回收率低、工艺流程复杂、设备投入或运行费用高、过程能耗高或易引起二次污染等问题。因此，对于量大面广、危害性和资源性共存的重金属污泥，目前尚无妥善安全又经济实用的规模化处理方法，从而导致污泥中的多种金属元素（例如铬、镍、铁和锌等）以及非金属成分（诸如氟化钙、硫酸钙、碳酸钙、氯化钙等）的浪费流失，由此会引起极大的资源浪费和严重的环境污染。

另一方面，当前有很多水泥生产企业利用干法水泥回转窑综合处理生活污泥。例如，公开号为CN1861532A，公开日为2006年11月15日，名称为“利用水泥回转窑处理城市污泥的方法和装置”的中国专利文献公开了一种利用水泥回转窑处理污泥的方法。该方法利用水泥回转窑，将一种含氢氧化钙的污泥渣煅烧成为氧化钙制品，并重复利用于含水率为70%-85%城市污泥脱水干化增钙的预处理。但是该方法需要在水泥生产工艺上增加了一个高温锻烧制备活性氧化钙的步骤，并且在煅烧过程中会产生大量的不能被有效利用的尾气余热。此外，由于城市污泥的含水量较高，所以需要将污泥脱水至较低的含水量，这样的脱水风干处理又会产生大量的设备能耗。因此，上述专利文献所公开的污泥处理方法存在着工艺复杂，投入增加且能耗高等缺点。

综上所述，企业期望能够解决现有重金属污泥处理所存在的掺量小、适用性差、工艺流程复杂、设备投入或运行费用高、生产过程能耗高或容易引起二次污染等问题，有效地实现重金属污泥的无害化处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其能够同时实现污泥的无害化处理和水泥熟料及其产品的生产，这样既彻底消化了成分复杂且难以再利用的重金属污泥，又不影响水泥产品的质量性能。

为了达到上述发明的目的，本发明提供了一种在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其包括步骤有：

（1）对重金属污泥进行干化预处理，使其含水率降至40wt%以下；

（2）将经过干化预处理的重金属污泥以占水泥原料1-10wt%的配比与水泥原料混合，制得水泥生料；

（3）水泥生料均化后，将其烧制为水泥熟料。

针对现有重金属污泥处理方法所存在的问题，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法利用了水泥生产企业现有的干法水泥熟料生产线，在结合污泥成分和水泥工业特点的基础上，在生产水泥熟料的同时能够一并处理重金属污泥。

目前，水泥生产企业通常以生活污泥为处理对象，将其加入至水泥原料中。但是由于生活污泥中的有机物含量高且水含量大。在对污泥预干化和窑炉煅烧的过程中，会因有机物的分解和焚化而产生大量的恶臭，因此，往往还需要增设烟气脱臭装置，从而会为整个***带来庞大的附属设备，并造成昂贵的***运行成本。

相较于生活污泥，重金属污泥主要以氧化铁、氧化钙、硫酸钙、氟化钙等无机成分为主，在高温煅烧过程中所产生的气体基本上对环境不产生负面影响。进一步地，重金属污泥中含有一定量的铬、镍、铁、锌等重金属元素和氟化物，并且重金属污泥中的CaO、Fe₂O₃含量也较高。由于水泥原料中的化学组分也包括CaO和Fe₂O₃，因而，重金属污泥中的钙、铁等元素可以作为水泥生料的重要组分，被添加至水泥配料中参与熟料矿物的合成。另外，污泥中的某些重金属有害物质（例如，铬，镍金属及氟元素）能够固溶于熟料矿物结构和高温液相中（例如，在水泥生料的硅酸盐晶格组织中可以实现有害物质的稳定固化），这样重金属有害物质可以被水泥生料吸附并最终固化于水泥熟料中，从而避免污泥中有害元素的二次污染。

在本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，对重金属污泥干化预处理后，使其含水率降至≤40wt%，一方面保证了重金属污泥与水泥原料混合后整体物料的流动性，另一方面降低了重金属污泥深度干化的能耗。

