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原创性声明 本联酬:劂彰啪判蚴试县桫蝴喇乜与下,独蜘 究怖涤捌课。附呻雠明弓佣的内容夕h ,勰墩不雕泡懒人 黼已钹表姑l 写避懈徽。肋轫啪酢出塑盼枞人艨 体均已l 镑呻以嘞觳搠。本栅蜘蛘鲼饪由本人翮。 关于学位论文使用授权的声明 席0 砼了解山东汰等肄溯留、使用学程磁波琦9 额定,同意学校保留或 向匡黜r 弼删娥铰论妯蝮洲牛和唾汗航允唰汶视醐莎耕昔阅: 席疆授权山秀汐潮以将癖鸿雏强龟如的全瑚到诸盼内霜编入有岩警勉回车进行检 索,可眵阱i 影印、缩辆蜞他戥籽彀喃戳浅嗍巯袒龅敝。 ( 保密论艾由蹶鳓鄞渤峨固 飚飙立堕留 , , 山东大学工程硕士学位论文 摘要 本论文在污泥机械脱水的基础上,针对脱水污泥开发高效减容技术,降低对外 部能源的需求,增强综合利用的实用性,解决当前污泥处置面临的高含水率问题。 本论文研究开发一种自动化污泥压榨设备,对造纸脱水污泥进行深度脱水,将含水 率泥降低至4 0 6 0 ,为后期综合利用提供条件。 本论文采用的污泥来自山东晨呜纸业集团有限公司污泥脱水车间,分四部分进 行研究: 1 、通过对污泥基础性质的测试分析,得出污泥为弱碱性,含水率高,灰分含 量大,热值高,为设备选材和综合利用提供理论支持; 2 、对影响污泥脱水效率的主要因素:过滤介质、滤液导流模式、压力和压滤 时间进行了实验分析,滤缸导流外孔径6 m m ,锥度3 。,孔间距2 0 m m 均匀分布于 滤缸侧面,选用丙纶b 型滤材,在2 5 m p a 压力下保压2 0 m i n 是污泥深度脱水设备 的最佳条件: 3 、通过p l c 自动化控制技术的设计,使系统工作更加稳定可靠,降低人员消 耗,缩短工作循环时间,增大污泥处理量,将污泥的含水率由7 8 2 降至4 1 8 , 实现污泥减量化5 0 以上,为污泥后期多方面资源化利用奠定了基础; 4 、对研究开发污泥压榨设备进行经济分析,投资成本5 1 0 万元t 湿泥,运行 成本低于4 0 元t 湿泥,与其他污泥处置方式进行成本对比具有明显的优势,并且处 理后的污泥不需要运出厂外,直接与燃煤进行掺混燃烧,节省了运费开支和煤炭资 源,在解决污泥处理问题的同时为造纸企业带来额外收益,发展了循环经济。 综合以上研究表明:本论文研究的污泥减量化脱水设备具有构思巧妙、投资少、 能耗低、深度脱水效果好等优点,实现了污泥的低成本减量化,为污泥的综合利用 提供条件,既解决了污染物排放问题,又实现了资源化利用,易于实现产业化推广。 关键词:造纸污泥减量化深度脱水p l c , , a b s t r a c t t h i sp a p e ri st ot h eq u e s t i o no fd e v e l o pe f f i c i e n t d e h y d r a t e ds l u d g er e d u c i n g q u a n t i t yt e c h ,a n dr e d u c et h er e q u i r e m e n to fe x t r ae n e r g yr e s o u r c e s ,嬲w e l l 硒e l l i l 锄c e t h ep r a c t i c a b i l i t yo fr e s o u r c eu t i l i z a t i o n ,m e a n w h i l et o s o l v et h eh i g hw a t e rc o n t e n t p r o b l e mi nc u r r e n ts l u d g ed e p o s i t i o n ,a r ea l lb a s e do ns l u d g em e c h a n i z a t i o nd e h y d r a t e w eh a v er e s e a r c h e da n dd e v e l o p e daa u t o m a t e ds l u d g e s q u e e z em a c h i n e ,c a nd e e p l y d e w a t e rt h es l u d g ec o m ef r o mt h e