城市污泥資源化利用的現(xiàn)狀與發(fā)展

城市污泥資源化利用的現(xiàn)狀與發(fā)展

0污泥的產(chǎn)生量將增加近年來(lái)，隨著我國(guó)污水處理能力的快速提高，污泥量也顯著增加。全國(guó)城市污水處理總規(guī)模由2005年的0.6億t/日增加到2011年的1億t/日,全國(guó)城市污泥量也由2005年的3萬(wàn)t/日增加到2011年的5萬(wàn)t/日?，F(xiàn)有的污水處理設(shè)施中,有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到25%,多數(shù)污水處理廠的污泥處理辦法是將污泥經(jīng)適當(dāng)濃縮運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)或直接堆放,容易造成嚴(yán)重二次環(huán)境污染。隨著污水處理廠的興建,污泥的產(chǎn)生量將會(huì)大幅度增加,形勢(shì)日趨嚴(yán)峻,如何合理處置污泥已成為當(dāng)前非常緊迫的任務(wù)。浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司利用臺(tái)州地區(qū)城市生活污泥作為主要原料之一,研究開(kāi)發(fā)新型建筑輕集料———陶粒,為城市生活污泥無(wú)害化、資源化利用開(kāi)辟新的途徑。1生活水的性質(zhì)1.1城市生活污泥化學(xué)組分分布我國(guó)城市生活污泥成分存在較大差異,見(jiàn)表1。從表1可以看出,城市生活污泥的燒失量高于35%,表明污泥中有機(jī)質(zhì)成分含量較高,且不同地區(qū)城市生活污泥中化學(xué)成分還存在一定的差異,這與地域及人們的生活飲食習(xí)慣存在差異有很大關(guān)系。1.2水處理城市生活污泥含水率不同其狀態(tài)不同,見(jiàn)表2。2試驗(yàn)污泥陶粒2.1污泥焙燒試驗(yàn)污泥來(lái)自浙江臺(tái)州市城市污水處理廠含水率為(80±3)%,經(jīng)隔膜壓濾機(jī)脫水后含水率為(55±2)%,該污泥手工制成10~12mm的顆粒,在(100±5)℃溫度烘干5h后進(jìn)行燒制試驗(yàn)。污泥焙燒試驗(yàn)情況見(jiàn)表3。從試驗(yàn)情況看,在焙燒過(guò)程中,物料球存在燃燒現(xiàn)象,燃燒時(shí)間隨著預(yù)熱溫度提高和預(yù)熱時(shí)間延長(zhǎng)而縮短。從表3可以看出,單純焙燒污泥膨脹效果不好,很難達(dá)到輕集料標(biāo)準(zhǔn)。2.2在混合泥漿和粘土的試驗(yàn)中2.2.1粘土化學(xué)成分取樣為地表以下深1m左右黃色黏土,塑性指數(shù)18~21,其化學(xué)成分見(jiàn)表4。2.2.2污泥比例對(duì)膨脹性的影響采用脫水污泥與黏土按不同摻比混合,焙燒試驗(yàn)見(jiàn)表5。從表5可以看出,隨著污泥比例增大膨脹性能降低,在污泥比例(15%)適宜的情況下,膨脹性受預(yù)熱條件和焙燒條件影響較為明顯。2.3在混合過(guò)程中，污泥和污泥2.3.1化學(xué)成分分析取樣為浙江省臺(tái)州地區(qū)城市建筑挖基淤泥,有輕微腐臭氣味,呈黑色,塑性指數(shù)13~15,其化學(xué)成分見(jiàn)表6。從表4和表6可以看出,淤泥與黏土相比,淤泥中Al2O3含量相對(duì)較低,而燒失量相對(duì)黏土較高(說(shuō)明有機(jī)質(zhì)成分較高)。2.3.2污泥與黏土的復(fù)合采用污泥和淤泥不同比例復(fù)摻,焙燒試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。從表7可以看出,污泥與淤泥按一定比例混合燒制的陶粒也存在隨著污泥比例增大,膨脹性能降低的情況,根據(jù)料燒試驗(yàn)結(jié)果,污泥較為適宜的比例為10%。隨后我們進(jìn)行了污泥與黏土和淤泥復(fù)配試驗(yàn)研究,但經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著污泥摻入比例的提高,膨脹性能下降,“黑芯”越來(lái)越嚴(yán)重,焙燒粘結(jié)的可能性越來(lái)越大。