城镇污水处理厂污泥建材利用工艺研究

1、城镇污水处理厂污泥建材利用工艺研究 分类号：X705 107100729050 强步犬海 硕士学位论文 城镇污水处理厂污泥 建材利用工艺研究 汪齐 导师姓名职称 高俊发教授 申请学位级别 工学硕士 学科专业名称 环境工程 论文提交日期 学位授予单位 长安大学 答辩委员会主席 王志盈 学位论文评阅人 王志盈 王社平 onthe intheProcessof Study MunicipalSewageSludge Materials Building forthe ofMaster ADissertationSubmitted Degree Qi Candidate：Wang Junfa Supe

2、rvisor：ProfGao ChanganUniversity,Xian，China ' lIIIII t I IIII It IIII Ii1111l Y1730086 ， 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者躲万智 力护年乡月7日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学

3、校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名：7杪百 易户年乡月7日 导师签名：彦纥、 沙扣年6只7日 摘 要 城镇污水处理厂污泥的处理与处置一直是环保界的一大难题，随着我国城市化进程 的加快，城市污水处理量大幅增长，城市污水处理率不断提高，市政污泥的处置问题日 益凸显。目前我国市政污泥处置主要有农用和填埋两种方式。其中污泥农用约占443， 填埋约占3l，其他方法约占11，没有处置的约占137。 污泥填埋需要大面积的场地和大量的运输费用，

4、地基还需要作防渗处理以免污染地 下水。并且填埋只是从一定程度上减缓了这个污染的过程，并没有从根本上解决污泥对 环境的污染，随着土地利用的限制，决定了污泥的填埋处理会逐步淘汰。污泥焚烧的减 量化及无害化程度高，但因其设备复杂，加上焚烧过程中产生大量的烟气污染和消耗众 多能源等问题，限制了污泥焚烧技术的推广应用。于是污泥的综合利用就成了可持续发 展的必然趋势。 本文以污泥和粘土按一定配比混合制烧结砖为题材进行了相关研究，污泥的热值在 烧结砖过程中可以有效减少外加燃料的投入，重金属在高温焙烧过程中大多形成了稳定 的固溶体，被固化在砖体当中，不会溢出污染环境，实现了污泥的减量化、无害化及资 源化利用。

5、 研究结果表明，将污泥与粘土分别干燥、筛分混合制烧结砖过程中，污泥的最佳掺 入量为15左右，最佳烧结温度为9801040，且污泥属高敏感材料，须严格控制其 并且能从一定程度上提高砖体的隔热保温性能。 ： ， 用于制砖的污泥烧失量必须低于50的要求，有机物含量较高的污泥须先经消化稳定处 ， i。 理后方可用于后续建材制砖利用。 i 在污泥中添加专用添加剂，实现污泥的除臭和重金属的稳定。可采用生石灰吸收酸 霉 t 性气体，添加部分活性炭作为重金属及二嗯英的吸附剂，利用循环流化床烟气脱污塔加 j 、 后续布袋除尘器处理污泥砖焙烧过程中的烟气污染问题。 !。 l 由于到2010年全国大中城市全面禁止使

6、用粘土实心砖，污泥制砖工程投资及运行 成本低，可以实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化利用，具有显著的经济效益 和社会效益，发展前景广阔。 关键词：污泥处置，粘土，烧结砖，资源化利用 Abstract Thefinal of is a of dispositioncitysewagesludgealwaysmajorproblem the of sectorWithaccelerated urbanization，the ofurban protection process sharpgrowth rateofurban treatmentin treatment，therising se

7、wage China，municipalsludge sewage hasbecome ofthe disposal increasinglyprominentAtpresent municipalsludgedisposal， therearetwomain useand useof methods，namely,agficulturallandfillAgriculturalsludge whichaccountSforabout 31of 11ofother iS 443，about landfill，about methods，there no 137 disposalofapprox

8、imately landfillsitesneeda areaandalotof foundation costs，the Sludge large transportation also to of thelandfillistosomeextent requiredpreventpollutiongroundwaterseepageAnd sloweddownthe ofthis isnofundamentalsolutionto processpollution，there caused theland-use decisionofthelandfill pollutionbysewag

9、esludgeWith restrictions，the of willbe incinerationmethodandthe ofreduction disposalsludge phasedoutSludge degree ofthe of becauseofits with highestdegreesound，but sophisticatedequipment，coupled and alotofsmoke and ofanumberof burninggenerate pollutionenergyconsumption limitthewide of incineration t

