（热能工程专业论文）城市污水污泥的热解特性与低温热解实验研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论文摘要 2 0 0 4 1 2 摘要 污水污泥问题是目前困扰城市健康迅速发展的一个严重而紧迫的问题，世界 各国都在寻求污泥处理的理想途径。过去污水污泥被视作废物，现在人们已经发 现污水污泥是一种资源，一旦被合理运用，污水污泥处置的前景便更加明确和具 有现实意义。通过对昆明市第四污水处理厂污水污泥进行的热解特性及低温热解 实验，对污泥的热解特性进行了较为详细的分析，并针对不同的热解条件进行了 低温热解实验研究。 对城市污泥的来源、特点、危害、分类和国内外污泥的处置处理情况做了介 绍，并对这些污水污泥处置处理的相关技术做了较为详细的介绍，经过分析比较 得出污泥的热解是今后污泥处理领域的一项重要而具有发展潜力的新技术。 作为燃料的特性对污泥的工业分析、元素分析、污泥的发热量进行了实验研 究。 通过污泥工业分析得到：m 。，含量8 5 1 6 ，m 。含量1 2 3 5 ，a 。含最3 7 2 3 9 ，屹含量4 2 3 5 ，f c 。含量8 0 7 。结果表明，污泥是一种高含水量的物 质资源，水份析出后是种商挥发分、商灰分、固定碳含量低的燃料。 污泥元素分析结果为：c 含量2 3 7 0 ，o 含量2 7 7 1 ，h 含鞋3 8 5 ，n 含量4 7 6 ，p 含量1 3 4 ，f 。含量3 4 7 ，c 。含量1 8 7 ，z 。含量o 9 8 等。 u _ 以看出污泥中质量含量较高的元素为碳和氧，其余元素含量较低，但污泥中的 熏金属不可忽视。污泥发热量的测量得出污泥的热值为8 0 2 k j k g ，从f f | ：l 判定出 污泥可归为一种低热值的劣质燃料。 污泥的热失重分析是研究污泥热解机理和热解特性的重要手段，是污泥热解 实验前的必要工作。通过热失重分析可以看出污泥在热解过程中主要有j ! 个失重 较大的温度区间为：1 5 0 3 6 0 。c ，3 6 0 4 8 5 。c ，6 6 0 7 3 5 ，分别对应着三个放 热峰。前两个为挥发分的析出阶段，第三个为固定碳的燃烧阶段。结合热失熏的 结果计算出污泥的热解动力学参数为：e = 2 9 8 5 k j m o l ，a = 5 0 3 8 m i n 。 对不同情况f 污泥低温热解进行了实验研究包括：不同的加热终温、4 i 同 的反应时间和不同含水率的污泥热解实验。研究结果表明，当热解终温越高时越 有利于油的生成，炭的生成是随加热终温的升高而下降。 昆明理工大学硕士学位论文摘要 对于反应时间而言，存在一个反应平衡的转折点，在反应时间没有达到平衡 点之前或是超过平衡点时产油率和产炭率都不能达到最大，只有在平衡点附近的 时间范围内污泥热解的产油率和产炭率是最大的。 含水率的差异不会对污泥的热解结果产生大的影响，但是它直接影响到的是 热解的反应时间：含水率越高反应时间越长，含水率低时反应时间相对要短，含 水率是影响污泥热解能量平衡的关键因素，但是由于实验条件的限制没有具体测 出污泥含水率的转折点。 关键词：污水污泥燃料特性低温热解 “ 昆i m 理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r o b l e mo fs e w a g es l u d g ei nd o m e s t i cc i t yi ss e r i o u sa n dp r e s s i n gt ot h e r a p i d l ya n dh e a l t h yd e v e l o p m e n to ft h ec i t y e v e r yc o u n t r yi nt h ew o r l di ss e e k i n g f o rp e r f e c ta p p r o a c ho ft r e a t m e n ta b o u ts l u d g e i nt h ep a s t ，t h es e w a g es l u d g ei s r e g a r d e da sw a s t e ，b u tn o wp e o p l ed i s c o v e r e dt h a ts e w a g es l u d g ei sak i n d o f r e s o u r c e o n c ei ti sr e a s o n a b l eh a n d l e dt h ef o r e g r o u n do fs e w a g es l u d g ei sm o r e c l e a ra n dh a v e p r a c t i c a ls i g n i f i c a t i v e t h r o u g h t h e p y r o l y s i sp r o p e r t i e s a n d l o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i se x p e r i m e n t so fs e w a g es l u d g ew h i c hi s t r e a t e db yt h e