淤泥质固废水热固化高值化资源利用技术
来源项目
江苏省科学技术一等奖
技术分类
固体废物处理处置-城市垃圾-建筑垃圾
适用对象及范围
本技术涵盖绝大多数场景来源的各类大体量泥质固废
解决的难点问题
烧结制砖是当前实现泥质固废建材化利用的主要渠道，但烧结生产过程整体能耗偏高（≥900℃），并且该工艺对原料含水率（≤10%）等预处理指标的要求也很高，且淤泥掺量较低（≤30%）。免烧砖技术可降低生产能耗，但化学胶结法无法在固废高掺量情况下使砖体达到高强度，因而其强度等级（≤C15）明显低于烧结砖，且该工艺需要加入水泥（8~10%），再次增加了资源化利用路径中的碳足迹。
基本原理
以经脱塑处理的淤泥固废（含水率≤20%）为主要原料，通过模拟地下堆积成岩机理，在低温水热环境下，短时间内将原料中的硅铝钙等全组分溶解，以离子/分子团形式进入基体孔隙溶液，使溶液达到饱和状态，并形成晶核，重构生长为新晶体，填充于固化体的孔隙中，进一步致密微观结构，在提升材料力学性能的同时，内部生成大量纳米级微孔还可吸附重金属，使其在生成的矿物结构内原位固化，实现淤泥质固废资源化协同无害化利用。
技术描述（创新点及优势）
相比传统污泥处理技术，固废处置量大（掺量最高95%）、效率高（反应时间≤12h），且原料预处理要求低（含水率≤20%），反应温度低（≤200℃），生产能耗大幅降低，仅为传统烧结工艺的1/6，且有害物质固定效率高，工艺节能环保。
技术推广应用情况
100万吨／年大宗固废水热资源化利用项目·安徽合肥，占地200余亩，2019年5月验收，共建有7条水热固化生产线，配有7套成型系统和10条水热反应釜，可年产3.6亿块建材产品（折标砖）；
国内首个100万方/年淤泥质固废高值高效循环利用示范基地·浙江温州，占地60.22亩，2023年12月验收，建有一条水热固化制备免烧建材生产线，具备年产1.5亿块（折标砖）免烧建材产品生产能力，年消纳工程渣土量30万方。生产的固废建材产品已应用于瓯海地区市政道路及水利设施建设，降低了35%以上的建设成本；
西塘镇油车港至沈思浜联网公路工程，全长2km左右，2022年4月验收，护岸采用了淤泥基秸秆生物炭质生态护坡产品，该产品中淤泥掺量可高达70%，拥有高孔隙率和良好的生物亲和性，不仅可为微生物和动植物提供合适生存环境，还能起到净化水质的作用。
应用案例名称
中盐红四方100万吨/年大宗固废水热资源化利用项目
案例地址
安徽省合肥市肥东县循环经济示范园
案例规模
总占地面积合计约200余亩，共建有7条水热固化生产线，配有7套成型系统和10条水热反应釜，可年产3.6亿块建材产品（折标砖）
项目投运时间
2019年5月
验收情况
2019年5月对通过项目，验收结论：工艺技术先进、设备质量可靠、服务态度良好，在安全、高效前提下，较好地完成各项服务内容，并根据合肥本地工厂产生固废类型，差异化定制了项目方案，成功打造了城市淤泥质固废资源化利用领域样板工程，并在持续配合进一步的技术升级和市场推广工作，各项服务满意，整体评价优秀。
工艺流程
工艺路线包括泥质固废原料预处理工段、配料搅拌工段、消解粉混工段、压制成型工段、水热固化工段和全自动打包工段。具体工艺流程如下：
1.原料预处理工段：从原料堆场将脱水后的各类泥质固废直接输送至水热固化生产线的储料斗中储存待用。其他辅料由运输工具运入厂内，由装载机倒储料斗中储存待用。
2.配料搅拌工段：生产时按专用双卧轴强制式搅拌系统上的储料斗、药剂计量秤、水计量秤的顺序依次将物料卸入搅拌系统进行充分搅拌。
3.消解粉混工段：经搅拌后，混合料通过密封皮带送入一级消解系统，消解时间约1小时，消解好的混合料再通过一级粉混系统破碎混合，出料口通过振动筛。
4.机械成型工段：固废专用成型设备压制时从成品仓输送一定量的混拌料至成型系统受料斗，经压制成为生坯，砖坯经全自动码垛机器人放在水热专用载重车上。
5.水热固化工段：码好砖坯的水热载重专用车由智能重载摆渡车移至釜前编组轨道，摆渡车顶推装置将水热载重专用车顶至水热反应釜前轨道，再由整车回车牵引装置拉入水热反应釜内进行水热固化反应。
6.全自动打包工段：出釜的产品无需养护即为成品，通过轨道输送至全自动打包系统。
污染防治效果和达标情况
