污泥减量化、无害化、稳定化、低碳化处理及其

污泥减量化、无害化、稳定化、低碳化处理及其

资源化利用技术研究1立项的背景与意义1、污泥处理成为世界性课题，急需新技术的出现城镇自来水厂、污水处理厂及其管网系统，在对污水进行处理时，会产生大量沉渣，这种沉渣称为污泥。污泥含有有机物、无机化合物、微生物、细菌、重金属等各种有害物质，具有一定的流动性。污泥不仅含水量高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量病原菌寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难以降解的有毒有害以及致癌物。如果未经严格处理随意排放或进行填埋，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类的身体健康。污泥的大量产生，既超出了环境的自然消纳能力，严重威胁生态环境和人身健康，又造成有机废弃资源的极大浪费。随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化，污水处理产生的污泥量也有大幅度增长；而相对污水处理，目前污泥处理处置的保障率低，大部分污水处理厂的污泥没有得到真正有效的处置，随意抛弃、倾倒的现象还普遍存在，由此引起的二次污染问题已不容忽视，在一定程度上甚至抵消了污染减排的成果。一些地区还因污泥处置不当，引发了环境污染事件。如果不把处理污水过程中产生的污泥处置好，近50%的COD（化学需氧量）将可能以另一种形式转移到环境中。污泥治理成为了城市节能减排管理艰难任务，国内外许多科研院所已经把这个世界性课题提到了研究开发日程。针对污泥问题，国家一直非常关注，从政策层面制定了一系列的支持和鼓励性文件。“十二五”规划提出了2015年我国污泥处理率达到50%以上的要求。现有污泥处理的方法及处理后污泥的综合利用没有从根本上解决污泥的无害化和资源化问题。污泥依然在某处堆着，从环保的严格意义上来讲，不过是将污染进行了减量和形态转变，并没有完全地消除。在某种情况下，这种转变甚至可能使某些有害污染物（如重金属离子）富集，会造成二次污染和潜在污染。随着海洋投弃被禁止，污泥弃置的比例正逐渐减小，同时土地填埋也受到越来越严格的限制。人们认识到污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃，污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流。近年来，我国城市污水厂的污泥处理技术和某些单项专用设备有较大发展，积累了中温厌氧消化的经验，而在污泥处置的最终出路方面尚属实验研究阶段。而在污泥处理处置现实操作过程中，国内污泥处理率低、工艺不完善，污泥处理技术设备落后，污泥处理管理水平低，污泥处理设计水平低，污泥处理投资低，污泥处理急需新技术的出现。2、发展生物质能是解决能源危机的必由之路随着我国经济的发展，能源需求持续增长。1980年以来，我国的能源总消耗量每年增长约5%，是世界平均增长率的近3倍，从能源供应和经济发展来看，我国的能源发展面临着十分严峻的形势和挑战。据专家估计，到2020年我国年能源的需求在25~33亿吨标准煤之间，均值为29亿吨标准煤，。根据世界化石能源储量和消耗量的综合估算，石油大约在2050年左右宣告枯竭，天然气也将在57~65年内枯竭。同时，化石能源大规模的集中使用，释放出大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物质，给人类的生存环境造成了严重危害。目前中国二氧化碳排放量已超过美国，成为二氧化碳排放量最大的国家。专家预测，如不加以控制，到2030年中国二氧化碳排放量将达到8兆吨/年，相当于目前全世界的排放量的三分之一。目前，节约能源，提高能源利用效率，尽可能更多地开发利用可再生能源，是世界各国优先发展的战略目标。生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，具有二氧化碳生态“零”排放的特点。目前生物质能仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位，在整个能源系统中占有重要地位。