p a p e r m a k i n g ,a n dr e d u c et h ew a t e rc o n t e n tt o 4 0 - 6 0 p r o v i d ea d v a n c e dc o n d i t i o n sf o rt h el a t e rr e s o u r c eu t i l i z a t i o n t h es l u d g em e n t i o n e di nt h i sp a p e rc o m ef r o ms l u d g ed e w a t e r p l a n ti ns h 如d o n g c h e n m i n gp a p e rc o ,a n dw i l lb ed i v i d ei n t of o u ra s p e c t st or e s e a r c h : 1 、b yt h es l u d g e sb a s i cc h a r a c t e rt e s t i n ga n da n a l y s i s ,w em a d et h i sc o n c l u s i o n :t h e s l u d g ei sa l k a l e s c e n c e ,h i g hm o i s t u r ec o n t e n t ,h i g ha s hc o n t e n t , h i g hh e a tv a l u e t h u s p r o v i d et h e o r e t i cs u s t a mf o rs e l e c tm a t e r i a la n dr e s o u r c eu t i l i z a t i o n 2 、b ye x p e r i m e n t a la n a l y s i so nt h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt h ee 币c i e n c yo fs l u d g e d e w a t e r i n gi n c l u d i n gf i l t e rm e d i u m ,f i l t r a t ed i v e r s i o nm o d e ,p r e s s u r ea n dp r e s s i n ga n d f i l t e r i n gt i m e e q u i p m e n ts p e c i f i c a t i o ni so u t e rd i a m e t e ro ff i l t e rc y l i n d e rd i v e r s i o n :5 m m t a p e r :3 0h o l es p a c i n g :2 0 m m e v e n l yd i s t r i b u t e di nt h ef i l t e rc y l i n d e rs i d e ,f i l t e r 帅e :p p b ,o p t i m u mc o n d i t i o n so fd e p t ho fs l u d g ed e w a t e r i n g :p r e s s u r e2 5 m p a ,p a c k i n g2 0 m i n 3 、b yt h ep l ca u t o m a t i cc o n t r o lt e c h n o l o g y , t h es y s t e mc a nw o r km o r es t a b l e 锄d r e l i a b l e ,r e d u c et h ec o n s u m p t i o no fh u m a nr e s o u r c e ,c u tt h er u n n i n gt i m eo f w o r k i n g , a l l dt h em o s ti m p o r t a n ti se n h a n c et h ea b i l i t yo f s l u d g ed e p o s i t i o n ,n o