f o u r t hs e w a g ed i s p o s ef a c t o r yo fk u n m i n g ，t h ea u t h o r e dd e t a i l e d l y a n a l y s i s e d p y o r l y s i sp r o p e r t i e sa n dl o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i so fm u n i c i p a ls e w a g es l u d g e ，a n d d i de x p e r i m e n t ss t u d yu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s f i r s to fa l l ，t h ea u t h o ri n t r o d u c e dt h eo r i g i n 、c h a r a c t e r i s t i c 、i m p e r i l 、c a t e g o r i z e a n dt h ei n s t a n c e so ft r e a t m e n ta n dd i s p o s a lo v e r s e a s ，a n dd e t a i l e d l yi n t r o d u c e dt h e n e wa n do l d t e c h n o l o g i e s o ft r e a t m e n ta n dd i s p o s a la b o u ts l u d g e v i at h e a r g u m e n t a t i o n s ，t h ea u t h o rp u t t e d f o r w a r dt h a tt h el o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i so f s l u d g ei sa l li m p o r t a n ta n dd e v e l o p m e n t a lp o t e n t i a ln e wt e c h n o t o g y s e c o n d l yt h ep y r o p e r t i e so fm u n i c i p a ls e w a g es l u d g eh a sb e e nd o n e ，a n di ti s o n eo fe m p h a s e si nt h ea r t i c l e i ti n c l u d e sp r o x i m a t ea n a l y s i s 、u l t i m a t ea n a l y s i s 、 q u a n t i t yo fh e a t 、d t g d s ca n a l y s i s f r o mt h ep r o x i m a t ea n a l y s i so fs l u d g e ，w ec a ng e tt h a t ：i nt h es l u d g e ，t h e c o n t e n to f m 。，i s8 5 1 6 ；t h ec o n t e n to fm 。d i s1 2 3 5 ；t h ec o n t e n to fa “i s 3 7 2 3 ；t h ec o n t e n to f 匕di s4 2 3 5 a n dt h ec o n t e n to ff c “i s8 0 7 s ow ec a n t h ec o n c l u s i o nt h a ts l u d g ei saf u e lw h i c hh a sh i g hc o n t e n to fw a t e r ，h i g hc o n t e n to f v o l a t i l ea n d l o wc o n t e n to ff i x e dc h a r t h er e s u l t so fu l t i m a t ea n a l y s i sa r e ：t h ec o n t e n to fci s2 3 7 0 ：t h ec o n t e n to f 0i s2 7 7 1 ；t h ec o n t e n to fhi s3 8 5 ；t h ec o n t e n to fni s4 7 6 ；t h ec o n t e n t o fsi s0 8 6 ；t h ec o n t e n to f 只i s3 4 7 ；t h ec o n t e n to fc 。i s1 8 7 a n dt h e c o n t e n to fpi t1 3 4 a n ds oo n w ec a ns e et h a tt h ec o n t e n t o fca n doa r e i 墨型堡三查兰堡圭堂垡堡苎垒些! 竺! ! ! 