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍，%。有关专家认为，到下世纪中期，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。而方便程度可与燃气、燃油等能源媲美，更容易实现大规模生产和使用的生物质成型固体燃料，将成为生物质能产业的重要一环。针对我国的生物质成型固体燃料产业的发展，国家发布了一系列支持性和鼓励性政策法规。《生物质能发展“十二五”规划》中提出了到2015年，生物质成型燃料年利用量达到1000万吨，相应替代化石能源500万吨标准煤的目标。因此可以预见，生物质成型固体燃料产业将成为生物质能产业中的强力增长极。在国家大力治理污泥和开发生物质能的大背景下，XX倡导“大胆想象、科学求证”的思路，坚持“资源放错了地方就是废物”的理念，把污泥当作一种“污泥资源”而不是“污泥问题”的设计思路，结合并充分利用微生物工程、湿法冶金、化学化工、环境科学、系统工程、生态工程等科学原理与工艺，经过多年的深入研究和反复实验，开发出了一种新型的污泥处理处置工艺技术。该工艺的关键技术及创新点在于，能快速、高效地实现污水污泥的深度脱水减量，并同步除臭灭菌、去除并高效回收重金属，从根本上解决了污泥的污染问题，经本工艺处理后的污泥，可以用作生物质能源草或炭薪林的肥料，并按照一定比例的添加到生物质中，经生物质成型工艺加工后，制成高热值的生物质成型固体燃料。本项目的开展不仅从根本上解决了污泥的污染问题，同时将污泥的综合利用与生物质能有机的结合起来，低价高效解决了污泥处理处置和生物质成型两大难题，将困扰世界的“污泥问题”变成了“污泥资源”，对经济发展、节能减排、生态环境保护和社会稳定都具有积极的意义。2国内外研究现状与发展趋势1、污泥处理技术研究现状（1）污泥特性及其处理目标污泥作为一种有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，具有“含水率高、易腐败、难去除臭味，难于去除污泥中的微生物及重金属，污泥性质不稳定、难于资源化利用”的特性。要实现污泥的深度无害化处理，彻底解决污泥的污染和危害，并实现其资源化利用，需完成以下几大任务：1）污泥减量化：减少污泥体积，降低含水率，为后续处理、利用、运输创造条件。2）污泥稳定化：去除污泥中易腐化变质的有机物。3）污泥无害化：去除污泥中对人体或自然界有危害的病毒、细菌、原生动物和重金属等。4）污泥的资源化利用：①利用污泥中富含的氮、磷、钾等回收有机肥料，改善土壤条件，促进作物的生长；②利用污泥中大量有机物储藏的热量进行焚烧，回收能源。（2）国内外污泥处理现状目前，国内外传统的污泥处理方法是将经过脱水后的污泥进行填埋/焚烧/回收利用处理。其中污泥脱水处理主要采用浓缩、消化、干化等技术，具体如下：1）浓缩。就是通过去除污泥颗粒间的自由水分，以达减容目的，从而减轻污泥后续处理、处置和利用设备、设施的压力。污泥浓缩的基本方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。2）消化与调理。污泥的消化是在人工控制下，通过微生物的代谢作用使污泥中的有机物稳定化。污泥消化可分为厌氧消化（生物还原处理）和好氧消化（生化氧化处理）。厌氧消化是目前国际上最为常用的污泥生物处理方法，是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法；好氧消化需添加曝气设备，能耗大，多用于小型污水处理厂。污泥的调理目的是改善污泥浓缩和去除水的性能，提高机械去除水设备的处理能力。调理的方法有化学调理、淘洗、加热加压调理和冷冻融化调理等。3）干化。干化和干燥是污泥深度去除水的一种形式，其所应用的污泥去除水能量（推动力）主要是热能。干化、干燥是使热能传递至污泥中的水，并使其汽化过程。主要应用自然热源（太阳能）的干化过程称自然干化；使用人工能源当热源的则称污泥干燥以示区别。由于污泥干燥能耗相当高（每千克水去除的能耗为3000〜3500kJ），因此污泥干燥仅适用于去除水污泥的后续深度去除水。目前世界各国污泥综合利用情况如表2-1所示：表2-1世界各国污泥综合利用情况表国家污泥总量（t干污泥/d）处置方法％土地利用填埋焚烧其他奥地利3201356310比利时75315694丹麦1303733282法国700505000