to n l yr e d u c et i l e 、v 8 t e rc o n t e n tf r o m7 8 2 t o4 1 8 b u ta l s or e a l i z et h er e d u c i n gq u a n t i t yo f s l u d g e5 0 m o r e t h a tp r o v i d e sc o n v e n i e n tc o n d i t i o n sf o rc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n 。 4 、t h ee c o n o m i ca n a l y s i so fr e s e a r c h e da n dd e v e l o p e da n a u t o m a t e ds l u d g e s q u e e z em a c h i n es h o wt h a tt h ec o s to fi n v e s t m e n tc o u l db e5 0 - - - 10 0t h o u s a n d sr m b p e r t o no fw e ts l u d g e ,a n dt h ec o s to fo p e r a t i o nc o u l db eu n d e r4 0r m b p e rt o no fw e t s l u d g e t h eo p e r a t i o nc o s ti nt h i sw a yh a sm o r ea d v a n t a g ec o m p a r et oo t h e rw a y s 。锄d t h ed i s p o s e ds l u d g ec a nm i xw i t hc o a la se n e r g yt ou s e ,w i t hn on e e df o r s h i p p i n go u ts o t h a ti tc a ns a v et h ec o s to ft r a f f i ca n dt h e c o a l ,s o l v et h es l u d g ep r o b l e mi nt h em e a n t i m e i i i 山东大学工程硕士学位论文 c a n g i v et h ep a p e r m a k i n gc o m p a n y e x t r ai n c o m e ,d e v e l o pt h ec i r c u l a re c o n o m y f r o mt h ea b o v e ,s l u d g er e d u c t i o ne q u i p m e n ti nd e w a t e r i n gi nt h i sp a p e rh a st h e a d v a n t a g e so fs m a r ti d e a s ,l o wi n v e s t m e n t ,l o we n e r g yc o n s u m p t i o na n dg o o de f f e c t d e p t ho fd e w a t e r i n g i ta c h i e v e s l o w - c o s ts l u d g er e d u c t i o n ,p r o v i d e st h en e c e s s a r y c o n d i t i o n sf o rt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fs l u d g e m o r ei m p o r t a n t l y , i tn o to n l y s o l v e dt h ee m i s s i o n sp r o b l e m ,b u ta l s or e a l i z e dt h er e s o u r c eu t i l i z a t i o n ,a n d i n d u s t r i a l i z a t i o np r o m o t i o n k e y w o r d s :p a p e rs l u d g e ,r e d u c t i o n ,d e e pd e h y d r a t i o n ,p l c 山东大学工程硕士学位论文 目录 摘 要i a b s t r a c t 第一章绪论 。