10、he problems applicationsewagesludge technologySo has aninevitable utilizationof forsustainable become comprehensivesludge development 仃end Inthis certain of and mixedbrickconductedresearchfor paper'aproportionsludgeclay value inthebrick can reducethe of the calorificof input topic，the sludge pro

11、cesseffectively additional metalsare inthe calcinationofthe fuel，heavy mostly high-temperatureprocess solid Wassolidifiedinthe notoverflow formationofastable solution，which brick，will ofthe achievea resourceutilization reduction，hazards，and pollutionenvironment，tosludge Theresultsshowthatthe and wer

12、e brick dried，mixed sludgeclay screeningprocess，the amountof 1 best is980-1 5，the 040， optimummixing sludge sinteringtemperature anda sensitive controlthe timeThebrickcanbe materials，to highsludge strictly drying to 10 therelevant obtainedmeetthenational standard，”Bricks” GB51-2003 of requirements，

13、andtosomeextentitalso the of improvedcapabilityheatproof m To treatment The meet wastewater of the”municipal plantsludgedisposalquality for the of for brick” CJT289-2008 standardrequiresburningsludge sludge mustbelessthan the ofthe maRercontentof 50loss，On requirementshigherorganic tobefirst the ofs

14、tabilizedbefore canusefor brick sludge by digestion they follow-up material building inthe removethe smelland metalin Add additives，to sludgespecific unpleasant heavy the limetoabsorbacid someactivatedcarbonasadsorbentof sludgeUsing gases，add heavy and of metals fluidizedbedflue towerandthe filter d

15、ioxins，Use circulating gaspollution bag todealwith bricksmoke inthe sludge pollutionburningprocess DuetOatotalbanontheuseof bricksin andmediumcitiesin2010，The clay large ofthe are can investmentCOSTSand costs very reduction operating sludgeproject low,sludge be andresource economicandsocial achieved

16、，steady,soundutilization，withsignificant it a has benefits，SOverybrightprospect bricL utilization Keywords：Sludgedisposal，clay,firedcomprehensive IV 目 录 第一章绪论1 11研究背景1 12污泥市场的形成2 13研究的目的和意义。3 14课题来源及研究内容一3 第二章城市污泥的处置及资源化利用：5 21污泥的产生及现状一5 211污泥的来源与分类5 212污泥总量概况5 213西安市污泥量分析6 214污泥处理处置的常规工艺流程。8 215环境危

17、害9 0 22国内外污泥处置现状1 221污泥填埋处置10 222污泥的土地利用10 223污泥焚烧处理11 224污泥的建材利用12 225污泥的其他处置方法13 23污泥处置趋势及技术经济比较13 231国内外污泥处理趋势13 6 232污泥制砖的主要特点1 233污泥处置方式技术经济对比17 24小结22 第三章污泥性质检测分析23 31污泥分析试验条件23 311试验原料23 312试验仪器设备23 313检测试剂23 314取样方法23 V 32污泥分析测定24 321污泥含水率测定24 322污泥比重测定24 323污泥烧失量测定24 324污泥pH值测定25 325污泥热值的测定

18、25 326污泥总氮含量测定26 327污泥总磷含量测定27 328污泥TOC测定一27 329污泥化学成分测定28 321 0污泥金属含量测定28 33试验结果29 34小结30 第四章污泥粘土烧结砖工艺试验研究31 l 41烧结砖工艺概述3 411制砖原料简析3l 412工艺分类31 42污泥粘土制烧结砖工艺流程33 43污泥砖制备工艺34 431原料预处理34 432污泥粘土混合配比34 433混合料坯体成型35 434试件焙烧37 435烧制过程反应39 44烧结砖性能分析39 441质量标准40 442冻融试验40 443石灰爆裂试验41 444泛霜检验j4l 445重金属浸出试验4

19、2 446性能比较分析43 45d、结47 VI 1污泥砖焙烧主要污染物48 52污染物控制48 521臭味控制48 522烟气污染控制50 523毒性控制51 1 53污泥烧失量控制5 531烧失量概述。：52 532厌氧消化52 533好氧消化54 54。工程经济评价55 541污泥处理厂工程55 542污泥粘土烧结砖工程56 543污泥制砖处理成本59。 544污泥其他处置方式成本60 545社会效益60 55小结62 第六章结论一63 61主要结论63 62建议64 参考文献65 V 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 环境恶化是当今人类社会在实现可持续发展过程中所面临的主要问题之一。人