通常，重金属污泥在无需附加设备干化处理的情况下，经过20-40天的自然干化就可以使得其自身的含水率下降至40wt%以下。

此外，由于1）重金属污泥通过化学沉淀而得到，其污泥颗粒十分细小；2）污泥中未反应完全的石灰等含钙物质含量较高、反应活性较强；3）污泥中的铁和氟等元素具有矿化作用，因此，向水泥生料中添加重金属污泥能够显著地改善水泥生料的易烧性，有利于水泥熟料的烧成。这样，在不改变现有水泥生产线的工艺和装备情况下，水泥熟料的锻烧温度则可以降低至1400℃以下。因此，添加重金属污泥后，可节省烧成热耗，使得窑炉***热工状态稳定，锻烧操作更易控制。

由于在干法水泥熟料生产线上的水泥熟料都是由均化后的生料经过高温窑炉锻烧而成，熟料烧成的时间较长，温度一般在1400℃左右，并且煅烧窑炉还具有热容量大、工况稳定、气氛呈高温碱性等特点，这样能够为有效处理重金属污泥提供合适的环境。

进一步地，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中对水泥生料进行干燥。

将水泥生料进行干燥后烧制是为了减少煅烧过程中水泥熟料的烧成热耗。

更进一步地，在上述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中采用将水泥生料烧制为水泥熟料所产生的废气对水泥生料进行干燥。

将煅烧熟料所产生的废气来对水泥生料干燥，有效地利用了原本直接排放的尾气余热，节省了水泥生料所需的干燥能耗。这样水泥生料的干燥和煅烧水泥熟料的废气回收形成了一个良性循环，从而实现节能减排的目的。

另外，也可以利用水泥熟料所产生的废气对重金属污泥进行干化预处理，从而进一步地降低***的整体能耗。

进一步地，在本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，上述重金属污泥为来自钢铁、化工、石化、有色、电镀、有色冶金、金属加工、机械制造行业石灰乳-化学沉淀工艺处理重金属废水的副产物中的一种或几种。

需要说明的是，由于重金属污泥的来源比较广泛，因此，其化学成分也各不相同，有时来自于同一生产企业的重金属污泥的化学成分范围也会有较大幅度的变动。在上述在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，可以基于水泥生料的常规配方，根据重金属污泥的成分来调整石灰石、粘土等组分比例，以配制适宜的水泥生料，从而使得水泥熟料满足其质量性能要求。

更进一步地，在本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，上述重金属污泥的含水率为50-70wt%。

进一步地，在本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，在步骤（1）中，采用自然干化、太阳能干化、圆盘干燥机干化、转筒/转鼓式干燥机干化、薄膜式干燥机干化和桨叶式干燥机干化的至少其中之一进行干化预处理。

为了提高生产效率，也可以借助干化设备对重金属污泥进行干化预处理。

更进一步地，在本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中，在步骤（2）中，将经过干化预处理的重金属污泥加入到用于水泥生产的立磨中与水泥原料混合。

在干法水泥熟料生产线上，为了改善生产线的立磨中水泥配料的流动性和稳定性，通常会设有喷水装置。在上述技术方案中，将含水量较高的重金属污泥加入立磨后，不仅降低了污泥深度干化的能耗，还减少了立磨所需喷射的喷水量。

与现有的处理重金属污泥的方法相比较，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法利用成熟的干法水泥熟料生产线来实现水泥熟料的生产和重金属污泥的处理，在不改变水泥熟料的质量性能的情况下，充分消化了对环境有害的重金属污泥，达到了资源优化利用和环境保护的双重有益效果。

此外，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，在制备水泥熟料的过程中实现了重金属污泥中有害成分或元素的有效利用，将有害成分或元素固定于水泥熟料的同时，也使得水泥熟料煅烧的工作状态更加稳定，煅烧操作更易操作。

