随着城市人口的不断增长和工业生产的飞速发展，城市生活污水和工业废水量与日俱增。为了保护生态环境,城市废污水必须经过处理，达标后才能排放。然而，污水在得到净化处理的同时，会产生大量的污泥，由于这类污泥具有含水率高和体积大，并浓集了各种有毒有害物质的特点，如果得不到安全地处置，会给环境带来严重的二次污染，不仅无法体现污水处理后所产生的环境效益，而且直接影响到污水处理厂的正常运行。因此，如何科学经济地处置城市污水处理厂污泥成为世界性难题，城市污泥的无害化、减量化、资源化处理成为全世界环保部门所共同努力的目标，因为只有这样才能够使城市污泥得到彻底地处置。
印染废水在我国工业废水中占有较大的比例，印染废水经过处理后产生的大量印染污泥，由于国际上没有可以借鉴的有效污泥处理方法，因此，目前全国对印染污泥主要采用临时填埋的处置方式，既占用了大量土地，又对生态环境造成破坏，特别是污泥中的污水渗漏，给地下水资源带来严重的威胁。但是，印染污泥因含有较高有机组分和纤维物质，而具有较高的热值，这比其它污泥作为资源被利用具有更明显的优势。本文以国内第一个利用烟气余热处理污泥的发明专利技术的工程为例，系统地介绍利用热电厂烟气余热资源处理印染污泥的工艺和方法，这不仅为印染污泥能够得到彻底的无害化、减量化、资源化处理，开辟了一条行之有效的新途径，而且对我国城市污泥处理实现以废治废和废物循环利用的目标，具有重要的理论意义和实践指导意义。
1.印染污泥的理化特性
印染污泥的物理化学特性决定于印染废水的性质和废水处理的方法。印染废
水经过污水处理厂的处理，在达标排放的同时所产生的污泥，通过机械脱水后，含水率一般为80%左右。由于印染废水的水质变化大、有机污染物浓度高、色度和酸碱度变化大等特点，这导致了印染污泥成分复杂，且个别重金属元素的含量特别高。表1给出了城市污水处理厂污泥和印染污泥的化学成分，从表1中可以看到，城市污水处理厂污泥的化学成分在3年的检测期内变化较小，说明城市污泥的主要组成部分相对比较稳定，印染污泥的化学成分与城市污泥有较大的差异，除烧失量和Na2O较高外，其它成分均明显低于城市污水处理厂污泥，这反映了印染废水与城市污水在水质上有所不同。
城市污水处理厂污泥中的重金属含量变化很大，这说明了进入污水处理厂的污水既有城市生活污水，也有工业废水。印染污泥中的重金属含量一般均小于城市污水处理厂污泥中重金属的平均含量，但是，铬（Cr）和镉（Cd）的含量较高，特别是镉高出城市污水处理厂污泥中镉平均含量的3倍多，这与印染废水的水质有关。
2.污泥干化与成粒工艺
印染污泥要实现无害化、减量化、资源化处理的目标，必须首先对印染污泥进行干化处理，建立安全经济的污泥干化工艺是印染污泥得到彻底有效处理的关键。在长期工程实践的基础上，为了使污泥干化的运行成本降低到最低水平，我们发明了利用热电厂烟气余热资源干化污泥的专利技术，即在不增加新能耗的情况下，通过特殊的工艺流程和相配套的机械设备，利用热电厂排放的烟气余热，使污泥得到干化和成粒。这一发明技术已应用于工程实践，2006年初在江苏江阴康顺污泥处理厂建立了我国第一条利用热电厂烟气余热，日处理100吨印染污泥（含水率80%）的生产流水线，通过近一年的稳定运行表明，该生产流水线利用江阴康顺热电厂排放的烟气余热资源，不仅使江阴康源的印染污泥得到干化和成粒，首先使污泥实现减量化和使污泥中有害物质得到稳定化，而且因干化后的污泥团粒保存了95%以上的热值，而在作为燃煤的辅助燃料和烧制轻质节能空心砖方面得到资源化利用，从而产生了显著的社会和经济效益。
