张先锋，周鹏，代厚鑫
（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古 包头014000）
［摘 要］ 煤化工企业污水处理装置产生的生化污泥，其处理方法主要是填埋和焚烧，存在环境污染及投资与运营成本高等问题。近年来出现了一种全新的、有效的生化污泥处理方法——生化污泥（或污泥水）与煤、制浆水、制浆添加剂制备成污泥煤浆作为气化原料予以消化。某煤化工企业就添加污泥（水）制备污泥煤浆开展了研究试验——对比分析不同污泥（水）添加量及不同制浆添加剂添加比例下所制备污泥煤浆品质的差异。试验结果表明：所得污泥煤浆稳定性良好，虽然煤浆浓度略有降低、粘度有所增大，但可通过提高制浆添加剂的添加比例予以改善；污泥煤浆气化对粗合成气组分没有明显影响，气化装置水系统水质虽有波动，但均在指标范围内，可通过添加絮凝剂和分散剂改善系统水质。目前某煤化工企业已正式开始掺配污泥（水）制浆的工业化应用，不仅节约了污泥（水）的处理费用，还减少了制浆水消耗。
［关键词］ 掺配污泥（水）制浆；煤浆品质；污泥煤浆气化；粗合成气组分；水系统水质；试验；工业化应用
［中图分类号］ TQ546.1［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0024-04
0 引 言
工业污水、生活污水等污水处理会产生的一种固体废物——污泥，经初步脱水后，其含水量仍有约80%，后续处理相对困难。某煤化工企业的污水处理装置产生的生化污泥具有刺激性气味，并含有大量污染物，如重金属、焦油、苯酚、氟化物、氨氮、硫化物等。目前，煤化工污泥的处理方法主要是填埋和焚烧［1］。填埋处置存在费时、占用耕地、预处理复杂、污染土壤和有害废液浸出等问题；而焚烧处理则存在投资和运营成本高、焚烧后尾气处理要求高等问题。
近年来，使用生化污泥（或污泥水）与煤、制浆水、制浆添加剂制备污泥煤浆是一种全新的、有效的生化污泥处理方法，不仅可以减少生化污泥的专项处理费用，污泥水还可以用作制浆的工艺水，节约制浆用水。污泥煤浆气化是将一定量的污泥(水)送入磨机，与送来的原煤混合制得污泥煤浆送入气化炉，于高温（1 350 ℃）、高压（6.5 MPa）下发生多相反应，生化污泥中的微生物及有机物转化成 CO、H2、CO2为主的粗合成气，而无机物和重金属以粗渣形式排出。此举可以回收生化污泥中的有效成分，减少生化污泥引起的环境污染，煤灰中的高岭土及二氧化硅可与污泥中的重金属反应生成稳定的化合物；同时，生化污泥中的某些碱金属可以降低煤灰熔融温度，1 300～1 400 ℃的高温气化氛围可有效抑制二噁英生成［2］；此外，还可以减少氮氧化物的生成，提高脱硫和除尘效率［3-5］。
1 掺配污泥制浆的探索
华北电力大学（保定）王睿坤、赵争辉等［6］开发了一种污泥制浆方法——利用超声波破解污泥絮团、改善污泥(水)的成浆性。首先,采用超声波对污泥进行改性，利用超声波的空化作用产生的剪切力和高温高压环境破坏污泥中的絮状物结构和微生物细胞壁，降低污泥颗粒粒度，释放部分间隙水；然后，将改性后的污泥与煤、制浆添加剂、水等掺混制备污泥煤浆。该方法可使污泥煤浆成浆粘度降低41%以上、煤浆浓度提升3个百分点以上。
浙江大学刘建忠、程军［7］等开发了一种污泥预处理方法——采用调理剂和微波辐射双重预处理方法提高污泥煤浆成浆性能。向污泥中添加调理剂——氯化盐，混匀后利用微波进行辐射，通过预处理改善污泥的物化性能，在调理剂和微波辐射双重作用下，污泥中微生物的细胞壁被破坏，细胞水流出成为制浆中需要的自由水，在煤炭颗粒和污泥颗粒之间起润滑作用；同时，污泥中的絮状组织被打碎破坏，胞外聚合物被分解。与常规污泥煤浆相比，经过该方法预处理后的污泥煤浆浆体粘度降低、成浆浓度大幅提高。
段清兵、何国锋等［8］人研究了利用碱性物质（以NaOH的效果最佳）改性污泥制备污泥煤浆的方法。NaOH的改性机理可能是：强力剪切拆散污泥中絮凝剂的网状结构，使其中固定的水分能够自由流动，NaOH的强碱性可以破坏污泥的絮体结构，使其中的结合水变为自由水，两者共同作用提高污泥的流动性。
上述几种方法均可提高污泥煤浆的浓度、降低污泥煤浆的粘度，为污泥制浆的大规模应用打下了理论基础，为生化污泥的综合利用提供了较好的途经，并演化出多种掺配生化污泥（或污泥水）制浆的技术。以下对某煤化工企业掺配污泥（水）制浆及污泥煤浆气化从试验到工业化应用的过程作一简介。
2 生化污泥的特性
某煤化工企业水煤浆气化装置的生化污泥含水90%（质量分数），生化污泥（水）样品的分析数据见表1。
3 添加污泥（水）制浆的试验
为探讨污泥（水）制浆的可行性，试生产阶段掺配污泥（水）制备煤浆：选取1台钢棒配比合适的磨机作为标准磨机，其钢棒装填量120 t，钢棒配比为φ75 mm钢棒∶φ65 mm钢棒∶φ50 mm钢棒=3∶4∶3（质量比），磨煤量以75 t/h计，制浆添加剂按0.30%（制浆添加剂与煤浆的质量百分比，下同）添加，磨机出口的筛分装置（滚筒筛）按挂浆2格计量，污泥（水）（含水90%，下同）的添加比例由0.5 t/h到1.0 t/h，再到1.5 t/h，每个阶段试添加污泥（水）8 h，分析所得煤浆的浓度、粘度、出料槽泵电流以及煤浆的稳定性(24 h析水率，下同)，结果见表2。
由表2可以看出：单台磨机（试验磨机）污泥（水）添加量为0.5 t/h时，所得污泥煤浆之品质总体上稳定，其浓度有所下降，粘度略有升高，出料槽泵电流有所增大，表明污泥煤浆的流动性比未添加污泥（水）时相对差一些；当污泥（水）的添加量上升至1.0 t/h时，虽然滚筒筛仍然可以挂2格浆，但分析数据表明污泥煤浆浓度明显下降，粘度持续上升，出料槽泵电流上涨明显，可以从出料槽顶部人孔看到煤浆的流动性差；当污泥（水）添加量上升至1.5 t/h时，污泥煤浆的浓度平均在60.12%左右（质量分数，下同），相较于未添加污泥（水）时降低了0.9%，其粘度则较未添加污泥（水）时增大了2.5倍，出料槽泵电流上涨明显，表明煤浆流动性极差、出料槽泵负荷高，且滚筒筛内挂浆已经超出了2格，不利于制浆系统的稳定运行。
为降低污泥煤浆的粘度，增大其流动性，在污泥（水）添加量1.5 t/h的情况下，将制浆添加剂的添加比例由0.30%增至0.35%，持续运行8 h以上，制浆添加剂不同添加比例下所得煤浆的有关分析数据见表3。
4 掺配污泥（水）制浆对煤浆特性的影响
4.1 对煤浆浓度和粘度的影响
更多内容详见《中氮肥》2019年第5期