德国25002563120希腊1539700爱尔兰242818054意大利8003455110荷兰282445330葡萄牙200801307西班牙28010501030瑞典180455500瑞士2155030200英国1107558730美国690041172220日本171935551■焚烧3.45%无污泥处咒■绿化13*79% 3.■焚烧3.45%无污泥处咒■绿化13*79% 3.45I:地填埋3L03%■农川利用44.83%与垃圾瞬填埋3*45%以上污泥处理方法虽然在一定程度上减轻了污泥污染的问题，但从转运、加工到最终处置，均存在不同程度的二次污染。例如一个日处理25万m3的中型污水处理厂，每天可产生100〜200t污泥（含水率75〜80%），按照常规的卫生填埋与转运，由于其体积较大，需要300t位的车载运输；填埋1m3污泥需要占用3m3的相对场地，并由于其含有毒有害成分以水、空气、蚊蝇鼠类动物、固体生化分解等载体进行渗透、扩散、游离等方式造成严重的二次污染和潜在的污染；如通过焚烧（掺烧），每1t污泥（干基）的辅助燃料需消耗304〜565L重油，能耗大，并产生SO2、二恶英、氮氧化物及烟尘等大气污染物。现行传统污泥处理方式从环保的严格意义上来讲，不过是将污染进行了减量和形态转变，并不能真正完全地消除污泥污染。世界各国都在积极研发新技术，以寻求更经济、更合理、更高效的污泥处理方法。2、污泥燃料化技术研究现状污泥是由以微生物为主体的菌胶团及其吸附物构成的非匀质体，其中含有大量的有机物，热值较高，具有良好的利用价值。以污泥为原料，制备可稳定燃烧的燃料，已成为污泥处置和能源化利用领域的重要研究热点。早在20世纪40年代日本和欧美等发达国家就开始了城市污泥衍生燃料技术的研究开发。日本的东京都第一个采用了“污泥的炭化、炭化物的发电利用”的污泥资源化利用方案，污泥经干燥、炭化后作为替代燃料供火力发电厂使用，炭化成本在每吨13000日元（约合每吨810元人民币）左右，引入该方案后，该地区的污泥的再利用和资源化率由64%进一步提高。美国一研究机构采用污泥（含量在50%以上）、一定比例的生石灰及水溶性的粘结剂（糖浆）制成合成固体燃料。该燃料可在焚烧炉中稳定燃烧，燃烧过程中产生的有害气体及其它监测污染物可使用常规的烟气净化设施去除。德国汉堡贝伦化学公司以下水道污泥为原料，采用有机絮凝剂调理后先脱除部分水分，再加入一定比例的粉煤制得固体燃料，其发热量约为是9200kJ/kg〜10000kJ/kg。加拿大从1991年起在国内5家电厂推广污泥燃料，目前处理每吨污泥的成本仅为15美元，同时可以发电800千瓦时。我国对于城市污泥合成衍生燃料技术的研究起步较晚，多处于理论分析阶段和可行性研究阶段。胡光埙、洪云希将无烟煤50%、干污泥35%、添加剂（含固硫剂）15%配制的合成燃料，该燃料可在炉中正常燃烧，且炉渣含碳量、二氧化硫排放量、林格曼黑度等级均比煤低。王娟等参考垃圾衍生燃料的制备方法考察了市政污泥作为燃料的可行性及其利用价值，研究了污泥燃料化利用的最佳脱水干化条件及煤粉添加量对污泥燃烧效果的影响。结果表明，污泥热源干化的最佳时间为4h,干化后污泥的发热量在18MJ/kg左右，能量较高。当干化温度在105°C〜150°C之间时，污泥的可燃有效成分几乎无变化。污泥含氢量较高，燃点低于煤。赵培涛等利用处理量为24t/d的中试试验台，在含水率为90%的泥浆中加入稻秆等生物质，再加入一定量的Fe3+和Ca2+,搅拌10min左右，随后将污泥-稻秆混合物泵送到压滤机中脱水，制得含水率45%左右的固体燃料。该燃料着火点低，完全燃烧温度范围窄，燃烧性能好，可作为燃料使用。谢水祥等经试验研究开发出了一种新型含油污泥处理剂，主要由破乳剂、引燃剂、疏散剂及催化剂等组成。可处理多种类型的含油污泥和剩余污泥，脱去水后的泥渣不粘连、结块，干燥后易于燃烧，还可与燃煤混烧。随着环保和资源化利用技术的日益发展，传统的污泥填埋的比例不断降低，污泥的资源化利用已经逐渐成为污泥处理处置领域新的发展趋势。