經(jīng)對(duì)“黑芯”物質(zhì)研究分析,其中碳的成分比膨脹良好的陶粒高出很多,分析其原因是污泥、淤泥中有機(jī)質(zhì)成分含量高,在焙燒中造成嚴(yán)重的強(qiáng)碳還原氣氛所致,并惡化了陶粒焙燒條件。使得污泥摻入比例受到限制,不利于污泥較大比例利用。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)分析,研究決定采取了脫碳技術(shù)解決污泥摻量高不利陶粒膨脹的問(wèn)題。3脫碳焙燒工藝對(duì)陶粒膨脹的影響考慮到黏土在實(shí)際生產(chǎn)中受到國(guó)家政策的限制,采用淤泥與污泥配料具有實(shí)際可推廣性。因淤泥和污泥配合料含較高有機(jī)質(zhì),為解決高摻量污泥配料中有機(jī)質(zhì)高不利于陶粒膨脹的問(wèn)題,研究采取脫碳技術(shù)焙燒。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。經(jīng)過(guò)采取溫度為600~800℃,預(yù)熱15min,脫碳時(shí)間為20min的脫碳工藝處理后,陶粒原料在正常焙燒條件下生產(chǎn)的陶粒膨脹性能較好;從試驗(yàn)結(jié)果得知,隨著污泥摻入比例提高,脫碳溫度隨之提高才能有利于陶粒膨脹;污泥摻量30%經(jīng)過(guò)脫碳后,可以燒制出表觀密度740kg/m3的陶粒,其密度等級(jí)可到達(dá)到GB/T17431.1—2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》規(guī)定的超輕級(jí)別。4試產(chǎn)穩(wěn)定階段淤污泥陶粒性能浙江方遠(yuǎn)建材科技有限公司建成了年生產(chǎn)能力10萬(wàn)m3的陶粒生產(chǎn)線(見(jiàn)圖1)。以淤泥和城市生活污泥為原料生產(chǎn)陶粒,之前因污泥含水率較高(含水率80%)摻入比例受到限制,干基污泥比例一般在(10±2)%?，F(xiàn)在采用隔膜壓濾脫水技術(shù)后,污泥含水率控制在55%左右,可提高污泥的摻量達(dá)到20%~30%(干基),在試生產(chǎn)中燒制難于控制,經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)塊、結(jié)餅或物料粉化、燃燒等不良現(xiàn)象,陶粒不膨脹甚至出現(xiàn)收縮,堆積密度高、顆粒強(qiáng)度相對(duì)低等,其陶粒粒級(jí)5~20mm,堆積密度1080kg/m3,1h吸水率13.5%,筒壓強(qiáng)度4.98MPa,粒型系數(shù)1.30,陶粒表面呈灰黑色,有開(kāi)裂現(xiàn)象,內(nèi)部為黑實(shí)芯。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)分析和反復(fù)調(diào)整,配制好的物料經(jīng)過(guò)10~20d陳化,通過(guò)深度輪碾混練后,對(duì)輥制粒,經(jīng)干燥控制料球含水率在15%~18%,送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱、脫碳、焙燒,其中預(yù)熱和脫碳時(shí)間不宜低于50min,焙燒時(shí)配合看火,操作易于控制,陶粒在回轉(zhuǎn)窯燒成帶翻滾正常,生產(chǎn)出的陶粒膨脹良好,表面顏色為紅褐色。經(jīng)生產(chǎn)調(diào)試后生產(chǎn)的普通陶粒及超輕陶粒見(jiàn)圖2。試產(chǎn)穩(wěn)定階段淤(污)泥陶粒性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9。高比例污泥、淤泥復(fù)摻工藝,經(jīng)過(guò)試產(chǎn)調(diào)試后,目前生產(chǎn)的陶粒產(chǎn)品達(dá)到了GB/T17431.1—2010性能指標(biāo)的要求。5回轉(zhuǎn)窯生物車(chē)種循環(huán)利用的意義(1)利用污泥生產(chǎn)的陶粒,性能良好;污泥最大摻量為30%,脫碳工藝處理是高摻量污泥陶粒燒制關(guān)鍵環(huán)節(jié),對(duì)污泥循環(huán)利用,變廢為寶具有重要意義。(2)選用預(yù)熱和焙燒分解,控制雙筒回轉(zhuǎn)窯燒制高摻量