坚= ! ! h i g hi nt h es l u d g e ，a n dt h eo t h e r si sl o w ，b u tt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li sc a n n o t i g n o r e d f r o mt h em e a s u r eo fc a l o r i f a c i e n t q u a n t i t y o fs l u d g ew ec a ng e tt h a t t h e q u a n t i t yo fh e a ti s8 6 5 k j k g s ow ec a nd e t e r m i n a n tt h a ts l u d g ei sak i n do fl o w q u a n t i t yo fh e a tf u e l t h et h e r m o g r a v i n gi sa ni m p o r t a n tm e a s u r et h r o u g hw h i c hc a nr e s e a r c ht h e p y r o p e r t i e sa n dm e c h a n i s mo fs l u d g ep y r o l y s i s t h e r ea r et h r e ew e i g h t l e s s n e s s p h a s e si nt h ep r o c e s so fp y r o g e n a t i o n w h i c ha r e1 5 0 3 6 0 ，3 6 0 4 8 5 ，6 6 0 7 3 5 ，a n dt h e yc o r r e s p o n d i n gt h r e er a d i a t i v ea p e x e s t h ef o r m e rt w oa r et h ep h a s e s o fv o l a t i l es e p a r a t i n go u t ，a n dt h et h i r do n ei st h ep h a s eo ff i x e dc a r b o nb u r n i n g c o m b i n i n gt h et g aa n a l y s i sw eg e tt h el i v i n ge n e r g ya n df r e q u e n c yf a c t o r ： e = 2 9 8 5 k j m o l ，a = 5 0 3 8 r a i n 。 a tl a s t ，w eh a v ed o n et h ee x p e r i m e n t si nd i f f e r e n tc o n d i t i o n s i ti n c l u d e s d i f f e r e n tp y r o g e n a t i o ne n dt e m p e r a t u r e 、d i f f e r e n tr e a c t i o nt i m e sa n dd i f f e r e n t c o n t e n to fw a t e r t h eh i g h e rp y r o g e n a t i o ne n dt e m p e r a t u r ei sp r o p i t i o u st oc r e a t i n g o fo i l ；w h i l et h ec r e a t i n go fc h a ri sd e s c e n dw i t ht h ea s c e n d i n go fp y r o g e n a t i o ne n d t e m p e r a t u r e f o rr e a c t i o nt i m e ，t h e r ei sab a l a n c e a b l et u r n i n gp o i n t b e f o r eo ra f t e rt h e b a l a n c e a b l et u r n i n gp o i n t t h ep r o d u c er a t eo ft h eo i la n dt h ec h a ri sn o ta c h i e v i n g m a x i m a l o n l yc l o s et h et i m eo fb a l a n c e a b l et u r n i n gp o i n t ，t h ep r o d u c er a t eo ft h e o i la n dt h ec h a ri sm a x i m a ；t h ed i f f e r e n to fc o n t e n tr a t eo fw a t e rh a sn o t h i n gi m p a c t t ot h er e s u l to ft h el o w t e m p e r a t u r e ，b u ti te f f e c t s t h er e a c t i o nt i m eo fp y r o l y s i s d i r e c t l y ：t h eh i