未来污泥处理的主要发展方向，从运营角度来讲就是在污泥处理处置过程中降低环境风险、降低能耗、降低运行成本并实现资源的有效回收综合利用；从技术层面来讲，就是要系统地研究如何实现高效去除水减量、最大程度消除各种病菌与微生物、有效去除重金属离子、回收污泥资源中有价值的部分，在加工过程中去除异味与臭味提供良好的操作与使用环境，并实现污泥资源化利用。并且，污泥无害化处理与资源化利用应遵循合理配置、因地制宜原则，对于我国而言，以污泥为原料制成高热值的生物质成型固体燃料，将污泥的综合利用与生物质能有机的结合起来，低价高效解决污泥处理处置和生物质成型两大难题，无疑是适合我国国情的污泥处理处置方法，可成为我国污泥处置的重要方向之一。3项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标1、污泥无害化处理技术研究（1）微波技术处理污泥的原理污泥处理的核心就是如何破坏“嗜食”重金属的微生物、化合物的晶体结构的问题。这是因为：1）污泥中浓度较高的多种重金属离子，它们是大多以复杂化合物的方式存在，并且大多数是包含在“嗜食”重金属的微生物体内。2）原污泥含水95%以上，浓缩后的污泥仍然含有80%的水分，在自然状态下，污泥水中相当大的一部分被固定在了污泥微生物与絮凝结构中，而传统工艺只能去除那些不依附在污泥固体的自由水以及一部分的被截留在裂缝与絮凝结构的空隙中的空隙水。3）污泥中的臭味产生来源于各种化合物本身的味道，而这种化合物大部分又被包裹在微生物体内，在温度环境等条件下通过微生物作用又不断发生新的生化反应。本项目技术开发出特有的“酸浸-微波加热杀菌”工艺，污泥经酸化处理后，改变细菌生存环境，再通过微波加热杀菌方法，破坏“嗜食”重金属的微生物、化合物的晶体结构实现高效快速杀死污泥中的各种病源菌与微生物体的目的。病源菌与微生物体死亡后排出体内大量水分和吸附的重金属，重金属转化为酸溶性金属离子而进入溶液，污泥中组分和性质发生改变，胶粘性降低或消失，污泥的透水透气性增加，污泥中的臭气成分被氧化分解成为无臭物质。经过“酸浸-微波加热杀菌”工艺处理后的污泥经机械过滤，得到干污泥渣和溶液。之后加入适量比例的反应剂，进行中和、沉淀、过滤后获得重金属渣和废水。根据干污泥渣含量及各地的实际情况，对其进行深加工，生产有机复混肥、饲料、建材和固体燃料等。根据重金属渣含量和实际情况，可进行深加工回收或销售给冶炼厂。废水可经处理后排放或循环使用，或返回污水处理厂。通过这一系列处理过程，对污泥处理达到了深度脱水减量、除臭、去除重金属的目的，同时降低辅料用量、大大缩短处理时间，并消除传统工艺的异臭污染问题。本项目技术中微波加热杀菌的原理如下：微波加热与传统加热不同，它不需要由表及里的热传导，而是通过微波产生的温度场与电磁场，可以直接而有效地在整个物料内部产生热量，促进细菌的分子高速运动，加速其细胞膜的挤压而破裂，从而达到杀菌的目的。含有大量水分的污泥分子即微生物及其细胞被“瞬间粉碎”而析出水分。微波产生的电磁场是细菌致死的主要因素，特别是在较低温度时。电磁场在杀菌过程中表现出来的“非热因素成为细菌致死的主导因素”打破了常规加热杀菌的格局，细菌欲生存而需抗争的对象改为“电磁力”。脉冲电磁的杀菌机理主要表现在以下两个方面：1）电场作用：生物体内的大多数分子和原子具有极性（等效电偶极子）和磁性（分子电流模型），外加电磁场会对生物产生影响或作用。在外加电磁场的作用下，电偶极子和分子电流会随着电磁场的方向取向。在静电磁场中，只是建立一个新的终极状态，但在时变电磁场中，电偶极子和分子电流会随着电磁场的变化而振动。显然，不同强度分布的外加电磁场对不同生物的影响程度是不同的。医学界在研究中发现细胞体在电磁场中有异常表现，典型的表现是对电磁波的应答现象。这种生物应答现象发生在远离平衡状态，生物体对满足一定条件的电磁场的影响是非线性的，并表现出频率特异性功能和功率特异性。效应的能源有时来自生物系统内部，外部电磁场只是起到触发作用。细胞是最基本的生命单元，在细胞中，每个细胞膜内外都有一定的电位差，在外加电场的作用下，膜内外的电位差会增大，通透性会增加，细胞发生渗透，继续适度处理，当电磁场达到一定值（E>EO,H>HO）时，细胞膜就发生不可修复的破裂，这种现象称为电穿孔。