2.1工艺流程
利用热电厂烟气余热处理印染污泥的方法主要是通过二段干化系统，来达到污泥干化，并同时成粒的目的。印染污泥干化和成粒系统的主体由以下设备和装置所组成：供热管道、进料设备、特制的烘干设备、引风系统和除尘除气装置。二段干化系统之间，由螺旋输送机相连接。
工艺运行的实施步骤如下：
将含水量为80％左右的印染污泥在堆放场进行预处理，这一过程不仅可以使污泥中一部分水分自然蒸发，而且可以使污泥均匀化。预处理的时间可以根据堆放场地的大小和天气条件而定；
为了使污泥在第一段干化时能与热量充分接触，提高污泥干化的效率，同时为污泥成粒创造条件，将经过预处理后的印染污泥通过特制的进料设备，呈分散状均匀地送入第一烘干设备，进行第一段干化；
从第一烘干设备出来的污泥，通过螺旋输送机送入第二烘干设备，进行第二段干化；
经过二段干化过程，污泥随着特制烘干设备的转动，在连续地上下滚动中得到有效干化、进一步成粒和磨园，并逐渐变硬。从第二烘干设备出来的污泥颗粒，通过分料筛，将粒径为2-6mm的污泥团粒用于烧制轻质节能砖和生产水泥压制品，将粒径大于和小于2-6mm的污泥团粒作为燃煤的辅助燃料，或作为垃圾填埋场覆盖土。
印染污泥在二段干化过程中，经过电除尘后的烟气中残留烟尘和污泥干化中产生的尾气，通过除尘除气装置进行处理后，达到国家大气排放标准后排放。对于污泥预处理时释放的气体，通过气体收集系统，送入热电厂燃烧炉高温消除，干化污泥冷却过程中释放的气体，以及干化车间的交换空气，通过引风系统送入生物土壤滤床进行生物消除。
热电厂排放的烟气温度一般在130-200℃之间，为什么污泥能够在低温条件下得到干化，并形成质地坚硬的团粒？主要是该发明专利技术，通过一系列子系统建立的特殊工艺流程，将两种污泥干化机理有机地结合起来，因而大大地提高了污泥干化的效率。由于整个污泥干化过程是在特制的烘干设备中连续滚动中完成的，因此，污泥经过二段式污泥干化，自然形成质地坚硬的团粒。干化后的污泥团粒，不溶于水，根据对污泥团粒浸泡液中重金属、pH等的分析表明，溶液中的重金属含量和pH值在浸泡污泥团粒前后无明显变化。这说明污泥在干化和成粒过程中，有害物质已被污泥团粒所固定，起到了污泥有害物质的稳定化作用。
2.2工艺热效率和污泥减量效果分析
来自江阴康源污水处理厂的印染污泥含水率为80%左右，进入污泥处理厂内先在堆场内进行预处理，一方面使污泥均匀化和分散化，另一方面自然蒸发掉一部分水分，使污泥的含水率有所降低，为提高污泥的干化效果创造条件。当污泥进入污泥干化和成粒系统后，污泥中的水分在受到热烟气的加热作用和对流作用下，而快速蒸发，从污泥中散发的水蒸汽随烟气排出。污泥通过二段干化和成粒过程，到达出料口时含水率已经降到了40%左右，并形成粒径为1-10mm的团粒状中间产品。通过输送设备，干化后的污泥团粒进入污泥成品库，在此过程中，随着污泥团粒的逐渐冷却，其中的水分进一步得到蒸发，直至被资源化利用之前，这时污泥团粒的含水率可以降低至20%以下。表3给出了江阴康顺污泥处理厂各阶段污泥水分蒸发的情况。
江阴康顺污泥处理厂污泥干化和成粒的能源直接来自江阴康顺热电厂的烟气。该热电厂75吨循环流化床锅炉，烟气排放量为135，000m3/h，通过电除尘装置的烟气温度为155℃左右，烟气经过通风管道，进入污泥干化和成粒装置，