g h e rc o n t e n tr a t eo fw a t e rt h el o n gr e a c t i o nt i m e ，t h el o wc o n t e n to f w a t e rt h es h o r tr e a c t i o nt i m e t h ec o n t e n to fw a t e ri sa p i v o t a lc o n t e n tw h i c ha f f e c t st h eb a l a n c eo fe n e r g y a b o u ts l u d g el o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i s b u tb e c a u s eo ft h el i m i to ft h ee x p e r i m e n t a l c o n d i t i o nw ed i dn o tm e a s u r et h et u r n i n gp o i n to fs l u d g ew a t e rc o n t e n tr a t e k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e t r a i to fr u l e l o w t e m p e r a t u r ep y r o l y s i s l l 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不合 任何其它个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：i 霜 日 期：蛔上年月? 岁日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理_ 7 - 大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阒，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其它复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：墨互益论文作者签名：王鸯 日 期：兰! 型生2 目星 旦 昆明理工大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 我国是一个水资源匮乏的国家，总量不足，时空分布不均。近2 0 年来，随 着我国经济连续高速增长，水资源问题日趋严重。尽管最近几年我国政府已加大 了污水处理的投资力度，在污水治理方面有了长足的发展，研究出了许多污水处 理新工艺、新技术，并建成了很多污水处理厂，提高了我国污水处理的总体水平， 缓解了一些污染状况，但不可否认的是，水环境污染所造成的水危机已严重制约 了国民经济的发展，影响了人们生活水平的提高。随着环保水平的提高，城市污 水的处理量逐年增加，作为城市污水处理的副产物，城市污泥的年产量也急剧增 加，所以污泥的处理处置是伴随着污水处理所产生的不可避免的问题。 1 1 城市污泥的特点以及产生情况 城市污水污泥( 以下简称污泥) 是污水处理厂在污水净化过程中产生的一种 含水率很高的絮状泥粒，它实际e 是由污水中的悬浮物、微生物、微生物所吸附 的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体，一般是介于液体和固体之 间的浓稠物，可以用泵输送，但难以用沉降进行固液分离。城市污水处理j 一处理 的污泥属于有机污泥，其特点是有机物含量高( 6 0 8 0 ) ，颗粒细( o 0 2 0 2 m m ) ，密度小( 1 ，0 0 21 0 0 6 9 c m 3 ) ，成胶体结构，是一一种亲水性的污泥，容 易管道运输，但脱水性差。这类污泥主要是由初沉污泥和二沉污泥组成，约r 与总 处理水量的0 3 0 5 1 2 j ，如进行深度处理，污泥量会增加o 。5 1 倍。目前随 着废水处理技术的进一步推广和发展，以及废水排放标准的日趋严格，处理的污 泥量大大增加，种类和数量也更加复杂f 3 】。现在世界范围内的污泥危害问题已 ：i = 益严重，据统计，美国目前所积累的干污泥总量已达1 0 0 0 万吨，且近几年每年 的增长率为5 1 0 ，欧洲各国总量达6 6 0 万吨，f 1 本为2 4 0 h 吨左右，年产 千污泥量近2 ( ) 万吨，折合湿污泥量5 0 0 万吨年( 9 6 含水量) 1 4 1 。 在我固情况同样不容乐观，改革开放二十多年来，随着社会和经济的高速发 展，城市规模与人口的增加，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，不 但加剧水资源的短缺，而且已经成为城市可持续发展的严重制约因素。据国家环 l 昆明理工犬学硕士学位论文第一章绪论 保局报道，1 9 9 9 年，全国工业和城市生活废水排放量为4 0 1 亿吨，其中工岂废 水排放量1 9 7 亿吨，生活污水排放量2 0 4 亿吨，干污泥排放量约为7 0 0 万吨，污 泥产量在未来几年内将增长迅速，数量巨大。