i u 1 1 1 造纸污泥的特性及危害1 1 2 造纸污泥的处理与处置现状分析及存在的问题2 1 3 污泥中的水分和指标要求1 3 1 4 研究的意义目的及主要研究内容1 4 j t ,研究意逆,j 第二章造纸污泥的基础性质。 1 8 2 1 试验仪器l8 2 2 试验方法l8 z z l 污泥含水率测定j 8 2 2 2 污泥州测定,9 2 3 试验结果2 1 第三章造纸污泥深度脱水机械设备研究2 2 3 ,3 污据处理雪争经济性挖 3 2 研究基础和工艺流程2 3 3 3 污泥深度脱水压榨设备工作原理。2 3 3 4 脱水效果影响因素2 4 3 5 结论2 8 第四章污泥压榨脱水设备自动化设计3 0 4 1 自动化工作原理3 0 4 2 自动化处理系统的基本组成3 0 4 3 自动化系统主要工位设计31 4 4 工作流程设计3 2 4 5 自动化处理系统注意事项3 2 4 6 ,j 、结。3 3 第五章污泥运行成本财务分析 5 1 运行参数3 4 5 2 运行费用分析3 5 5 3 不同污泥处理方式投资和运行成本对比3 5 5 4 ,j 、结3 6 第六章污泥自动化压榨设备相关图片 第七章全文总结和未来工作展望 3 7 。4 0 7 1 结 念4 0 7 2 创新点4 0 7 3 工作的不足和未来工作展望4 2 致谢 参考文献。 4 4 山东大学工程硕士学位论文 图目录 图1 1 各国污泥处理方式所占比例4 图1 2 污泥所含水分示意图:。1 4 图3 1 1 压榨设备工作原理2 4 图3 2 污泥含水率和压力的关系2 8 图3 3 污泥含水率和压滤时间的关系2 8 图6 1 污泥深度脱水车间3 7 图6 2 污泥深度脱水设备整体图3 7 图6 3 污泥深度脱水设备滤缸3 8 图6 4 深度脱水后污泥3 8 图6 5 污泥处理系统数字控制台3 9 山东大学工程硕士学位论文 表目录 表1 1 污泥处理工艺比较表1 1 表3 1 过滤介质挤压实验结果2 6 表3 2 导流孔尺寸对脱水效果的影响2 7 表5 1 污泥处理系统运行参数3 4 表5 2 运行费用分析表3 5 表5 - 3 污泥处理方式成本对比3 6 山东大学工程硕士学位论文 第一章绪论 造纸污泥随着我国造纸工业的迅速发展,它也成为污染环境的主要行业之一【l 】o 在制浆造纸过程中,从不同工段产生大量的造纸废水,经过一段和二段的水处理生成 大量的造纸污泥1 2 ,是污水处理后引入的二次污染,其处理处置是造纸生产处理工 艺的延伸,是造纸企业开展清洁生产的必要步骤,也是控制水污染、保护城市环境 不可缺少的必要步骤。造纸工业的污泥按纤维来源可分为以下几类 33 用原木浆造 纸产生的污泥,叫作一次污泥( p r i m a r ys l u d g e ) ;二次纤维利用在脱墨过程中产生 的污泥,叫作脱墨污泥( d e i n k i n gs l u d g e ) ;经过二次生化处理产生的活性污泥叫 作二次污泥( s e c o n d a r ys l u d g e ) :废纸和活性污泥混合在一起的污泥叫作混合污泥 ( c o m b i n e ds l u d g e ) 。一次污泥的主要成分是纤维、灰分、填料等;二次污泥的含 细菌、真菌等微小有机体较多;脱墨污泥含大量油墨及各种杂质、灰分等。一般造 纸企业污泥包括一次污泥和二次污泥,对于纯木浆污泥来说一次污泥占3 1 4 , 对于废纸浆污泥来说一次污泥占1 5o a - 3 0 h 。根据目前我国的技术状况,造纸行业 污水能达到排放标准,但其产生的污泥由于其固体性质和生物性质,无论采用填埋、 焚烧、投海等何种处置方式,都存在着二次污染、成本高、耗费能源、处置空间的问 题。造纸废水的污泥产量大,一般是同等规模市政污水处理厂的5 1 0 倍,且成分 复杂,含水量高,处理难度大【5 1 。据统计,制浆造纸工业废水处理厂的污泥处置费 用约占水处理装置运行费用的5 0 以上 6 - 7 。