同时，由于电磁场是变化的，在极短的时间内，电磁场的频率、强度都会发生极大的变化，在细胞膜上产生振荡效应。不可逆的电穿孔和激烈的振荡效应能使细胞破裂，这种破裂导致细胞结构紊乱，从而杀死细胞，进而杀死细菌。2）电离作用：变化电磁场的介电阻断性对微生物具有抑制作用。在外加电磁场的作用下，污泥空间中的带电粒子将产生高速运动，撞击污泥分子，使污泥分子分解，产生阴、阳离子，同时，电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃穿过本来就已提高通透性的细胞膜，与微生物内的生命物质如蛋白质、RNA作用，因而阻断了细胞内正常生化反应和新陈代谢的进行。另外，电磁场能够使水分子的氢氧键断裂，在水中生成过量的超氧阴离子自由基、过氧化氢及自由质子。而过氧化氢有强烈的氧化作用，作用于生物分子，会破坏DNA，导致细胞死亡。液体介质中电离作用产生的臭氧同样有强烈的氧化作用，能与细胞内物质发生一系列反应。以上两种作用的联合构成了杀死细菌体的主要因素。（2）污泥深度脱水和脱除重金属的无害化处理工艺1） 预沉分离：％〜％的剩余污泥，加入一定量的反应剂，搅拌混凝10〜35min后，制成混合液。将此混合液泵入重力浓缩池，经过30~120min的自然沉降，达到初步浓缩的目的，得到上清液和浓缩污泥，将所述上清液从重力浓缩池的上部自然排出，送回污水处理厂的污水处理系统，将所述浓缩污泥从重力浓缩池的底部排出，进入下道工序处理。2） 浓缩污泥无害化处理：排出后的浓缩污泥进入杀菌系统，通过前期的酸化作用后进行微波加热，浓缩污泥中的微生物被杀死并分解，微生物体内的大量间隙水、毛细管水水分及其吸附的重金属被排出。污泥中重金属在该条件环境下转化为酸溶性金属离子而进入溶液，污泥中组分性质发生改变，胶粘性降低或消失，污泥透水透气性增加，污泥中的臭气成分被氧化分解成为无臭成分。3）机械过滤固液分离：对经过改性处理后的浓缩污泥，用板框压滤机等常规机械设备进行过滤，得到过滤液和干污泥渣。4）~9后，送回污水处理厂的污水处理系统或根据过滤液中重金属性质与含量等因素，按照湿法冶金原理，加入适量比例的反应剂，进行中和、沉淀、过滤，获得形成稳定状态的重金属化合物渣和废水。重金属化合物渣根据其含量和实际情况，可进行深加工回收或销售给冶炼厂。废水即可经处理后排放或循环使用，或返回污水处理厂。5）根据干污泥渣含量及各地的实际情况，进行深加工，生产有机复混肥、建材或固体燃料等。（3）污泥无害化处理装备本项目处理污泥所用到的设备设施主要是重力浓缩设施、微波杀菌系统、板框压滤系统，如图3-2、图3-3、图3-4所示。重力浓缩设施：根据处理量大小进行自行设计和制造，达到把含水率95%的污泥，在辅助药剂的絮凝下，实现污泥第一次脱水，达到含水率约92%。微波杀菌系统：通过发射高频率的微波，产生温度场与电磁场，直接而有效地在整个物料内部产生热量，促进细菌的分子高速运动，加速其细胞膜的挤压而破裂，从而达到杀菌的目的。板框压滤系统：混合液流经过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布，成为不含固体的清液。4）污泥浓缩、机械脱水和干化的效果本项目可实现对剩余污泥、二沉污泥的快速深度脱水。具体污泥浓缩、机械脱水和干化效果见以下实验结果。实验1：污泥样品取自湖南某污水处理厂，%，%。，按照本项目工艺进行处理，然后将浆液进行固液分离，并用2L水进行洗涤，得污泥渣和浆液。连续3次实验得到的污泥渣的湿重和干重如表3-1所示。表3-1连续3次实验得到的污泥渣的湿重和干重（Kg）序号污泥渣来源污泥湿重污泥渣湿重污泥渣干重含水率1污水%2污水%3污水%实验2：污泥样品取自湖南岳麓区污水处理厂，%，%。处理方法如同实验1，连续3次实验得到的污泥渣的湿重和干重如表3-2所示。实验3：二沉污泥样品取自湖南星沙某污水处理厂，%，%。，，加质量浓度为93%，搅匀，送入微波装置中加热，使浆液温度达到70°C并维持20min,然后将浆液进行固液分离，，得干污泥渣和浆液。连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重如表3-3所示。实验4：二沉污泥样品取自湖南开福某污水处理厂，%，%。处理方法如同实验3，。