城市环境呈总体恶化的趋势，对全 国5 2 3 条河流的污染调查表明，8 2 受到不同程度的污染，其中三条河( 淮河、 辽河、海河) 、三大湖( 巢湖、太湖、滇池) 的情况尤为严重。由此产生的经济 损失每年约有3 7 7 亿元1 5 】。 与此同时，我国的城市污水处理事业在近几十年来也有了长足的发展，由 1 9 4 9 年的4 座污水处理厂到1 9 9 0 年的7 0 多座，同处理污水能力达到3 5 0 余万 吨，年产千污泥量近2 0 万吨，折合湿污泥量5 0 0 万吨年( 9 6 含水量) 。截止 1 9 9 9 年底，我国污水处理厂增至3 0 7 座，城市污水的处理率为7 8 ，干污泥产 量达1 5 万吨日f 4 】。国际上各种成熟、先进的污水处理工艺也已在国内已建和新 建的污水处理厂中得到应用。但城市污水二级处理率为1 4 1 ，目前我国城市平 均每1 0 0 万人只有1 座污水处理厂，与美国等发达国家每o ，5 1 万人有1 座污 水处理厂相比，依然有很大的差距1 6 】。 1 2 城市污泥的危害 污泥中含有大量的有机质和营养元素，有农用资源化价值，同时可能含有大 量的重金属、病原菌、瘸毒和毒性有机物。因此，其产生、储存、处理处置及资 源化利用过程中均可能危害环境，特别是随着世界各国城市化和工业化的快速发 展，污泥海洋处理的禁止和严格填埋标准以及闷益严格的农用标准的制订与实 施，污泥的管理已成为目前一个世界性的社会和环境问题。 污水处理过程中产生的污泥含有大量的有机质和丰富的氮、磷、钾等营养物 质，如不加稳定处理而任意排放到水体中，污泥中的有机质、氨、氮等将大量消 耗水体中的氧，造成水体恶化，严重影响水生物的生存。污泥中的营养物质会造 成水体的富营养化，促使藻类恶性繁殖，产生水体赤潮和绿潮现象，使城市水源 水质恶化，影晌生活和工业用水，还将使渔业产量下降，造成巨大的经济损失。 如果利用到农业上，污泥中的铜、锅、镍、锌、铬、贡等重金属会污染f i 壤和农 作物，致使农作物产生病灾，降低收成。污泥中的有机物被微生物分解放出有毒 气体、尘埃，加重大气污染，污泥中还含有大量的致病菌、寄生虫以及二二恶英、 多氯联苯、放射性核素等难降解的有毒有害物质危害人类健康的因索，照常伴有 2 昆明埋工大学硕士学位论文第一章绪论 恶臭，如果处理不当，会造成疾病的传播，给环境造成严重的二次污染，对生态 环境和人类健康具有长期潜在的危害性，因此需要引起高度重视【5 。】。 1 3 污泥的来源和分类 图1 1 是典型的城市污说处理厂污水处理的系统流程图。从图中我们可以看 到污泥的产生过程。 一级处理 r “9 学格!沉!l 初1 堑栅= 。一：一i 沉f 栅 砂j 一 型釜l霾目a讹 排 放 级处理 二级处理 用i 燃j 一：i 煳；消j 生煅：i 扬煳； 消 广燃i _ | ：剥胜蝴叫毒 池 = 戥 f 用 同流污泥 l 污泥镧 f 剩余 簿 消化一脱水 圈 ，1 污水处理厂污水处理流程图【7 1 f i g1 1w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s si nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 污泥的分类主要有两个依据，一个依据是污泥含有的主要成分和性质，玛一 个是污泥从污水中分离的过程。 按污泥含有的成分和性质不同，可将其分为有机污泥和无机污泥两大类。以 有机物为主要成份的部分称为有机污泥，典型的有机污泥是剩余生物污泥，如活 性污泥和生物膜、厌氧消化处理后的消化污泥等，此外还有油泥及废水固相有机 3 一 跫 放或同收刺甩 敷撇协匿警嚣，嫩 昆咧理工大学硕士学位论立 第一傅绪论 污染沉淀后形成的污泥。有机污泥的主要特点是有机物含量高，颥粒细小，易腐 化发臭，含水率高，往往呈絮状体状态，相对密度较小，持水能力强，不易下沉， 压密脱水较困难。同时，有机污泥稳定性差，容易腐败和产生恶臭。它往往含有 较多的植物营养素、寄生虫卵、致病菌及重金属离子、毒性有机物等，流动性较 好，易于管道输送i 引。 无机污泥主要含有无机物，如利用石灰来中和废水中沉淀、混凝沉淀和化学 沉淀的沉淀物等，主要成分是金属化合物。这种污泥密度大，固相颗粒大，密度 大，易于沉淀，压密和脱水，颗粒持水能力差，含水率低，流动性差，不易用管 道输送，污泥稳定不腐化，但是可能出现重会属离子再溶出【9 1 。 按污水的处理方法，即污泥从污水中分离的过程，污泥可分为以f 几类： ( 1 ) 初沉污泥 指污水一级处理过程中产生的沉淀物，从初沉池中排出的污泥，来自工艺过 程的污秽杂物，经由初步混凝后初级废水处理分离所得的污泥。这是一种闻起来 有恶臭而看起来比较粘稠的液体1 1 0j 。不同的污水来源会使初沉污泥具有= i f i 同的 性质，其性质随污水的成分，特别是混入的工业废水的性质而发生变化。但大部 分的初级污泥是一种非溶解的泥状物质，它们的含水率大概保持在9 4 9 8 】。相对于二级污泥来说，这部分污泥含水率较低一些，无机物的含最较高， 其悬浮固体水合物与多数溶解性有机物尚未经微生物消化分解，污泥颗粒的絮凝 形成主要靠化学絮凝药荆聚集等的化学处理，粒径相对较小( 1 0 0 p m ) 而致密。 ( 2 1 活性污泥 活性污泥是活性污泥法处理：i ：艺二沉池中由生物处理方法所产酋i f f 肋i 淀物。 