如何经济合理的处置和利用这些污泥已 经成为世界各国共同重视和关注的环保问题热点之一。因此迫切需要开展污泥低成 本深度脱水处理和资源化利用技术的研究,使废弃的污染物变成有价值的宝贵资 源,发展循环经济。 1 1 造纸污泥的特性及危害 随着我国造纸工业的快速发展,造纸废水处理量逐年提高,造纸产量也急剧增 加。据资料显示2 0 0 7 年我国造纸产量7 5 0 0 万吨,产生污泥4 9 7 6 万吨,山东省是我国 造纸工业的大省,2 0 0 7 年造纸产量1 3 0 0 万吨,产生污泥8 6 2 万吨,至t j 2 0 1 0 年随着山 东省造纸规模将到达1 5 0 0 万吨,将产生污泥9 9 5 万吨,4 9 7 6 万吨污泥如果按照高度 2 m 进垃圾填埋场填埋堆放,则需要占用2 4 8 8 万m 2 的土地,由此产生的矛盾将会使造 山东大学工程硕士学位论文 纸企业和垃圾填埋场两边都处于崩溃的危险境地。污泥不同于其他的固体废物,它 具有以下几个主要特征1 】: l 、含水率高达8 0 左右,运输成本高。 2 、堆放占地面积大,污染土壤,污泥堆置的有害成份响应聚集,经风吹雨淋, 产生高温或其他化学反应,能杀灭土壤微生物,破坏土壤结构,使土壤丧失腐解能 力。 3 、污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡,成为人为的“沼泽地”,给填埋场带 来极大安全隐患,而且其高的含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量,由于污泥细 小,经常堵塞渗滤液收集系统和排水管,加重了垃圾坝的承载负荷,给填埋场安全 和管理带来困难。 4 、微生物、致病菌含量高,不加处理,直接施用或弃置,不但降低了污水处 理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。 5 、污泥恶臭污染环境,同时向大气排放温室气体( 是二氧化碳的2 0 倍) 。 如此大量的污泥目前绝大部分采取填埋或无规则弃置,这种方式无论在近期还 是远期都将成为地表水和地下水的潜在污染源。因此2 0 0 7 年建设部出台的城镇污 水处理厂污泥处置一混合填埋泥质标准和2 0 0 8 年环境保护部出台的生活垃圾填 埋场污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - - 2 0 0 8 ) 中都明确规定,污泥混合填埋含水率应小 于6 0 。 1 2 造纸污泥的处理与处置现状分析及存在的问题 1 2 1 造纸污泥处理处置方法 通常把污水厂污泥的稳定和脱水( 一般脱水至7 0 - - 8 0 ) 称作污泥的处理将 污泥的堆肥、填埋、干化和加热处理及最终利用,称作污泥的处置【1 2 1 。对产量大、 成分复杂的污泥进行科学、合理的处理处置不仅是污水处理事业的重要组成部分, 其处理处置程度的好坏也是评价污水处理状况的重要标准。污泥处理处置的目的主 要有以下四个【i3 】:( 1 ) 稳定化污泥稳定化的目的就是通过处理避免发生不希望的 生物反应或者使生物反应朝着希望的方向进行;改善污泥的脱水性质、减少污泥量; 为能够用于农业、林业、城市绿化或者在垃圾填埋场最终处置创造条件。( 2 ) 无害 化污泥无害化的处理往往包括在稳定处理之中,无害化的目的是去除、分解或者 山东大学工程硕士学位论文 “固定”污泥中诸如重金属、毒性有机化合物等的有毒有害物质,以及消毒灭菌,使 处理后的污泥在污泥最终处置中不会对环境造成危害。( 3 ) 减量化由于污水处理 厂污泥含水率高达8 0 左右,甚至更高,占据了大量的体积和重量,给污泥的运输 和综合利用带来了很大的困难。所以污泥处理中的一个重要环节就是分离污泥中的 水分以减少污泥的体积。( 4 ) 资源化污泥的资源化是污泥的最终处置的一个方向, 是在处理污泥的同时实现把污泥化害为利、循环利用;从而保护环境的目的。 目前造纸污泥主要采取卫生填埋、污泥焚烧、污泥热干化、污泥堆肥、海洋倾 倒和污泥建材利用等的方法进行处理与处置。 1 2 1 1 卫生填埋 卫生填埋操作相对简单,投资费用较小,处理费用较低,适应性强。但是其侵 占土地严重,如果防渗技术不够,将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋 始于2 0 世纪6 0 年代,到目前为止已经发展成为一项比较成熟的污泥处置技术。