连续3次实验得到的干污泥渣的湿重和干重如表3-4所示。实验5：污泥样品取自东莞某污水厂，%。处理方法如同实验3，并将实验结果送至湖南省分析测试中心进行检验，检验结果表明，经本技术处理后，污泥含水率降至45%。具体检测结果见附件——湖南省分析测试中心检验报告201306087。从以上实验数据可以分析得出，本项目的污泥浓缩、机械脱水和干化效果明显，可大大减少污泥干量，使污泥含水量降低到50%左右。污泥脱臭的效果污泥经本项目技术处理后，可达到杀菌除臭的目的。具体实验结果如下：实验6：二沉污泥样品取自湖南星沙某污水处理厂，%，%。通过MicroStation全自动快速微生物鉴定仪，鉴定污泥中含微生物种群数量与微生物种类数量。鉴定步骤如下：(1)平板扩大培养：用BIOLOG专用培养基将纯种扩大培养；(2)配制菌悬液：按要求配制一定浊度(细胞浓度)的菌悬液；接种培养：将菌悬液接种至微孔鉴定板(Microplate)，培养一定时间；(4)获取结果：将培养后鉴定板放入读数仪中读数，软件自动给出鉴定结果。，进入快速沉降，加入一定量的反应剂，使得其含水率降低至95%左右，然后再进入生化反应区，反应完成后输入加温预处理系统，在加温预处理系统中，使浆液温度达到一定温度并维持一定时间。按不同温度与时间条件连续3次进行试验，将浆液按上述方法进行测定微生物种群数量与微生物种类数量。二沉污泥微波加热杀菌前后微生物种群数量变化及微生物种类数量变化情况如表3-5、表3-6所示。由表3-5和表3-6可知，二沉污泥采用本方法微波加热后，有效实现了杀菌除臭的目的，污泥臭气浓度(无量纲)<20脱除污泥中重金属的效果本项目无害化污泥处理技术可有效去除剩余污泥、二沉污泥中重金属，具体实验结果如下。实验7：污泥样品取自湖南某污水处理厂，%,%。在103〜105°C下将污泥干燥至恒重后，测量样品中的重金属含量。，按照本技术处理，然后将浆液进行固液分离，并用2L水进行洗涤，得污泥渣和浆液。将适量石灰粉加入到污泥渣中并搅拌均匀，，，干燥得到颗粒复混肥，干燥颗粒复混肥中水分含量控制到小于9%，连续三次实验得到颗粒复合肥中重金属平均含量。污泥样品和经本技术处理后的颗粒复合肥中重金属含量如表3-7所示。实验8：污泥样品取自湖南岳麓区污水处理厂，%，%。实验过程如实验7。实验结果如表3-8所示。实验9：二沉污泥样品取自湖南星沙某污水处理厂，%，%。样品在95〜110C下，干燥至恒重，测量其重金属成分。，，加质量浓度为93%，搅匀，送入微波装置中加热，使浆液温度达到70C并维持20min,然后将浆液进行固液分离，，得干污泥渣和浆液。连续3次实验得到的干污泥渣中重金属平均含量。污泥样品和干污泥渣中重金属含量如表3-9所示。从以上结果可以得出，本项目技术能有效去除污泥中的重金属，去除率达75%以上，处理后的重金属含量符合国家相关标准规定限值的要求。（7）经处理后的污泥热值等参数测定结果1）污泥热值相关研究表明，污泥中有机质含量越高，其干基热值也越高。污泥经本项目技术处理后能有效保持污泥中的有机质含量，从而保证了污泥热值。具体实验结果如下。实验11：污泥样品取自湖南新开铺某污水处理厂，%，%。，，加质量浓度为93%，搅匀，送入微波装置中加热，使浆液温度达到70oC并维持20min,然后将浆液进行固液分离，，得干污泥渣和浆液。将污泥样品和干污泥渣分别送至湖南省分析测试中心和湖南省煤安检测检验中心测量有机质含量和污泥热值。检验结果表明，，，污泥经本技术处理后有理想的有机质含量和污泥热值。具体检验结果见附件——湖南省分析测试中心检验报告201304027和附件——湖南省煤安检测检验中心检验报告煤检字第（13310）号。2）养分含量污泥经本技术处理后，能有效吸收养分，加工成有机肥料，具体实验结果如下。实验12：污泥样品取自湖南某污水处理厂（与实验7为同一样品），％,%。在103〜105oC下将污泥干燥至恒重后，测量样品中的养分含量（总氮、总磷、总钾）。，按照本技术处理然后将浆液进行固液分离，并用2L水进行洗涤，得污泥渣和浆液。将适量石灰粉加入到污泥渣中并搅拌均匀，，，干燥得到颗粒复混肥，干燥颗粒复混肥中水分含量控制到小于9%，连续三次实验得到颗粒复合肥中养分含量。污泥样品和颗粒复合肥中养分实验13：污泥样品取自湖南岳麓区污水处理厂(与实验8为同一样品)，%，%。