20、类社 会在快速发展的同时，给环境带来的破坏也与日俱增。伴随经济的飞速发展，我国城镇 化进程在不断加快，大批处理厂相继建成并投入运行，污水处理量的增多和处理效率的 提高，就必然使得剩余活性污泥量激增。目前我国年废水排放总量约在400多亿吨，每 年排放干污泥约为550-600万吨，且在不断增加【1】。市政污泥主要是由污水处理过程中 产生的沉淀物质和在其表面漂出的浮沫构成，有机物含量高，易腐烂，有恶臭，同时含 有病毒、病原菌、寄生虫 卵 ，以及大量的有毒重金属和有害、难降解有机物等12。如 不及时加以妥善处理，将对环境产生严重的二次污染。 目前国内外污泥处置的方法无外乎以下几类，即土地利用、卫生填埋

21、、堆肥处理、 焚烧、农用绿化以及综合利用等方法。但是由于污泥本身含水率很高且深度脱水困难、 工程性质差并含有多种污染物的特点，上述提及的几种处理处置手段都受到了不同程度 的限制，如何通过技术创新实现污泥的资源化利用，已经成为全球广泛关注的课题之一。 11研究背景 长期以来，我国的污水处理普遍存在着“重水轻泥”的倾向，以至于城市污泥的处 置己成为环境保护中极其薄弱的环节，严重制约着污水处理的长远稳定发展。由此如何 有效的处理处置市政污泥已受到污水处理界同仁的广泛关注。 据统计，污泥含量虽然仅占污水处理总量的O305 含水率以97计 ，但污 泥处理的投资和运行费用巨大，几乎占到整个污水厂投资及运行

22、费用的30,-,50131。 全球一年可产生高达几千万吨的干污泥量，而且主要分布在诸如欧洲、美国、日本等发 达国家。随着我国城镇污水处理设施的高速建设，污泥产量也在急剧增加。2009年，全 待解决的重大问题就是如何处置大量未经有效处理就直接进入环境当中的污泥。目前我 国市政污泥处置主要有三种方法，即污泥农用、填埋和就近沟壕倾倒。其中污泥农用约 占443，填埋约占31，其他方法约占11，没有处置的约占137。而有时却因 污泥含水率高，并且考虑到高昂的运输费用等实际问题而不得不放弃填埋，就近沟壕倾 倒。这些未经处置的市政污泥直接排放给环境带来的危害可想而知。 污泥的处理处置要达到以下四个方面的目的

23、：减量化：使污泥的最终体积得到有 1 第一章绪论 效减少，同时降低污泥的处理处置费用；稳定化：使经处置后的污泥不再产生进一步 的降解，从而避免二次污染的产生；无害化：通过灭菌，除重金属等措施使得处理后 的污泥不再对环境产生危害；资源化：在处置污泥的同时，能够以废治废、变废为宝， 从而达到综合利用、保护环境的目的14。在考虑环境效益和社会效益的前提下，尽可能 使污泥的经济价值得到充分提高，满足资源的可持续发展。 12污泥市场的形成 目前，我国拥有已建成及在建、拟建的污水处理厂近千家，随着国家对环保要求的 提高、人们对环保的关注以及城市化进程的加快，污泥的处理与利用已经成了一个迫切 需要解决的问题

24、。 “九五”末期，国家已开始意识到污泥问题，“十五”期间，受科技部委托，北京 城市排水集团有限责任公司和华南环境科学研究所开始着手编写污泥处置的相关政策； 另一方面，国家发改委对污泥也非常重视，委托北京市环境保护科学研究院做了一个污 泥技术政策和产业政策的课题，并形成了科研成果。 09年初，城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策 试行 终于发布， 内中规定：“污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化；鼓励回收和 利用污泥中的能源和资源。坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综 合利用，达到节能减排和发展循环经济的目的”。 污泥处置方面，已经有一些机构和单位在做市场

25、化的工作。而污泥市场要形成，第 一个要素是有足够的量。在去年的污泥处理行业论坛上，环保部科技标准司司长赵英民 指出，按照国家环保“十一五”规划，2010年全国所有城市都要建设污水处理设施，城 市污水处理率不低于70，预计全国城市污水处理能力一天超过一亿吨，如果按这个量 算的话，每年污泥的产生量就会达到3000多万吨。按建设投资平均10万元的话，那就 需要上千亿。污泥处理处置运营费用平均100元的话，每年这方面的费用需要30个亿。 当然，这是假设污泥全部得到处理的结果，现实中不可能完全做到。但即使只实现 2030的处理，建设投资也需要几十个亿。如此庞大的污泥量，使污泥具备了市场化 的前提。另外，

