隨著我國市政汙水處理行業的蓬勃發展，水汙染治理成效顯著，汙水處理廠汙泥產量逐年增加，我國城市和縣城汙水處理設施2016年脫水汙泥（80%含水率，下同）產量達4 760萬t，由於我國長期以來“重水輕泥”，相關設施建設沒有同步跟上，汙泥處理處置問題未能得到有效解決，形勢十分嚴峻。
目前我國汙泥處置主要以填埋為主，其汙泥消納能力、環保指標、資源化利用等方麵均不能滿足要求。汙泥水泥窯協同處置技術具有焚燒溫度高、處置徹底、灰渣直接利用、無二次汙染，一站式無害化處理的特點，是汙泥無害化處置的方法之一，國內外均有成熟的應用案例。本文在前期的調研和研究的基礎上，總結了該技術的國內外研究和應用現狀，對該技術的應用邊界條件、主要技術參數作了詳細的分析，提出了該技術未來的應用前景，為汙泥水泥窯協同處置提供技術支撐。
1 國內外汙泥水泥窯協同處置的應用現狀
在歐美國家，汙泥水泥窯協同處置起步較早，形成了完整的法律政策體係並得到了較廣泛應用。近年來，日本、瑞士、德國的汙泥在水泥窯協同處置的比例分別為28.7%（2015年）、19%（2003年）和14.6%（2010年）。美國有近200 座汙水處理廠采用焚燒方式處理汙泥，占全國汙泥處理總量的20%，其中6%的汙泥采用協同焚燒方式處置。
我國是水泥生產大國，汙泥水泥窯協同處置項目逐年增加，已經成為我國汙泥熱化學處理處置的手段之一。目前我國已建成汙泥協同處置設施的水泥熟料生產線30～40條，其中部分項目的基本情況如表1所示。
2汙泥水泥窯協同處置技術的特點和優勢
利用水泥回轉窯焚燒汙泥，減少了殘渣、大氣汙染物、重金屬等無序排放造成的環境汙染。水泥生產過程中，高溫煆燒可分解汙泥中的有機物、水泥熟料礦物的水化過程可固化重金屬，實現汙泥的無害化；汙泥中的灰分可作為熟料生產的原料，實現汙泥的資源化，體現了循環經濟“減量化、再利用、再循環”的原則，符合循環經濟發展模式。好文推送：一體化汙水處理設備的清潔方法
2.1 有機物分解徹底
水泥回轉窯內高溫、充足的停留時間和懸浮狀態可以保證汙泥中的有機物徹底分解。矽酸鹽水泥熟料的生產原料主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分，各種原料磨成細粉後，按照適當比例混合並在水泥回轉窯內燒至部分熔融，得到以矽酸鈣為主要礦物成分的水硬性膠凝物質。
水泥熟料生產中，為保證CaCO3分解為CaO，分解爐的氣流溫度控製在850～1 100 ℃；在回轉窯內，矽酸三鈣（C3S）在出現液相以後才能形成，回轉窯內物料燒成溫度1 450～1 550 ℃，爐內最高的氣流溫度可達1 700～1 800 ℃；物料從窯尾到窯頭總的停留時間在40 min左右；氣體在高於950 ℃以上溫度的停留時間在8 s以上，高於1 300 ℃以上停留時間大於3 s；且窯內物料呈高湍流化狀態，二噁英等穩定有機物等也能被完全分解。水泥回轉窯是一個熱慣性很大，十分穩定的燃燒設備，不會因汙泥投入量和性質的變化，造成大的溫度波動，係統易於穩定。
2.2二次汙染少
水泥熟料生產采用的原料成分決定了水泥回轉窯內的堿性氣氛，它可以有效地抑製酸性物質的排放，使得SO2和Cl-等化學成分化轉化為鹽類化合物並得以固定；水泥回轉窯可將汙泥中的絕大部分重金屬離子固化在熟料中，可有效避免其釋放和擴散；汙泥所含各類物質經水泥回轉窯處理後隻存在於熟料和煙氣中，熟料和煙氣在達到相應標準後進行使用和排放，與汙泥單獨焚燒相比，在水泥窯特定工況下，煙氣和飛灰的二次汙染風險低得多。
2.3環境與經濟效益顯著
利用水泥回轉窯來處置汙泥，雖然需要在工藝設備和給料設施方麵進行必要的改造，並需新建汙泥貯存和預處理設施，但與新建專用汙泥焚燒廠相比，不需新建焚燒爐，投資顯著降低；對於設有水泥熟料生產設施的地區，在尚不具備建設永久性汙泥處理設施的情況下，采用該工藝有利於汙泥就地消納，簡化了工藝環節；通過汙泥處置與資源能源回收利用的良好結合，實現了汙染物排放總量的本質性降低，符合循環經濟的發展要求。
3汙泥水泥窯協同處置的工藝路線
汙泥水泥窯協同處置，應以滿足如下條件：
（1）水泥窯係統能夠維持穩定運行；
（2）水泥熟料生產和汙染物排放均符合相關標準；
（3）具有一定的經濟效益。
汙泥預處理工藝和水泥窯投加點是工藝路線中的兩個關鍵要素，據此分類，我國汙泥水泥窯協同處置的主要工藝路線可分為以下幾種：
（1）汙泥脫水——窯尾煙室投加；
（2）汙泥深度脫水——分解爐投加；
（3）汙泥直接/間接幹化——分解爐投加；
（4）汙泥脫水——氣化爐投加；
（5）汙泥脫水——增濕塔噴霧幹燥——分解爐投加；
（6）汙泥/汙泥焚燒灰渣——原料投加。
以下簡要介紹各個工藝路線的代表性案例，其中大部分案例經過現場調研。
3.1汙泥脫水——窯尾煙室投加
《水泥窯協同處置汙泥工程設計規範》（GB 50757—2012）規定，含水率為30%～80%的汙泥可從窯尾煙室處進料，但是宜設置噴槍等強製給料設備，且煙室內溫度下降宜控製在100 ℃以內，以防造成局部堵塞結皮。《水泥窯協同處置固體廢物環境保護技術規範》（HJ662-2013）提出，含水率高或塊狀廢物應優先選擇從窯尾煙室投入。目前國內應用最廣泛的水泥窯協同處置技術是含水率70%～80%的脫水汙泥直接進入窯尾煙室焚燒，占全部處置生產線的50%以上。
重慶全市有48條新型幹法水泥熟料生產線，其中17條生產線利用水泥窯協同處置汙泥，以上絕大部分設施均為脫水汙泥直接泵送至窯尾煙室。重慶主城區脫水汙泥利用水泥窯協同處置已呈常態化，截至2015年，重慶水泥企業已處置主城區汙泥26萬t。重慶拉法基南山工廠的汙泥處置設施自2008年即投產運行，該廠設有2 000 t/d和2 500 t/d生產線各1條，脫水汙泥通過柱塞泵分別輸送至2條生產線的窯尾煙室。目前設施運行狀況良好，脫水汙泥設計設計總處理量100 t/d，實際處理量為120～130 t/d，最高可達150 t/d。
