污水厂污泥固碳脱水循环卫生填埋与资源化利用课件

污水厂污泥固碳脱水循环卫生填埋与资源化利用 赵由才 同济大学环境科学与工程学院（二级）教授、博导 污染控制与资源化研究国家重点实验室 （同济大学、南京大学）副主任021-65982684传真) 密云路588号国家重点实验室311室,目录,污泥固碳循环卫生填埋资源化,2,1、污泥处理处置方案比选,1、污泥处理处置方案比选,我国污泥产生情况及现状,污泥产量： 每吨污水的湿污泥产量约1.52.0 ，2010年，我国污泥污泥产量将超过2000万吨 污泥特点： 含水率高，有机物含量高，含有病原菌和重金属，有臭味等 处理现状： 现有污水处理中有污泥稳定化处置设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10；处于严重滞后状态；大量污泥堆存，对环境和安全造成很大隐患,污泥处理处置方案比选,污泥固化卫生填埋再利用是经济、安全、环保的污泥处置方法 其它处理技术的年运行时间不超过300天，仍然需要卫生填埋,2、污泥卫生填埋资源化,2、污泥卫生填埋资源化,上海典型污水厂污泥性质,污泥物理和力学性质研究 力学性质,渗透性能 污泥在50100kPa下渗透系数为1.2110-7cm/s2.0710-8 cm/s 渗透性能极低，几乎不透水。,无侧限抗压强度,不同含水率污泥的无侧限抗压强度,新鲜脱水污泥抗压强度小于10kPa,含水率65时污泥抗压强度大于50kPa,剪切强度,各固结压力下污泥含水率与强度的关系,新鲜脱水污泥剪强度小于5kN/m2； 在30kN/m2、50kN/m2、100kN/m2下，当含水率为65时，都能满足填埋要求的最小强度25kN/m2,污泥的持水性,污泥风干过程含水率变化,污泥晾干过程含水率变化,污泥具有很强的持水性，泥饼含水率降低到65的过程较慢，当65，污泥越过胶粘状态，含水率下降非常快,污泥的臭度,新鲜化学污泥具有强烈的臭味，属于六级臭气强度法中的5级,污泥含水率降低到60左右时，臭度为3级，臭气强度明显减弱，已降到了作业人员可以接受的程度,污泥固碳预处理,污泥无害化、资源化、减量化核心：脱水 增加承压 快速固化 降低臭度 提高热值 减容减量 节能减排 节约成本 持续利用 高效固碳,传统污泥固化技术,水泥固化 增加承压，但增容增量，加入量大，不可持续利用，成本高 石灰固化 增加承压，但增容增量，加入量大，不可持续利用，成本高 粉煤灰改性法 增加承压，成本低，但增容增量，加入量大 矿化垃圾（陈化垃圾）改性法 增加承压，成本低，但增容增量，加入量大 热塑型固化法 成本极高，无工业化应用 聚合型固化法 成本极高，无工业化应用,本项目组研发的新型污泥固化固碳剂,镁系胶凝固化剂（M1固化剂）：镁盐，氧化剂、磷酸盐，二元醇等 （1）固化时间短：可以在短期内（48h）使污泥凝固，达到填埋要求 （2）投加量较少：污泥量的58 （3）减容减量大：各降低25% （4）绿色无污染：固化后不改变pH值，不引入新污染物，无毒无害 （5）可持续利用：稳定后的污泥可作为植物营养土 （6）简单易操作：固化混合设备故障率低，自动化程度高 （7）单位成本低：为传统固化剂的50-60 （8）热值提高大：低位热值100 kcal/kg 1570 kcal/kg （9）除臭效果佳：6级 3级 （10）节能减排好：节能80以上，重金属稳定95以上 （11）承压强度大：含水率25 kN/m2 （12） 固碳效果佳：固化后的污泥不产沼气，填埋后转化为腐殖质,固化固碳工艺流程,污泥生物反应器填埋工艺：污泥固化填埋稳定化后开挖土地再填埋利用 实现填埋场循环利用的污泥填埋工艺,固化效果比较,固化养护时间,实际工程效果,投加量5,投加量8,投加量12,养护2d后， 固化体抗 压强度和 含水率均 可达到污 泥填埋标 准！,含水率 80,颜色 污泥固化后已经失去了污泥原有的颜色，由黑色变成土黄色，与土壤的颜色类似，属于粉土,含水率 有机质含量（%）,固化污泥作为绿化土的指标测试,重金属及难降解有机物含量,上表是固化3、2、1个月和新鲜固化污泥中重金属含量平均值，由表可知，除了Zn，各种金属的含量均达到了土壤环境质量标准（GB15618-1995）中的类土壤的标准，在施用过程中需要注意Zn造成环境污染，需要采取必要的措施进行固定。