完成污泥干化和成粒过程后，第一段出口时的平均温度为104℃；第二段出口时的温度为111.5℃。常压下，江阴康顺热电厂排放烟气的比热为1.08685kJ/kg，比重为0.8187kg/m3，烟气可以提供的热量为6006，177kJ。根据理论计算，水从20℃升至100℃并汽化所需要的热量为2591.94kJ/kg，在热效率为78.47%时，污泥干化和成粒装置中每小时蒸发水量1.8183吨，需要消耗的热量为4712924kJ，其余热量用于物料加热、设备散热及其它热损失。而实际测定的数据表明，第一段干化的平均热效率达到81.39%，第二段干化的平均热效率达到85.76%。
利用热电厂烟气余热，通过二段式污泥干化和成粒以后，污泥的体积明显减少。图3显示了污泥含水率与体积之间相互关系的实验结果，从实验结果中可以看到，当污泥的含水率从75％降至40％时，这时污泥的体积已不到原体积的30％，表明利用烟气余热，通过二段式污泥干化和成粒过程，原污泥的体积被减少了70%以上，因此，对污泥的减量化效果是非常显著的。
2.3环境效应
在利用热电厂烟气余热进行污泥干化和成粒的整个过程中，从污泥的预处理开始，到污泥干化，最后成粒，以及在此过程中污泥的传输，都在微负压全封闭的状态下进行，污泥释放的气体通过气体收集系统，被送入炉膛和生物土壤滤床，或经过高温消除，或经过土壤微生物消除，从而使污泥处理的工作场地无明显异味。特别是污泥干化和成粒是在低温下完成的，污泥在干化过程中不仅自身产生的尾气较少，而且由于污泥的含水率较高，烟气在特制的干化和成粒装置内与污泥较长时间的直接接触，因此，污泥能够吸附经过电除尘的烟气中所残留的大部分烟尘，并将这些烟尘固定在污泥团粒中，这使得热电厂排放的烟气一方面因余热被利用而减少了大气热污染，另一方面因烟气中的大部分残留烟尘被污泥吸附而减少了大气颗粒物的排放量。
江苏江阴的工程实例表明，利用热电厂烟气余热日处理印染污泥100吨，主体机械和辅助设备的投资在600万元左右，工程的运行成本（包括电耗、人工、机械损耗等）为60元/吨左右。在如此低的工程投资和运行成本下，不仅能使印染污泥和城市污泥得到彻底的无害化、减量化、资源化处理，而且能够使热电厂的烟气余热资源得到充分的利用，并能减少大气热污染和烟尘的排放量，充分体现了这项技术得到应用推广所具有的潜在的明显优势。我国火力发电燃煤的热利用率在40％以下，燃油的热利用率在50％左右，大量的余热通过烟囱排入大气，将这些烟气余热资源用来处理污泥，在不消耗新能源的情况下，一方面使城市污泥得到了彻底的处理，另一方面使热电厂的废气得到利用，真正实现了以废治废的循环经济的目标，这必将产生极其显著的社会、环境、经济三重效益。
3.污泥的资源化利用
3.1作为燃煤的辅助燃料
江阴康顺污泥处理厂的污泥经过烟气余热干化后，最终形成含水率在20%左右的污泥团粒，这种污泥团粒质地坚硬，不溶于水，含有的热值高达1800-2100千卡/千克，约为标准煤所含热值的1/3，它的物理性质、燃烧性能，以及低位发热量等方面和煤有许多相似之处，是热电厂燃煤理想的辅助燃料。目前，江阴康顺污泥处理厂每天生产的污泥团粒，以一定比例掺入热电厂的燃煤中，作为辅助燃料，安全可靠，获得了明显的经济效益。
3.2烧制轻质节能砖