实验过程如实验12。污泥样品和颗粒复合肥中养分含量如表3-12所示。由表3-11和表3-12可知，污泥经处理后制备的颗粒复混肥的养分含量较高，优于NY525-2002(中华人民共和国农业行业标准)中的规定值。结合实验7、实验8，可知制备的颗粒复混肥的重金属含量很低，远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)、《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T309-2009)中的规定值，本项目拟开发的无害化污泥处理技术为污泥的大规模资源化利用创造了有益前提条件。2、污泥制备生物质成型固体燃料技术研发（1）生物质成型固体燃料的组成原料本项目生物质成型固体燃料的组成原料为生物质与污泥。其中生物质主要有能源草（巨菌草、龙须草等）、炭薪林（泡桐、丹红杨等）和农林“三废”，污泥主要为经上述污泥无害化处理工艺处理后的养殖污泥与城镇污泥。（2）生物质成型固体燃料的配方研究1）污泥污泥焚烧是否能产生经济效益，与污泥的热值直接相关，而含水率的高低则是污泥热值的决定性因素，含水率越低，污泥热值越高（见表3-13）。含水率低于50%是污泥焚烧的最低要求，此时无需辅助燃料即可燃烧，而对于污水处理厂含水率80%左右的普通脱水污泥，考虑焚烧热效率、尾气携带的热量、污泥干化热效率等，仅靠污泥自持焚烧的热量是不够的，即使在焚烧之前增加干化热处理或添加煤炭共同燃烧，耗能大，比如一般生产1吨干污泥（含水率10%），需要耗煤一吨多，增加处理成本，并对周围环境影响大；通过太阳能晒干的方式干化污泥又面临占用场地大、污泥表层晒干内部含水率仍然较高的问题。此外，污泥含水率从95%降80%，污泥体积减小75%，从80%降50%，体积将再减小60%（见图3-10）。因此，降低污泥含水率是污泥减量化的关键。上述事实证明，在众多污泥处理处置以及资源化技术和过程中，首要解决的问题是如何有效减少泥饼含水率以利于后续处理，这对于提高产品性能、提高资源化效率有关键作用。2）生物质筛选不同的生物质会影响成型燃料的燃料特性，通过分析不同纯生物质成型固体燃料的热值（将原料加工成直径7-8mm,长度15-25rnm的生物质成型固体燃料，用氧弹式量热计测量其热值）以及原料成本等因素，选定巨菌草为本项目的生物质来源，具体分析结果如表3-14。从表3-14可以看出，炭薪林与林业废弃物的热值最高，能源草其次，但相差不大，农业废弃物热值最低。而从原料成本来看，巨菌草的原料成本最低，这是由于本项目已实现巨菌草自主种植，且易于收割，大大节约了原料采购成本、运输成本，基地种植的龙须草相对来说收割难度较大，种植的泡桐、丹红杨收割难度也较大，增加了人工成本。同时，巨菌草的自主种植，保证了原料供应量、来源和燃烧值的稳定。而其他生物质依赖于外部购买，一方面增加了运输成本，另一方面难以保持生物质原料来源、数量和燃烧值稳定。故综合以上因素，选定巨菌草为作为本项目的主要生物质来源，龙须草、泡桐、丹红杨作为次要原料为补充。农林三废根据实际需要按季节采收，仅作为辅料。3）配方筛选本项目将不同配比的原料（巨菌草与污泥的重量比）加工成直径 5-32mm，长度5-120rnm的生物质成型固体燃料系列产品，测试其燃料特性，以便进行比较筛选出合适的原料配比。具体测试实验如下。热值的测定A、测试过程，用氧弹式量热计测量其热值。根据国内部分地方标准要求，如北京《生物质成型燃料》（DB11/T541—2008）要求发热量相当于3200kcal/kg；河北省《生物质成型燃料》（DB13/T1175—2010）要求发热量>14MJ/Kg，相当于3340kcal/kg。在实际应用过程中，根据长沙锅炉厂配套生产的快装链条炉排生物质锅炉(DZJ2-10t/h、DZG2-10t/h)、组装式沸腾炉(SZF4-10t/h)、高倍率流化床(QXFx、SHFx、CSG三个系列)、气化燃烧炉4个系列产品，均要求：3200kcal/kgS生物质成型燃料热值＜3800kcal/kg。挥发分、水分、灰分、含硫量的测定A、 测试过程挥发分：样品在900°C隔绝空气的环境中加热7min,扣除水分质量损失后，样品质量损失占样品质量的百分数来计算挥发分。