污 泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。由于渗滤液 对地下水的潜在污染和城市用地的减少等原因,对处理技术标准要求越来越高,据美 国环保局估计,今后几十年内美国6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关闭。德国2 0 0 0 年 起要求填埋污泥的有机物含量 h 器蛳 捂 熟 = 叠 、- 诳 甚i卜 措 x 簿 醉 谍 爿| 癌 ! 雄守 界 潞 寨 撼 o :- 瞎 量嘶芑 粒藩 1 癍 斟:滟呻肄 潦 a盈 兽藩 汾苷a 冰 简 豫漤 藜蓉 箭 h 里i岛 - b 炼 漭亡r棼 泮 姆 峙 鄹 鄹 斟 谋母烯萍对峙廓哥 潦 罨烘 嘲 璃 o l 巢 h 呈i 翔 壁 釜h 甏哙 蟑 漭婶 蚜* 蒜 营 母簋 峙 横 曙 蔫 蚺窘 趄 汁 鄹 辫魏 甑 染h 赢 辩 o 吣 游哥煳a 水 西 c l i 潦 阱 淘 慈 ? c 口 j h - 藩 弗 a 熬 墨 盖毒 蕊 o 炼 辞 潜 谢 汁 潘簿 f ;开警 阱 h 斟 氟 盈 妄 弩h窑 辫 阵 跚 啤粗 茫 前 “碍 苎 团 竭 墨 q i 鄱 蘸嚣 蓠 蕞 兰 盈 豫 封 强 菩委 鎏 v n h 爵 葡誊 j 鄱 瑚蓠 撩 兰! _ 劳 墨 薛; 辫 * 炼 弋i h 呈整 c = - 豁 牺 藐 一 3 藩 l滑汁婚hi呈簿h昧离i仑h 游辫 * 潞潦 潲汹 团3目 辞 絮 黼蕊噼潞 婴 口箭溢器赭 雾 敞净瞎 描 争 薪 津瞄洳 器斟姑 茹冉圊 萱 。 卅 i 击煺 料徽茫藩茚藩 擗 滞露蒴萍箭寄潦 潮蕾滟m 号 触 薄 硫矗凿到 淤 栽 聋擗敞漭灯 ) 馨 汝 辫藩麓 盈漭沸姆箭 皿*降 蚺痒 汁 。 墨 。 酾 圈商藩赫 斟 窈游冈晒 h : 叫殿到蚺 玲斟兰黎蔫潭斋 淘蒲吕器昂 翔蠢 圈斟斟斟洳 蟑吕 嗣哪洋茧蕾 。 菌 型彗斗 丽 韵冒 鎏粤 净甬 菇 敞篇 鐾 翥襄 謇雪 蒜譬 整嚣 瑶箭 商恃 舛墅 营哥 苔 甏塾 i 嘲is堂霸 七: 卦沛磁 前翔嘶 。 惑肄 怜 司塾 皿 敞耐 滋 帛嚣 。甏 洳 显 梦 游 齐 徽 碍 , 器 斟 硫 汁藩 岢 蒜銎研 妻 喜 岭 血 洳 鞭 藩 齐 , 蔺i 岢 誉 跚 山东大学工程硕士学位论文 1 3 污泥中的水分和指标要求 1 3 1 污泥中的水分 脱水污泥含水率高达8 0 左右,采用普通的机械脱水方法( 带式压滤、板框压 滤、离心分离等) 难以进一步降低污泥含水率。大量的研究发现,污泥脱水的程度由 污泥中水的分布特征决定。对污泥中水的形态和分布国外学者做了大量的研究工 作。m o i l e r ( 19 8 3 年) 、s m o l l e n ( 19 8 8 年) 和v e s i l i n d ( 19 7 9 年) 分别对污泥中水的形态 进行了定义p 9 】。按v e s i l i n d 定义,污泥中的水由自由水( f r e ew g e o 、间隙水( i n t e r s t i t i a l w a t e r ) 、表面水( s u r f a c eo rv i c i n a lw a t e r ) 以及水合态水( b o u n do rh y d r a t i o nw a t e r ) 组成 4 0 l 。尽管对污泥中水的定义有一定差别,但总体可以用图1 2 t 4 1 1 说明。c a r b e r r y 进一 步给出了各种组成水的相对比例,以含水9 5 的浓缩污泥为例,间隙水约占7 0 ,一般 用浓缩法分离:表面吸附水和毛细水占2 2 ,可采用高速离心机脱水、负压或正压过 滤机脱水和加热法脱除;细胞内部水以及水合结合态水占8 ,可采用生物法破坏 细胞膜除去胞内水或高温加热法、冷冻法去除【4 2 1 。污泥中水分与污泥颗粒结合的程 度由大到小的顺序为:内部水 吸附水 毛细水 空隙水,结合程度越高,越难脱除。 含水率是衡量脱水设备的工作性能和污泥回收产品质量的重要指标,降低含水率是 污泥处理处置的第一道工序,是所有污泥处理中的重中之重【4 3 1 。对污泥中水的存在 形态和定量化分析一度成为污泥性质研究的重点。