另外，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，还能有利地回收使用熟料煅烧的余热废气，节省了***的整体能耗，达到“以废治废”的目的。

除此之外，由于利用了现有的干法水泥熟料生产线，本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法的污泥处理量大，***投入成本低、处理效果好且易于规模化生产处理。

具体实施方式

下面将根据具体实施例对本发明所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法做进一步说明，但是该说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

将在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法应用于三种不同的重金属污泥处理，其步骤包括：

（1）自然干化或利用干化设备分别对来自于三个不同生产企业的重金属污泥（其含水量为50-70wt%）进行干化预处理，使其含水率降至40wt%以下；

（2）将干化预处理的重金属污泥添加到水泥生料中，其添加配比占水泥原料的1-10wt%，重金属污泥与水泥原料在立磨中充分混合，混合物料经磨细后制成水泥生料；

（3）在水泥生料均化后，送入煅烧***，将其烧制为水泥熟料，将煅烧后产生的余热废气通入步骤（2）的立磨中，对水泥生料进行干燥。

需要说明的是，为了保证混合物料的流动性和稳定性，可以采用喷射装置对混合物料进行适当喷水。

上述在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法中的相关具体参数如表1所示，制成的水泥熟料中的相应有害元素经鉴别实验后检测出的浸出浓度如表2所示。

利用现有的干法水泥熟料生产线，采用实施例1-3的方法能够生产制成性能稳定，品质优良的水泥产品，在添加重金属污泥后所得到的水泥熟料的各项性能指标均符合相关国家标准。

表1.在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法的工艺参数

表2.通过实施例1-3所制成的水泥熟料中的有害元素的浸出浓度（mg/L）

元素	Ni	Cr	Cu	Zn	Pb	Ag	Hg	As	Se	Cd
											实施例1	0.05	0.82	ND	0.51	0.12	ND	ND	ND	ND	0.02
实施例2	0.08	1.55	ND	0.32	ND	ND	ND	ND	ND	0.03
											实施例3	0.15	0.86	ND	1.25	0.05	ND	ND	0.10	ND	ND
实施例4	0.01	1.05	ND	ND	0.05	ND	ND	ND	ND	1.25
											实施例5	ND	1.55	5.25	0.01	ND	ND	ND	ND	ND	ND
实施例6	0.82	2.21	1.2	2.54	2.64	0.82	ND	ND	ND	0.58
											国标限值	5	15	100	100	5	5	0.1	5	1	5

*备注：ND-未检出。

由表1可以看出，通过实施例1-3制成的水泥熟料中的有害元素的浸出浓度远低于相关国家标准所规定的浸出毒性标准值（GB5085.3-2007，《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》），某些有害元素在鉴别实验中甚至未检出，因此，在高温煅烧制成水泥熟料协同处理重金属污泥的过程中，将重金属污泥中金属和非金属有害物质有效地固化于水泥熟料和及其产品中，一方面实现了污泥中危险元素的无害化处理，另一方面也不影响水泥熟料的质量性能。

需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，包括步骤：

（3）水泥生料均化后，将其烧制为水泥熟料。

2.如权利要求1所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，对水泥生料进行干燥。

3.如权利要求2所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，采用将水泥生料烧制为水泥熟料所产生的废气对水泥生料进行干燥。

4.如权利要求1所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，所述重金属污泥为来自钢铁、化工、石化、有色、电镀、有色冶金、金属加工、机械制造行业石灰乳-化学沉淀工艺处理重金属废水的副产物中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，所述重金属污泥的含水率为50-70wt%。

6.如权利要求1所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，采用自然干化、太阳能干化、圆盘干燥机干化、转筒/转鼓式干燥机干化、薄膜式干燥机干化和桨叶式干燥机干化的至少其中之一进行干化预处理。

7.如权利要求1所述的在水泥生产中协同处理重金属污泥的方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，将经过干化预处理的重金属污泥加入到用于水泥生产的立磨中与水泥原料混合。