主要由初沉污泥经与好氧性微生物及溶解性有机物接触，摄取水中生物分解成分 进行生长繁殖而形成，称为活性污泥。与初沉污泥不同，这部分的污泥成分简单， 结构松散，含水率极高( 通常为9 9 左右) ，平均粒径在1 0 0 5 0 0 m 之蒯，脱 水性差。活性污泥的一部分作为接种污泥网流到生化池中，另一部分作为剩余活 性污泥在后续工艺中被处理f 1 2 1 。 ( 3 ) 化学污泥 指化学强化一级处理( 或三级处理) 后产生的污泥。 依据污泥的不同产生阶段分类如下【”1 ： ( 1 ) 生污泥 指从沉淀池( 包括初沉池和二沉池) 排出来的沉淀物或悬浮物的总称。 4 昆明理工大学硬l 学位论文第一章绪论 ( 2 ) 消化污泥 指生污泥经过消化处理后得到的污泥。在消化处理中，分解未能分解的有机 物，破坏污泥的高比表面积结构，将吸附于其上的水分剥除成为自由水，改善沉 降性与脱水性。 ( 3 ) 浓缩污泥 指生污泥经浓缩处理后得到的污泥。 ( 4 ) 脱水干化污泥 指经过脱水于化处理后得到的污泥。 ( 5 ) 干燥污泥 指经过干燥处理后得到的污泥。 1 4 污泥处理和处置的目的 污泥处理与处嚣的目的主要可以概括为以下四个方面【1 4 l ： ( 1 ) 减量化 由于污泥含水率很高，体积很大且呈流动性，需要将水从污泥中分离并除去， 减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用： ( 2 ) 稳定化 污泥中含有大量的有机物，极易腐败和产生恶臭，需要通过处理将易腐败的 部分有机物分解转化，使之不易腐败，大大降低恶臭并方便运输和最终处置，并 使最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染； ( 3 ) 无害化 污泥中，尤其是初沉污泥中，含有大量病菌、寄生虫卵以及病毒，可能造成 疾病的传播，需要经过处理杀灭病原菌、寄生虫卵及病毒，提高污泥的p 生指标， 达到污泥的无害化与卫生化； ( 4 ) 资源化 污泥热值通常在1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 k j k g ( 于泥) 之问，其热能利用在。些瞄家 已取得较好的成效，具有较好的发展前景。污泥中含有大量促进植物和农作物生 乏的氮、磷、钟等营养成分，是具有较高肥效的有机肥料。j l j t 污泥还可以制取 动物饲料、吸附剂、建筑材料等。所以在适当的条件和规模下应考虑综合处置， 对污泥中的能源及有用物质加以回收利用，达到变害为利、综合利用、保护环境 5 昆明理t 大学碗l 学位论文 第一章绪论 的目的。 为了达到以上的目的，通常根据具体的情况和条件束选择污泥的处理处置方 法。 1 5 污泥的处理 城市污水的处理已有1 0 0 余年的历史，其污泥处理也有近百年的历史。经历 1 0 0 余年的发展，生物固体的处理处置技术已同益成熟。污泥的处黄与处理是两 个完全不同的概念，污泥的处理在前，处置在后。各种处理处置方法的单元操作 也有所不同。 污水处理流程中产生的污泥通常含有9 5 的水分，除此之外，污泥中还食 发臭体，病原体和有毒物质。污泥处理的目的首先是除去恶臭，可以避免有机物 腐化，消除致瘸莹和提高污泥的脱水性能，使污泥稳定化，为运输和后续利用创 造条件。处理之后的污泥在处置利用的过程中产生的问题较少，对环境的影响较 小。为了使污泥褥到合适的最终处置，必须对城市污水处理厂的污泥进行处理， 因此，污泥的预处理是污水厂中必不可少的一环，污泥在进行最终处置之前都要 先经过污泥的预处理。污泥的处理主要包括浓缩、消化和脱水等。以上各阶段产 生的清夜或滤液中仍含有大量的污染物质，因而应重颓送回到污水处理系统中加 以处理。对于污泥来源不同、含量不同的处理条件，应根据具体污泥特性和处理 要求确定处理工艺流程。 污水处弹，“污泥处理的流程如图1 2 所示： 污水处理系统一 上清液l 污泥 叫固液篁孽挚i 浓缩 l 消化 滤液i ，一 j 兑水 l 7 蜕水颓处理( 化学调节) 图12 污水处理厂污泥处理流程 f i g1 _ 2t h es l u d g et r e a t r f i e n tp r o c e s si nw a s t e w a t e rt r e a t m e n p l a n t 6 昆明理工人学硕士学位论文 第一章绪论 1 5 ，1 污泥的浓缩 污泥浓缩是一种经济有效减小污泥体积的方法。可使污泥的含水率从9 9 降至9 6 ，且减容效果明显。浓缩逶常通过离心、重力沉降或者汽浮法加以实 现。重力浓缩是浓缩过程中较常用的一种方法，它是通过污泥自身的重力作用进 行的，在这种作用下，蕴藏在泥中的空隙水被挤压出，达到减小污泥的体积，增 加污泥含固率的目的。汽浮浓缩和离心机浓缩法也是污泥浓缩中常用的方法，这 三种方法各有其优缺点，见表1 1 ： 表11 污泥浓缩法比较 t a b l e1 1 c o m p a r i s o no fs l u d g et h i c k e n i n gm e t h o d 方法优点缺点 重力浓缩法贮存污泥的能力高，操作要求占地大，会产生臭气，浓缩后的污 不高，运行费用低泥非常稀薄 汽浮浓缩法占地少，泥水分离效果好，含运行费用较重力浓缩法高，占她比 水率低，不易产生臭气离心法多，污泥贮存能力小 离心机浓缩法占地少，处理能力商，几乎没 机械要求高耗电大对操作人璇 有臭气问题的素质要求商 1 。