项目具备年产3.6亿块免烧建材产品能力，年消纳各类市政污泥、工业固废100万吨以上。非烧结砖等产品强度等级达MU15以上，且可根据应用场景开发不同强度等级产品。产品吸水率≤12%；抗冻性能良好，干质量损失率≤3.0%，抗压强度损失率≤15%。
产品满足建材行业标准JC/T575-2020《工程渣土免烧再生制品》、JC/T422-2007《非烧结垃圾尾矿砖》、JC/T2489-2018《非承重蒸压灰砂空心砌块和蒸压灰砂空心砖》和团体标准T/SCS-0002-2019《非烧结淤泥路面砖》。产品重金属浸出率指标符合国家标准GB/T30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》相关要求。
二次污染治理情况
项目废水主要为设备和车间冲洗废水、职工生活污水，年排放量约5100吨。废水经化粪池和隔油池预处理后，排入园区污水处理厂处理，再排入河流。
废气主要为生产车间产生的粉尘，经布袋除尘器处理后由15米高排气筒排放，达到GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》二级要求。
固废主要包括生活垃圾、废弃包装材料和废品。生活垃圾年产24吨，由市容部门收集后统一运至垃圾填埋场卫生填埋。废弃包装材料年产生量600 kg，由公司回收利用；废品约2.7万吨，破碎后用作本项目原料。除尘器收集粉尘198吨，回用做原料；废衬板年产生量1.5套，回收再利用。
碳排放情况
本技术反应温度低、反应时间短，较传统烧结技术可节约电力能耗约80%，按最高产能2.1×106 t/a（折标砖），生产能耗端的减排量可达204960 tCO2/a。
原料端采用泥质固废替代，可减少水泥熟料用量28~35万t/a，原料端的减排量可达148400~185500 tCO2/a。
能源、资源节约和综合利用情况
1.全流程节能减排：该项目原产线采用蒸压工艺，年产115万吨建材需蒸汽9万吨，按均价270元/吨计，仅蒸气成本就高达千万元。现采用水热固化工艺，高掺量利用各类泥质固废代替粉煤灰、水泥等材料，可极大减少高碳原料的使用，间接减排温室气体排放量70%以上。且水热固化反应仅6~12h，反应温度低于200℃，极大降低了蒸汽成本以及整体能耗。
2.固废高效处置利用：通过调控配方，激发淤泥质固废活性，可原位固化重金属离子污染物，泥质固废资源化利用率达到100%，可处置的淤泥质固废包括自来水厂/污水处理厂污泥、河湖清淤底泥、工程渣土、盾构泥浆等，年消纳泥质固废总量达百万吨，年产全固废负碳建材90万吨（折标砖3
投资费用
项目总投资约7000万元，分为工程投入费用、和设备投入费用。
1.工程投入费用：工程费用投入约2100万元，主要用于基础设施改造及原制砖产线配合水热工艺的重新改造升级，例如定制设计新型配料装置，办公厂房建设，包括厂区设计建设，供电系统改造，铺设电缆/管道，三废排放线路建设等。
2.设备投入费用：设备投入约4900万元，用于采购多斗智能配料装置，强力混粉机，双卧轴强制式搅拌装置，螺旋输送机，直线振动筛，全自动液压成型系统，压机成品仓，二次布料系统、水热反应釜等系列固废水热资源化技术产线关键设备。
运行费用
项目年运行总成本约2803万元。
以年处置24~27万吨淤泥固废生产线计：
1.原料成本：包含工程渣土、建筑垃圾等泥质固废，共计吨成本0元。
2.基本成本：包含电费，水费，人工费，管理费四项；吨砖用电量21.6千瓦时，成本17.28元；吨砖用水量0.2立方米，成本0.75元；人工费每人20元/小时，吨成本3元；管理费吨成本2元，税金成本每吨2.84元。
3.固定成本：折旧费按照10年、折旧率10%计，吨砖的折旧成本为16.5元。
综合各方面成本消耗，吨砖生产成本约42.37元。
4.维修费：后期维修费按固定资产的2%计，为180~220万元/年。
经济收益
本项目各类市政泥质固废为主要原料，完全代替高碳排水泥砖，生产全固废负碳建材产品，广泛应用于市政、建筑、水利等多领域，实现了废料到高值化产品的跨越。项目具备年产1亿块（折标砖）免烧建材产品的能力，最高年消纳淤泥质固废量可达30万m3，可实现年总收益5000万元（不考虑固废处置补贴费用），年总利润1500万元（不考虑固废处置补贴费用）。
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