近年来，随着我国城镇化快速发展，城镇污水、污泥处理处置问题日渐突出。2011年，全国污水处理厂3101座，污水处理量383.14亿立方米，污泥产生量达2175.72万吨。2015年，全国污水处理厂达到4185座，污水处理量510.96亿立方米，污泥产生量达2774.05万吨。污水处理厂产生的大量污泥缺乏安全处理处置技术，形势异常严峻。城镇污泥水泥窑协同焚烧是污泥处置的有效途径。传统的水泥窑协同焚烧缺乏污泥深度处理与水泥窑协同处置的对接技术，未形成相关测试和评价方法以及泥质特性指标体系。
2011年，由北京城市排水集团有限责任公司牵头，同济大学、中国科学院生态环境研究中心、城市建设研究院、中国建筑材料科学研究总院、国家城市污染控制工程研究中心、北京水泥厂有限责任公司、广州越堡水泥有限公司八家单位联合承担了“国家水体污染控制与治理科技重大专项”中的“城市污泥水泥窑协同处置技术研究与工程示范”课题。课题总经费达2764.84万元，其中企业自筹资金1200万元。
课题组在实验室搭建了水泥窑模拟煅烧试验平台，研究了不同处理工艺污泥投加方式对水泥窑协同处置过程的影响，重点考查了不同脱水污泥泥质性能对生产环境质量及工艺设备、水泥品质的影响规律以及气态污染物生成的影响情况。
实验结果表明：水泥窑协同处置污泥的最佳投加污泥方式为分解炉投加，污泥最大投加量应控制在6%，该结果为水泥厂水泥窑炉焚烧示范线优化运行提供了理论参考和技术支持。
课题研究形成5项关键技术：基于水泥窑协同处置的污泥板框深度脱水技术;城市污泥水泥窑协同处置的进料工艺优化技术;协同处置污泥的水泥质量保障技术;高温含硫臭味气体净化生物菌剂及净化技术;水泥窑焚烧干化污泥烟气排放特性研究及区域协同共处置技术。
另外，课题组编写完成了《污泥板框深度脱水技术规程》、《水泥窑协同处置污水厂污泥技术规程》、《水泥窑协同污泥处置的除臭技术导则》等10项技术规程(建议稿)。申请专利17项，在国内外期刊、会议上发表论文41篇，培养博士6名、硕士9名。
课题建设并优化运行了3项示范工程：小红门污泥板框脱水示范工程(500吨/天);北京水泥厂污泥水泥窑炉焚烧示范工程(500吨/天);广州越堡水泥厂除臭示范工程(臭气量不少于2万立方米/天)。
小红门污泥板框脱水示范工程
(500吨/天)
小红门污水处理厂设计污水处理能力为60万吨/天，泥饼最大日处理量为900吨。小红门污泥板框脱水示范工程以小红门污水处理厂污泥为对象开展研究，建设完成并优化运行500吨/天板框压滤脱水示范线。
课题组通过试验优选了适用于水泥窑协同处置的污泥调理剂，该调理剂不含氯、磷、硫等对水泥生产有影响的化学物质。
在盛有含固率3%污泥的调理池中，加入8%~10%的调理剂，搅拌约30分钟后，采用低压(0.6兆帕斯卡)、高压(1.2兆帕斯卡)方式分别进料，在2兆帕斯卡压力下压榨0.5～1小时后进行卸料。
板框压滤脱水后，污泥含固率可由3%提高至40%，泥饼含水率可降至60%以下，极大降低了污泥体积，为提高污泥运输和处理处置效率提供了保障。经地磅计量监测后，部分泥饼被运送至北京水泥厂进行水泥窑协同焚烧处置。
北京水泥厂污泥水泥窑炉焚烧示范工程
(500吨/天)
北京水泥厂水泥窑炉焚烧示范线结合了水泥厂自身的优势，采用污泥干化-焚烧相结合的水泥窑协同处置工艺。该工艺首先采用VOMM涡轮薄层技术对污泥进行干化，干化后的污泥送入水泥窑进行协同焚烧。
北京水泥厂回转式焚烧炉在正常运行条件下，炉内物料温度为1450摄氏度，物料在炉内停留时间30～40分钟，燃烧时产生的烟气在炉内温度高于1300摄氏度区域的停留时间大于4秒。窑内的污泥中有害有机物可充分燃烧，焚烧率可达99.999%，二恶英等有机污染物完全被分解。
示范工程焚烧结果表明：污泥投加量小于3%时，污泥对水泥熟料、烟气中多环芳烃、二噁英等污染物产生等均符合国家相关标准要求，实现了污泥的资源化、无害化处理。
广州越堡水泥厂除臭示范工程
(臭气量不少于2万立方米/天)
广州越堡水泥厂建立水泥窑协同处置污泥的除臭示范工程包括气体收集系统、生物滤塔、喷淋系统、电控系统、监测系统和水处理回用系统。生物滤塔为三层结构，塔高22米，直径2米，填料填充高度为6.6米，三层平均填充。气体处理量为7.2万立方米/天，有效停留时间为24.3秒。
课题组通过自主研发，筛选出高效功能菌种并成功应用于生物滤塔，采用石灰石—石膏法结合生物处理组合处理工艺，实现了污泥水泥窑协同处置除臭稳定运行一年以上，实现了高效去除尾气中SO2、挥发性有机物、氨等污染物，去除率分别达到了95%、82.6%及84%，臭气浓度去除率大于80%，气体污染物排放达到了《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013)的相关要求，解决了污泥水泥窑协同处置过程中的气体污染物和臭气的问题。
通过工程示范，课题研究成果成功应用于基于水泥窑协同处置的城镇污泥预处理、水泥窑协同焚烧和尾气处理工程实践中，实现了课题预期目标，为水泥窑协同处置技术应用于城镇污泥处理和处置提供了技术保障，为我国城镇污泥的处理处置提供一条稳定、高效、安全的技术途径，将进一步推动我国污泥处理处置行业稳步快速发展。
北京城市排水集团有限责任公司 付兴民 左 壮