26、在污泥处理设施的建设、运行方面，现有的体制和国家的政策是鼓励多 元化的，文件里明确提出“建立多元化投资和运营机制，鼓励通过特许经营等多种方式， 引导社会资金参与污泥处理处置设施建设和运营”。接下来，各种配套政策将逐步完 善，一大批项目的上马，使得污泥市场化具备了全面启动的条件。 2 长安大学硕士学位论文 13研究的目的和意义 誓出淤泥而不染”的诗句早已脍炙人口，在古人赞扬荷花清纯高贵的同时，我们也 不难看出人们对淤泥的厌恶。随污水处理量的增多和效率的提高，如何有效利用污泥来 为现代化建设服务，变废为宝，在减少环境污染的同时，更发挥其潜在的市场价值，已 成为环保界关心的论题。 污泥的处理处置是污

27、水处理事业的重要组成部分，其处理程度的好坏是评价污水处 理状况的重要标准。我国城市污水处理厂每年排放污泥量达上千万吨，并以每年超过 20的速度递增，而污泥处理的形势却不容乐观。管理不到位，技术不成熟等诸多问题， 使得国内大部分污泥没有进行无害化处理，更谈不上资源化利用。要构建资源节约型和 环境友好型社会，污泥的处置问题必须得到妥善解决。 经过多年的发展，污泥的处理已由过去的浓缩、脱水、干化、露天简易堆放等初级 处理，发展到现在的堆肥发酵、焚烧发电、建材利用等资源化处置阶段，各种新技术也 在不断涌现。从长远观点来看，一种有效的污泥处理处置方法应兼顾到环境生态效益、 社会效益和经济效益的统一。做好

28、污泥的处理处置工作，使其能成为一种有效资源再生 利用是世界各国共同重视的问题。 砖瓦是建材工业不可或缺的重要组成部分。如何实现可持续发展，构建环保节约型 社会，各级政府、科研部门和企业都进行了不断的探索，利用废弃物替代粘土等资源制 砖，既能减少对耕地的破坏，还能实现废弃物的资源利用，是实现双赢的理想策略。 市政污泥制砖技术可将污泥中的有机物在高温焙烧阶段完全氧化，在焙烧过程中有 毒重金属形成稳定的氧化物被封存在坯料中，所有有害细菌和病毒也在高温下被杀死。 且污泥砖质轻、孔隙多，因而具有一定的保温隔热效果。污泥制砖，可消耗大量的市政 污泥，达到无害化、资源化利用的目的，同时可节约大量制砖粘土，符

29、合国家建筑材料 节土利废的政策。干化污泥中有机物含量多，故而有大量可利用的热值，从而能节省内 燃剂投加量，节约制砖成本。 14课题来源及研究内容 本课题研究以西安市科技创新支撑计划项目为依托，以西安市污水处理厂的剩余污 泥为研究对象，检测西安市几大主要污水处理厂的污泥成分，分析并掌握其泥质成分与 浓度的变化规律及特性。研究并提出实用性高效低耗污泥资源化利用处置工艺系统模 3 第一章绪论 式、集成化设备与技术，包括污泥中重金属的钝化稳定及污泥制砖的工艺条件与参数的 优化确定等，使西安市污水处理厂污泥处置问题得以解决，防止二次污染，加速循环经 济的发展和生态型城市的建设。以实现污泥减量化、稳定化、

30、无害化和资源化为目标， 研究污泥建材应用技术，充分体现资源节约和环境友好的理念。 主要研究包括以下内容： 1 对西安市几大主要污水处理厂污泥的成分和性质进行研究分析，并研究污泥 泥质变化规律。主要包括以下内容： 污泥的常规性质检测 污泥的化学成分分析 重金属含量分析 热值分析 2 市政污泥资源化利用制砖工艺的可行性研究，制砖工艺选择以及烧制过程中 污泥与粘土的配比方案研究。 3 污泥粘土砖的物理性能研究，包括砖体的密度、吸水率、抗压强度、抗折强 度、冻融性能、石灰爆裂试验等是否符合国家烧结普通砖 GB51012003 标准。 4 污泥粘土砖在烧结过程中的污染物控制及其应用过程的环境影响分析、经济 评价和社会效益。 4 长安大学硕士学位论文 第二章城市污泥的处置及资源化利用 21污泥的产生及现状 211污泥的来源与分类 城市污水是城镇居民生活、工商业生产排放的废液或水携废物与地下水、地表水、 雨水的混合物，甚至一些工业废水的不达标排放等带来的环境污染51。在城镇