5 2 污泥的稳定 稳定处理的目的就是充分利用污泥中的微生物降解污泥中的有机物质，进 步减少污泥含水量，杀灭污泥中的细菌、病原体等，消除臭味，使污泥中的各种 成分处于相对稳定的状态，这是污泥能否资源化有效利用的关键步骤。污泥的稳 定作用可以使污泥在储存过程中避免厌氧分解，并且部分减小污泥的体积，改善 污泥的流体性质。提高厌氧消化、过滤和脱水处理的有效性，以及改善污泥的卫 生性能，污泥的稳定非常有利于后续堆肥、焚烧、运输、填埋以及t 地利用等。 污泥稳定的疗法通常分为生物稳定、化学稳定和热力稳定。生物稳定的过程 又可分为污泥的厌氧消化和好氧消化两个过程。目前比较常用的是厌氧消化，在 消化池中由微生物的作用通过液化、酸性发酵和碱性发酵三个阶段后，污泥被分 7 昆明理t 太学磺七学位论立第章鳍论 15 1 污泥的浓缩 污泥浓缩是一种经济有效减小污泥体积的方法。可使污泥的含水率从9 9 降至9 6 ，且减容效果明显。浓缩通常通过离心、重力沉降或者汽浮法加以实 现。重力浓缩是浓缩过程中较常用的一种方法，它是通过污泥自身的重力作用进 行的，在这种作用下，蕴藏在泥中的空隙水被挤压出，达到减小污泥的体积，增 加污泥含固率的目的。汽浮浓缩和离心机浓缩法也是污泥浓缩中常用的方法，这 三种方法各有其优缺点，见表1 - l ： 表11 污泥浓缩法比较 t a b l e1 1c o m p a r i s o no fs l u d g et h i c k e n i n gm e t h o d 方法优点缺点 重力浓缩法贮存污泥的能力高，操作要求 占地大，会产生臭气，浓缩后的污 不高，运行费用低泥非常稀薄 汽浮浓缩法占地少，泥水分离效果好，含 运行费用较重力浓缩法高，占地比 水率低，不易产生臭气离心法多，污泥贮存能力小 离心机浓缩法占地少，处理能力高，几乎没 机械要求高，耗i b 大，对操作人员 有臭气问题的素质要求高 1 5 2 污泥的稳定 稳定处理的目的就是充分利用污泥中的微生物降解污泥中的自机物赝，进 步减少污泥含水量，杀灭污泥中的细菌、病原体等，消除臭味，使污泥中的各种 成分处十榭对稳定的状态，这是污泥能否资源化有效利用的关键步骤。污泥f _ _ 勺稳 定作用可以使污泥在储存过程中避免厌氧分解，并且部分碱小污泥的体积，改善 污拢的流体性质，提高厌氧消化、过滤和脱水处理的有效性，以及改善污泥的l 性能，污泥的稳定非常有利于后续堆肥、焚烧、运输、填埋以及l 地利用等。 污泥稳定的方法通常分为生物稳定、化学稳定和热力稳定。生物稳定的过程 又可分为污泥的厌氧消化和好氧消化两个过程。目莳比较常用的是厥氧消化，在 消化池中由微，扛物的作用通过液化、酸性发酵和碱性发酵三个阶段丽，污花被分 消化池中i = ； 微牛物的作用通过液化酸性发酵和碱性发酵三个阶段后，污泥被分 7 昆明理工大学硕1 p 学位论殳 第一章绪论 解并且转化成有机酸，这些有机酸被气化成6 5 的甲烷和3 5 的二氧化碳。这 个步骤将分解4 0 的干态有机物，在此期间有7 0 的成分将以氨氮的形式存在。 化学稳定的实质是向污泥中添加各种混凝剂，使污泥形成颗粒大、孔隙多和结构 强的滤饼。热稳定过程可以破坏污泥的胶体结构，降低污泥的固体和水的亲和力， 有利于固体的凝结 1 1 1 。 1 5 3 污泥的脱水 从污水处理厂排出的污泥由于含水量高，体积庞大，且易腐败发臭，为了减 少体积，降低运输成本和便于后续处理，必须对污泥进行充分的脱水而减量化， 使污泥当作固态物质来处理。污泥脱水是污泥处理中最重要的减量化手段，可使 其减到原体积的1 1 0 1 5 。 污泥脱水包括自然干化和机械脱水等几类。污泥的自然于化处理成本、维修 管理费用低，但占地面积大，脱水效率低，适用于气候比较干燥、用地不紧张以 及环境卫生条件允许的地区【“l 。而机械脱水应用更为广泛，目前大多采用机械 脱水，它具有占地面积小，处理泥量大，出泥含固率高，适应性强等优点。常用 的脱水方法有：真空过滤法、压滤法、离心法和舔带法。这些方法都是通过过滤 介质在滤料两侧的压力差使水分强制通过滤料，而将固体颗粒截留在滤料| ! 二。f 表对这几种方法做了简单的比较： 表1 2 污泥脱水方法比较“1 t a b l e1 3c o m p a r i s o no fs l u d g ed e w a t e r i n gm e t h o d 脱水方法脱水装置脱水后的含水率( ) 脱水后的状念 真空过滤法真空转鼓、真空转盘 6 0 8 0泥饼状 压滤法板框式压滤机 4 5 8 0 泥饼状 压带法带式压滤机 7 8 8 6泥饼状 离心法离心机 8 0 8 5泥饼状 最近利用芦苇等沼生植物进行脱水引起人们的关注，该方法可将污泥崮体含 量由排出时的1 0 左右增加到4 0 o 左右，还可富集过量的熏金属。用芦苇进 行污泥干燥不需电能也不需化学物质，是一种可持续过程，其缺点是占地面积大， 8 昆明理工大学坝 ：学位论文第一章绪论 易引起地下水污染“。 1 6 污泥的处置 污泥的处理过程是每个污水处理厂在污泥处置之前必不可少的环节。污泥经 过了一定的减容和稳定化的处理，此时的特性已经较未经预处理的污泥改善了许 多。