长期以来，在如何将城市污泥与粘土有机结合起来，烧制成符合要求的砖体，一直找不到合适的方式，浙江大学经过多年的潜心研究，终于攻克了这一世界性难题，并获得了国家发明专利。江阴康顺污泥处理厂利用热电厂烟气余热二段式污泥干化和成粒方法产生的污泥团粒，能够烧制出轻质节能空心砖——一种新型的建筑墙体材料，其抗压强度达到特等砖的要求，重量比同体积的普通砖轻8.5～10.1％，节省烧砖能源10％左右，同时节省粘土资源10－15％。表5给出了利用污泥团粒烧制的轻质节能空心砖，其有关性能的测试数据。
利用本发明技术产生的污泥团粒烧制的轻质节能空心砖，经过天然放射性测试（检验项目：226Ra、232Th、40K）表明，试样中天然放射性核素比活度分别为226Ra<50Bg/kg；232Th<60Bg/kg；40K<800Bg/kg；Mra<1.0；Mr<1.0。经检验（检验依据GB11743-89），污泥轻质砖符合《建筑材料放射卫生防护标准》（GB6566-2000）中A类产品的要求。
由于利用污泥团粒烧制的轻质节能空心砖属于一种国家目前提倡的新型建筑墙体材料，既节省土地资源，又处理了污水处理厂污泥，因此，砖瓦厂将受到国家有关的优惠政策，这使得砖瓦厂对利用污泥团粒烧制轻质节能空心砖具有极大的积极性。目前所有的砖瓦厂，为了节省粘土资源和能源，在制砖环节中添加约15％的煤渣，经过粉碎处理后的煤渣市场价约为100元左右，污泥团粒具有的热值和增强砖体强度的特点均优于煤渣，加上使用起来方便，因此，受到砖瓦生产厂家的欢迎。如果污泥团粒以与煤渣相同的市场价用于制砖，由此产生的经济价值，进一步降低了污泥干化的总体运行成本。
3.3生产水泥压制品
由于采用该技术产生的污泥团粒，具有颗粒坚硬，不溶于水的特点，因此可以用来作为市政水泥制品的原料，替代部分石粉，制造各种形状和规格的人行道板砖、植草砖、侧石和压制砖等水泥压制品。生产性试验的结果表明，利用城市污水处理厂污泥生产的人行道板砖、植草砖、侧石和水泥压制砖等水泥压制品，它们的抗压强度、抗折强度和抗冻性强度等指标均能达到国家标准（GB8239－1997）和国家建材行业标准JC446－91。
为了检验利用污泥生产的水泥压制品的对环境可能带来的影响，对掺入体积比为15％污泥而压制成的人行道板砖，进行了重金属淋滤试验，淋滤试验严格按照国家标准（GB/T5086－1997）和美国TCLP（TheU.S.EPAToxicityCharacterisiticsLeachingProcedure）标准的要求实施，并以普通人行道板砖作为参照对比。结果表明，两种溶出液中的重金属含量并无明显差异，而且远远低于污染物最高允许排放一级标准（国家污水综合排放标准GB8978-88）的浓度。另外，整体污泥压制砖在去离子水（pH＝7）中浸泡24小时，渗出的重金属离子含量更低。以上试验结果表明，当污泥团粒与水泥、石粉、水一起成为混凝土后，污泥中的物质包括重金属已被完全固化，不会释放出来对环境产生影响，这是因为水泥混凝土对固化污染物具有特殊的效果，目前，对核废料的处理多采用水泥混凝土的固化方法。
4.结语
江阴康顺污泥处理厂的工程实践表明，利用热电厂烟气余热无害化、减量化、资源化处理印染污泥，不仅为印染废水处理产生的污泥开辟了一条既安全又经济的有效处理途径，从而为我国印染行业的印染废水处理的正常运行解决了后顾之忧，更重要的是，它标志了我国城市污泥处理进入了一个以废治废和废弃物循环利用的新阶段，从而使我国城市污泥处理步入了国际领先地位。
