水泥窯協(xié)同處理污泥專利技術(shù)及其在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用

利用水泥窯高溫的特性協(xié)同處置城市污水廠污泥，無害化處置污泥的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源再生利用。本文通過檢索水泥窯處理污泥的世界范圍專利和中國(guó)專利，重點(diǎn)綜述了我國(guó)利用水泥窯處理城市污水廠污泥的專利技術(shù)，為選擇污泥處理處置的有效方法提供參考和借鑒。

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)生量急劇增加。利用水泥廠煅燒設(shè)備處理污水處理廠污泥，不僅解決了污水處理廠污泥處理問題，還可以利用污泥替代部分水泥原料生產(chǎn)熟料，充分利用污泥焚燒過程中所釋放的低位熱值，達(dá)到污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化和資源綜合利用的目的。近年來，越來越多的相關(guān)技術(shù)被研發(fā)并申請(qǐng)專利。目前，水泥窯協(xié)同處理城市污泥技術(shù)在推廣應(yīng)用方面不是很普遍，因此，本文通過檢索2013年6月31日以前公開的有關(guān)水泥窯處理污泥的世界范圍專利和中國(guó)專利（中國(guó)專利包括發(fā)明和實(shí)用新型），重點(diǎn)綜述了我國(guó)利用水泥窯處理城市污水廠污泥的專利技術(shù)，為選擇污泥處理處置的有效方法提供參考和借鑒。

1國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)概況

上世紀(jì)七十年代中期由德國(guó)和日本率先提出水泥窯協(xié)同處理污泥的技術(shù)，并申請(qǐng)了相關(guān)專利。世界各國(guó)相關(guān)專利的申請(qǐng)情況如圖1所示。由圖1可見，在世界范圍內(nèi)，水泥窯協(xié)同處理污泥技術(shù)的專利申請(qǐng)量呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，十年的申請(qǐng)量由上世紀(jì)90年代的40件增長(zhǎng)為166件，增長(zhǎng)率超過300%。其中，日本專利所占的比例最高，近十年的增長(zhǎng)趨勢(shì)也比較迅猛。值得關(guān)注的是，相關(guān)技術(shù)的中國(guó)專利在2005年開始出現(xiàn)，至2012年申請(qǐng)量達(dá)到了33件。

世界各國(guó)對(duì)污泥的處理和資源化利用方式愈加重視，已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題之一。由于各國(guó)在自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平和科技水平等方面存在差異，各國(guó)對(duì)污泥的處理方法也不盡相同。日本和德國(guó)的污泥處理處置技術(shù)相對(duì)較成熟，通過對(duì)其技術(shù)的分析，可為我國(guó)污泥處理處置帶來一定的參考和借鑒。

目前德國(guó)污泥已經(jīng)實(shí)現(xiàn)100%穩(wěn)定化處理，污水廠最高60%的能耗可以通過污泥生物質(zhì)能回收。污泥已不再被視為污染物，污泥處理從單純的消納處置轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源與能源的綜合利用。2000年之后，德國(guó)的水泥窯協(xié)同處理污泥的專利申請(qǐng)量迅速減少，重點(diǎn)轉(zhuǎn)到作為能源利用的污泥處置方面。為了減輕填埋場(chǎng)的負(fù)擔(dān)，日本較大規(guī)模地采取了以干化焚燒為主的污泥處理方法。焚燒灰渣和部分脫水污泥進(jìn)入水泥廠制作建材、熔融渣作為路基材料等。因此，近年來相關(guān)專利的申請(qǐng)量增長(zhǎng)顯著。看到水泥窯協(xié)同處理污泥技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展的前景，日本于2005-2008年在中國(guó)也申請(qǐng)了干燥設(shè)備、粉塵收集設(shè)備、減少污染的方法等方面的專利（水泥燒成裝置及高含水有機(jī)廢棄物的干燥方法；水泥燒成設(shè)備的排氣處理方法和處理系統(tǒng)；含水污泥的處理方法以及處理設(shè)備）。

中國(guó)最早的專利是2001年由天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院申請(qǐng)的“處理工業(yè)和生活污泥的方法”。該發(fā)明是將工業(yè)和生活污泥直接進(jìn)入烘干機(jī)攪拌機(jī)烘干，烘干后的污泥送入流化床的懸浮爐；出爐物料經(jīng)旋風(fēng)收塵器收下后直接進(jìn)入水泥熟料燒成系統(tǒng)。該方法使污泥中的有機(jī)組分在燃燒中作熱值加以利用，細(xì)菌及惡臭氣體徹底燃盡，無機(jī)組分包裹在水泥熟料中，無二次污染。2007年以前，專利的申請(qǐng)單位主要集中于大學(xué)、設(shè)計(jì)院、科研院所等研究單位。隨著相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，企業(yè)申請(qǐng)專利的數(shù)量逐漸增多，發(fā)明內(nèi)容主要涉及相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)和發(fā)明方面（圖2）。