这些经过处理的污泥其最终的处置途径多种多样，一般应该根据污泥的预处 理方式和最终的目的来决定。目前最常用的污泥处置方法有：土地填埋、投海、 农用、热处理等。 1 6 1 土地填埋 土地填埋具有工艺简单、成本低、适用于多种类型的污泥，可单独壤埋，亦 可与生活垃圾混合填埋等优点。这种方法虽然简单，但一是要占用大量土地，浪 费土地资源；：二是污泥中含有的营养物质使大量病杂菌繁衍，导致污泥霉变，污 染环境及地下水源。而且随着污泥产生量的与日惧增，适宜填埋的场地越来越少。 据美国环保局估计，在今后的2 0 年内，美国6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个关闭，自的 州已经无场地可供填埋。在欧洲，2 0 0 0 年后填埋在污泥处簧中占的比例会迅速降 低，到2 0 0 5 年将降低到i o 左右，所填埋的物质仅限于有机物含量小于5 的废 弃物。在我国污泥填埋也面临场地不足的压力，有的填埋场地已被关闭，有的h p 将填满。而且，填埋并没有最终消除污染，疑是起到了个延缓的作用 l “。 1 6 2 海洋倾倒 海洋倾倒是利用水体自净和水的稀释作用进行的一种污泥处置方法。这种乃 法简便、易行，被沿海国家所利悄。但是，越来越多的证据表明，污泥的海洋倾 倒会破坏海洋脆弱的生态环境，美国纽约市每年约有1 2 0 万立方米的污泥投海 4 0 多年来，使5 1 8 平方公罩的海洋变成“死海”，造成污泥厌氧分解，污染海l 墨 的环境卫生和感官性状。海底的重金属浓度提高了1 0 0 t 2 0 0 倍。欧盟国家也观 定在1 9 9 6 年以后禁止向海洋倾倒污混i ”j 。 9 昆明理工大学硕士学位论文第一章绪论 1 6 。3 污泥农用 污泥中含有大量植物需要的有机物和矿物质，因此将处理后的城市污泥用于 农田作为肥料和土壤添加剂是最佳的处理方式之一。这些有机物质直接通过生物 循环被植物所吸收，代替肥力强劲的合成肥料。以城市污泥为例，含氮2 6 ，含磷1 4 ，含钾0 2 0 4 ，污泥中氮和磷的含量都比农家肥高。另 外污泥中还含有硼、锰、锌等微量元素，能够改良土壤结构，增加上壤肥力，促 进作物的生长。有实验表明，用消化污泥作为肥料，土壤的非毛细管孔隙率、离 子交换能力、有机质、总含氮量以及土壤的结构都有明显改善i ”。国内外研究已 普遍认为，污泥可作为土壤改良剂和中等肥料利用于农业。 但是，由于污泥中重金属的沉积和有机物污染问题，用于农业堆肥的污泥必 须被有选择地使用。p o l e t s c h 对德国的6 8 0 0 多种污泥样品做了实验，实验结果 同普通的农用壤进行了对比，结果表明，无限地将污泥应用于土壤之中可能导 致在农用土地中重金属的积聚。所以污泥在农用时需要注意：( 1 ) 污泥的重金属 ( p b 、z 。c ，、h 。、n i 等) 有毒有机物是否会造成土壤污染或通过生物链进入人 体；( 2 ) 污泥中的寄生虫、病原体是否会对环境造成影响；( 3 ) 污泥中的氮、磷 浓度过高是否会引起周围环境和地下水的污染等【”l 。另外，赫份以及有机物污 染问题也并末从根本上解决。目前对于污泥在农业和林业方面的应用有了严格的 限定，为了规范污泥的利用，欧洲各国和美国均指定了相应的标准：如 e c d i r e c t i v e f 8 6 2 7 8 e e c ) 和u s 5 0 3 条例。我国政府也规定对于运用于农业的 污泥必须符合农业部制定的农用污泥中污染物控制标准( g b 4 2 8 4 - - 8 4 ) 的要 求f 1 川。 1 6 4 污泥热化学处理 污泥的热化学处理方法( 污泥受热发生化学反应使之稳定、减容的方法) 县 有无害化彻底，处理迅速，占地相对较少，处置后污泥稳定并可利用其所含有枫 物实施能源吲收等优点，在污泥处嚣中的地位已逐渐增强，被认为是很有前途的 污泥处置方法1 1 ”。污泥可采用多种熟化学处理方式以达到减容化、稳定化、无 害化和资源化，主要方式包括污泥的焚烧和热解。 民明理工火学硕士学位论文第一章绪论 污泥焚烧是指不低于6 0 0 的温度下，使污泥中的有机组分与氧气发生反应 生成稳定的无机物，该方法最大的优点是可以迅速和较大程度的使污泥减容，并 且能够满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污 泥。通过焚烧可利用污泥中丰富的生物能发电并使污泥达到最大程度的减容。焚 烧可将吸附水和内部承全部除去，焚烧过程中所有的病菌、病原体均被杀灭、有 毒有害的有机残余物被氧化分解，焚烧的产物焚烧灰可做生产水泥的原料，还可 真接作为建筑材料或是作为建筑材料的一部分。但是，由于焚烧耗资大、设备复 杂、对操作人员的素质和技术水平要求高，并且焚烧会产生一定的烟灰，特剐是 当污泥中的重金属髓烟尘扩散于大气中时，会产生较为严重的大气污染，因此这 方面开展的工作很少。目前只有浙江大学、中国科学院、清华大学和华中科技大 学对污泥的焚烧原理进行了一定的研究。在实际工程方面，尤其是对运营多年、 处理效果良好的工程实例，在国内鲜有报道，只有深圳特区污水处理厂的污泥用 于焚烧【1 9 2 刚。 污泥热解技术是指污泥在常压无氧或低于理论氧气繁的条件下加热干燥污 泥至一定温度( 高温：5 0 0 ( 2 1 0 0 0 ( 2 ，低温： 5 0 0 。c ) ，由于干馏和热分解