利用各种方法如低温干燥法、膨 胀计法、d t a 与d c s 法等分析污泥中的水分【2 0 4 “5 1 。近年研究者们开始将水简单 地分为自由水( f r e ew a t e r ) 和束缚水( b o u n dw a t e r ) ,自由水可以被机械力去除,去除率取 决于设备类型和能耗,这些可以通过脱水设备和工艺来改进;束缚水由于与污泥中 的固体具有较强的结合力而不能被常规的机械力分离,即无法进一步降低机械脱水 泥饼的含水率。 山东大学工程硕士学位论文 宝碌水一 图1 2 污泥所含水分示意图 含水率是衡量脱水设备的工作性能和污泥回收产品质量的重要指标。通常污泥 含水率随有机物含量的增加而升高。污泥的体积v 、质量w 、含水率p 和固体浓度 c 之间存在如下数量关系: v 1 v 2 = w 1 w 2 - - ( 1 0 0 一p 2 ) ( 1 0 0 - p 1 ) - - c 2 c 1 ( 1 - 1 ) 式中,各项参数指污泥脱水前后的污泥体积( l 或m 3 ) 、质量( k g 或t ) 、 含水率( ) 、固体浓度( m e , l 或g l ) 。 1 3 2 污泥脱水的指标要求 污泥处理与处置的主要目的是减少水分,为后续处理、利用和运输创造条件; 消除污染环境的有毒有害物质;回收能源和资源。 污泥脱水指标主要包括脱水效果和经济性两方面f 矧。 脱水效果主要反映设备的污泥脱水分离性能是否符合要求,主要指标有:泥饼 含水率、泥饼含固率、污泥回收率等。 经济性指标主要指设备投资和运行成本,主要指标有:污泥处理量、吨投资成 本、运行成本和电耗等。 污泥处理量:是设备的污泥处理能力,反应劳动生产率。 电耗:反应设备能耗。 1 4 研究的意义目的及主要研究内容 2 0 0 7 年我国造纸产量7 5 0 0 万吨,产生污泥4 9 7 6 万吨。由于经费和技术上的原 因,目前这些污泥总的状况还是以填埋、堆放为主,全国4 9 7 6 万吨污泥如果按照高 度2 m 来填埋堆放,则需要占用2 4 8 8 万m 2 的土地,浪费大量的土地资源,而且会 山东大学工程硕士学位论文 造成环境的二次污染,如何合理处置和利用这些污泥已经成为世界各国共同重视和 关注的环保问题热点之一。 1 4 1 研究意义 1 4 1 1 推动污泥减量化、无害化、资源化 大量实践证明,国外从无害化着手,从资源化着眼,展开污泥处理和处置工作 的方式是合理的、有成效的。因此尽可能多的做一些污泥无害化和资源化的尝试是 十分有益的,故本论文开展的造纸污泥减量化设备的示范成功可以大大推动整个山 东省乃至全国的造纸污泥处理和处置工作。 1 4 1 2 提高造纸企业生产运行的稳定性,促进污水处理环节的良性发展 污泥深度脱水处理并资源化利用既可以提高造纸企业污水处理厂的污泥处理 和处置水平,也可以改善污水处理厂自身的应变能力,因此本论文研究设备的实施 和投入运行,将大大提高造纸企业的良性发展,同时也将促动污泥处理和处置工作 上的认识、政策、价格、环境管理方面的改变。 1 4 1 3 加速污泥减量化、无害化、资源化技术在实际中的应用 目前我国虽然开始关注污泥问题,但很多仍然停留在技术层次。2 0 0 3 年,我国 主要大城市开始尝试进行污泥处理处置规划,对其技术方案进行了充分论证,如: 上海市根据不同情况,采取处理分散化、处置集约化、技术多元化的方针;天津市 计划建设3 座污泥处理场,采用污泥消化发电工艺,但尚无污泥最终处置的方法。 因此,本论文以实践为主,可以促进减量化、无害化技术在污泥处置中的实际应用, 加速污泥处理技术向生产力的转变。 1 4 1 4 因地制宜,建设切实可行的污泥处理的道路 污泥处理处置的方法很多,如填埋、焚烧和多种形式的土地利用等等。由于各 国具体情况不同,选择的方法各有侧重。在美国,土地利用逐渐占据主角,2 0 世纪 8 0 年代末填埋约占4 2 ,1 9 9 8 年土地利用比例急剧上升至5 9 ,到2 0 0 5 年土地 利用的比例上升至6 6 ;日本由于国土面积较小,所以污泥的处理处置以焚烧为主, 约占6 3 ,土地利用占2 2 ,填埋占5 ,其他约占1 0 ;卢森堡、丹麦和法国 主要以污泥农用为主,爱尔兰、芬兰和葡萄牙等国污泥农用的比例还会逐步增加, 1 5 山东大学工程硕士学位论文 而法国、卢森堡、德国和荷兰则计划加大焚烧的比例。