水分：将生物质成型固体燃料样品置于105C的温度下干燥至质量恒定，然后根据样品质量损失计算出水分。灰分：根据样品在550C加热后剩余物的质量占样品总质量的百分比来测定灰分。含硫量：通过定硫仪检测。B、 测试结果一般生物质成型固体燃料产品的含水率＜15%。本公司生产的产品控制在12%左右。从表3-16可以看出，由于能源草与污泥本身的硫含量低，在保证热值前提下进行合理配比后，生物质成型固体燃料的全硫含量＜%。当巨菌草与污泥配比为1:1时，%，%。灰渣化学组成成分、灰熔点的测定A、测试过程通过元素分析仪测量灰渣中化学组成成分，测试元素包括Si、A1、Fe、Ca、Mg、K、Na。灰熔点：按GB/T219标准，用灰熔点测定仪测定。生物质成型固体燃料的主要组成是巨菌草和污泥，污泥经过本技术处理过程中不再添加絮凝用的聚丙、铁盐、铝盐或石灰，因此合成的生物质成型固体燃料里所含成分也会偏低。从表18、表19可以看出，生物质成型固体燃料灰分中A12O3含量较低，对灰熔点影响不大；SiO2、K2O、Na2O含量较高，而K20、Na2O属于碱金属氧化物，可降低灰熔点；Si元素在燃烧过程中容易与K元素形成低熔点化合物，所以生物质成型固体燃料的灰熔点较低，易于充分燃烧。由于生物质成型固体燃料密度较小，抗碎性能较低，在加工转运过程中，破碎率也较高，在炉内燃烧过程中，破碎部分容易“死燃”，并产生较大烟气，燃烧不充分，热效率损失，从而影响锅炉的整体燃烧效率。从表3-19可以看出，直接成团的巨菌草加工成生物质成型固体燃料时，容易松散，%，%；随着污泥量的增加，抗碎性能越来越高，破碎率越来越低。如添加其他化学成分的粘合剂，可以提高抗碎性，降低破碎率，但成本高，且燃烧过程产生有害气体。污泥本身有机质含量也较高，是由微生物为主构成的，其蛋白胶质具有很好的粘合能力，在不降低燃值的同时，大大提高了生物质成型固体燃料的抗碎性，确保了其破碎率控制在5%以内。综上，从表3-14到表3-19可以看出，生物质成型固体燃料挥发分较高，大于60%，析出速度快，燃料在炉内能快速着火燃烧，且颗粒均匀，抗碎性强、破碎率更低，燃烧速率比较平稳。这是因为未加入污泥的生物质成型固体燃料燃烧初期外界传递进成型燃料内部的热量少，主要是含量还很高的小分子挥发性物质的燃烧，化学分解与合成反应的速度快，并且产生的灰层量小，成型燃料与氧气可以分析充分接触，燃烧速率快；燃烧中期成型燃料的内部热量积累到一定程度，主要是大分子挥发性物质和碳的混合燃烧，化学分解与合成反应的速度相对较慢，并且灰层逐渐增厚，阻碍了挥发性物质向外析出与氧气分子向内传递的速度，燃烧速率有所降低；燃烧后期成型燃料的可燃物质基本燃烧殆尽，主要是少量残余挥发性物质与剩余碳的燃烧，燃烧反应进行的不充分，并且灰层的阻碍作用继续增加，燃烧速率下降到最小值。而加入了污泥的生物质成型固体燃料挥发分析出后使燃料孔隙增加，外面的氧气也很容易进入燃料的中部参与燃烧，从而保持了燃烧速率的平稳。1、技术关键（1）高效除臭杀菌技术（2）污泥破解和高效脱水技术（3）污泥重金属分离提取技术（4）污泥无害化处理工艺设计2、创新点（1）突破现行污泥处理技术局限性，开发出“酸浸-微波加热杀菌”污泥无害化处理技术，一次性实现污泥除臭、灭菌、去重金属、深度脱水处理。（2）基于上述污泥无害化处理技术，设计全新的污泥无害化处理工艺，真正实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化。本项目预期达到以下技术指标：1、污泥去除水技术指标。采用本工艺对污泥进行机械脱水处理，处理后污泥含水率达50%以下。2、 杀菌除臭技术指标。处理后污泥的粪大肠菌群菌值5蠕虫卵死亡率〉95%；无传染性病原菌；臭气浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的二级标准。3、 污泥重金属去除技术指标。重金属的去除率达75%以上，处理后的污泥中重金属含量符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)相关标准要求，以及城镇污水处理厂污泥处置的相关标准要求，包括农用泥质标准(CJ/T309-2009)、土地改良用泥质标准(CJ/T291-2008)、制砖用