,重金属淋溶结果 以固化污泥 为基质的土柱系列淋溶液中各种金属元素的平均浓度与地下水质量标准比较基本相同。 Cd、Cr、Co 全部符合地下水质量和类标准， As、Cu、Zn 符合地下水质量类标准，基本无污染地下水的风险。 Fe ，Pb ，Mn符合，类标准，这三种元素超过地下水质量标准，如施用不当会对地下水造成Fe、Pb、Mn污染,污泥的营养学性质（g/kg）,可以看出，N、P、K的含量均较高，可以满足植物生长的需要,水力学性质 持水性和给水性是种植介质质量好坏的重要参数。给水度和持水度反映了多孔介质滞纳和排水的能力，持水度高，有利于植物对水分的吸收，这对绿化植物的种植有利。孔隙度适中，可以满足绿化植物种植时氧气的供给,固化污泥浸出液实验,使用M1固化剂固化处理后的污泥浸出毒性均低于危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别中要求的标准,养护说明,污泥添加固化剂（10%）后，只是改变了污泥的脱水性能，水分并不能瞬间脱除，需要经过一段时间的放置养护水分才能脱除。固化污泥养护条件不同，脱水的效果也不一致，经过一段时间的摸索，在现有机械设备条件下，采用将固化污泥摊平推铺1015cm厚度，利用挖掘机进行推铺、摊晒，经过6d时间，污泥的含水率、强度等指标即达到国家规定的污泥进入填埋场要求，可以进行填埋处置。,含水率随时间变化,有机质含量随时间变化,低位热值随时间变化,固化污泥稳定化与资源化所需时间,固化污泥填埋3个月后陈化污泥，与泥土混合后用于种植黑麦草，成长良好 固化污泥填埋1.41.5年后，阳春大白菜种子发芽指数80%以上，此时的陈化污泥可单独用作营养土 固化污泥填埋1.52.0年后，BDM下降到4.76，此时的陈化污泥可用作回填土,污泥制回填土,固化污泥资源化,绿化用土,回填用土,固化污泥作为回填土指标测试,土力学性质 污泥固化后，抗压强度、抗剪强度均增大，压缩性降低，表明固化污泥可以满足一定强度路面要求，可以作为回填土或筑路土使用,稳定化固化污泥的土力学性质,固化污泥填埋1.52.0年后，BDM下降到4.76，满足回填土小于5%的要求，性质接近于泥土，强度高于泥土，可以代替泥土作为回填土使用,循环卫生填埋资源化,镁系污泥固化预处理卫生填埋0.3-2年陈化污泥开采利用填埋场再利用的循环卫生填埋（生物反应器填埋）是可行的,3、污泥脱水提高热值技术,3、污泥固化固碳脱水制煤,污泥的热值,污泥的干基热值范围为3571.4kJ/kg 4285.7 kcal/kg，但实际污水处理厂脱水污泥的含水率为75 %85 %，这些水分在污泥焚烧过程中转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分能量。根据1个标准大气压下水的气化潜热（598.1 kcal/kg），可以确定污泥水分蒸发带走的能量（下图）。,对于干基低位热值为2381 kcal/kg 的污泥，水分含量达到79.9%时， 其热值将全部用于污泥所含水分的 蒸发，也即能量100 %损失,污泥的热值分析,污泥自持燃烧的低位热值约833 kcal/kg，即，污泥自持燃烧的最高限含水率约为40 %55% 污水处理厂污泥不宜直接焚烧，需要脱水预处理,污泥热值分析,上海曲阳生活污水处理厂和上海老港垃圾填埋场污泥热值,低位热值350 kcal/kg，低于自持燃烧所需的833k cal/kg,固化脱水后污泥的热值分析,污泥制再生煤工艺流程,矿化垃圾粉碎物、M1固化剂、污泥、木屑、煤粉,搅拌机,成品晾、烘干间,粉碎机 矿化垃圾（粒径5mm）,成品煤,工艺流程图,煤饼制作机,锅炉燃烧,燃烧灰分,燃烧烟气测试,污泥煤燃烧灰渣的再利用,原生污泥含水率81.5%，固化污泥的含水率为35.2%，污泥人造煤燃烧后的灰渣含水率1.24%，将污泥与固化污泥或灰渣按照一定比