即使一个国家的不同地区对 于污泥处理处置的方法也有所侧重,如在英国北部大型工业城市,由于污泥中重金 属含量较高且含有一些有毒成分,因此焚烧比例较大,约占5 0 ,而英国的其他城 市则以污泥土地利用为主。 通过以上分析可以看出不同国家和地区都是因地制宜地采取了适合各自国情 的污泥处理处置技术路线,主要考虑的因素为产业结构、土地资源、城市化程度、 投资和运行成本等。本论文研究设备的成功将为我国其它地区造纸污泥处理选择合 适的方法和工艺提供一定的借鉴和指导作用。 1 4 1 5 平衡与和谐环境发展 本论文的研究成果使污泥的产生、处置与环境保护之间达到一个良好的平衡, 污泥处理是水污染防治和水处理过程的重要组成部分。本论文开发成功并实施后, 在有效解决造纸企业污泥出路问题的同时,还可以避免污染物在水体、土壤、空气、 生物体之间的循环污染,既保护了环境,又为社会的可持续发展提供了良好条件和 必要保障,其社会效益十分显著。同时带动资源化利用废物的新产业链,仅在国内 造纸行业就会形成数十亿以上的产业规模,节能减排效果显著,促进造纸行业循环 经济的发展。 1 4 2 研究内容 本论文针对污泥处理处置技术存在的问题,研究一种投资少、能耗低、适合本 土推广的低成本高效深度脱水设备,使污泥含水率由8 0 左右降至6 0 以下,实现 污泥减量化,为污泥多方面综合利用提供平台,解决污泥处置的瓶颈问题。主要研 究内容如下: 1 、对污泥的基础性质进行分析测定,包括污泥含水率、污泥p h 值、污泥有机 物含量和灰分、污泥热值,为设备选材和污泥后期综合利用提供条件。 2 、脱水设备过滤介质、滤液导流模式、设备压力和加压时间对脱水效率的影响, 分析现有机械脱水设备过滤介质,选取不同透气量和断裂强度过滤介质,进行压滤 实验,确定最佳过滤介质;根据现有板式、带式压滤和离心脱水的工作原理,分析 不同滤液导流方式对脱水效率的影响,研制开发高效的导流模式,使污泥水分均匀 直接滤出,防止污泥层阻的现象发生,提高脱水效率,确定最佳的污泥滤液导流模 式:通过液压使设备压力达到普通脱水设备压力的4 8 倍,研究压力、加压时间和 1 6 山东大学工程硕士学位论文 脱水效率的关系,确定最佳工艺参数。 3 、对脱水设备进行自动化控制的研究,开发先进的c n c 中控编程系统控制软 件和p l c 逻辑闭循环断点监控,实现采集处理多路传感器技术参数和信号,对各环 节工况实时监控,使系统工作更加稳定可靠,降低人员消耗,缩短工作循环时间, 增大污泥处理量。 4 、对研究开发的污泥压榨设备进行经济分析,与其他污泥处置方式进行成本对 比。 山东大学工程硕士学位论文 第二章造纸污泥的基础性质 造纸污泥含水率高达7 0 - 8 0 左右,采用普通的机械脱水方法( 带式压滤、 板框压滤、离心分离等) 难以进一步降低污泥含水率。而造纸废水的污泥产量大, 一般是同等规模市政污水处理厂的5 1 0 倍,如此大量的污泥无论采用填埋、直接 焚烧、堆肥等何种处置方式,都存在着二次污染、耗费能源、处置空间的问题,而 制约污泥处理处置的关键因素是高的含水率。因此迫切需要开展低成本污泥深度脱 水处理和资源化利用技术的研究,使废弃的污染物变成有价值的宝贵资源,发展循 环经济。 本论文使用的造纸污泥来自山东晨鸣纸业集团有限公司的污泥脱水车间,测定 其固有的基础性质:含水率、p h 值、有机物和灰分、热值,为开发污泥深度脱水 设备及资源化利用提供理论基础。 2 1 试验仪器 蒸发皿:5 0m l 。坩埚:5 0m l 。烘箱:d h g - - 9 2 0 3 a 型。电子天平:日本岛津, 感量0 0 0 1g 。p h 计:p h s - 2 5 0 。复合电极:e - 2 0 1 一c 。离心机:l d 4 2 型。干燥器。 马弗炉。自动氧弹热量计。压饼机。压力表。合金钢燃烧皿。 2 2 试验方法 造纸污泥含水率、p h 值、有机物及灰分的测定参照中华人民共和国城镇建设行业标准c j t 2 2 1 - 2 0 0 5 城市污水处理厂污泥检测方法。热值参照中华人民共和国国家标准g b t 2 1 3 2 0 0 3 煤的发热量测定方法。 2 2 1 污泥含水率测定 含

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