【摘要】：污泥的处理处置应首先遵循处置决定处理、处理适合处置的原则,在确定处置方法时应综合考虑污泥的泥质、当地的自然地理条件、环境容量、产业结构等因素,因地制宜,寻找一种安全稳妥、经济合理的处置方法,以此来确定整个处理、处置的技术路径。本文以杭州市七格污水处理厂为例,分析表明:其产生的污泥化学成分波动不大,重金属含量基本满足规范要求,干化协同焚烧(水泥或煤)不失为一种比较好的选择。为了探明污泥的干化特性,分别使用圆盘式与桨叶式这两种小型间壁式污泥搅拌干化机,对七格污水厂污泥进行干化试验研究。在高温工况(180℃)下,污泥干化速率较快,干化粘滞区较短,能维持在高蒸发速率下较长时间,而且干化机功率输出较稳定,没有很大波动。在低温工况(160℃及140℃)下,污泥干化速率明显减缓,污泥进入结团粘滞区后,较长时间内均保持这一状态,使得干化速率受到到明显影响,在干化末期结团破碎,干化速率出现跳跃上升,但很快下降趋近于零。同时发现对于不同类型的干化设备,干化过程也不相同;在桨叶式干化机中,污泥干化的粘滞区与结团区的区分,相对于圆盘式干化机而言,显得更加明显。在同一干化机同一温度下,不同的转速对于污泥干化的过程也有一定的影响,随着转速的升高,干化速率有适当提高。但随着转速越来越大,对干化速率的影响逐渐减小;综合分析表明七格污水厂污泥粘滞区的位置是含水率40%～70%这一区间。在污泥干化过程中干化的尾气成分较复杂,不仅含有氨气、甲烷、有机酸等常见气体,还含有HCN、HF、HCl等其他对人体有害的气体,而且含量较高。HCN与氨气的析出含量随时间变化的曲线呈现很好的正相关性,两者在各自的产生与析出过程中相互影响。干化冷凝液检测结果表明,污泥干化冷凝液的COD、BOD5浓度均较高,冷凝液的pH值偏碱性,需进一步处理后才能排放。通过热重试验对污泥和煤掺烧的燃烧特性进行了研究。从热重曲线上看,污泥和煤的燃烧特性完全不同,污泥的燃烧过程中有两类不同的物质在不同温度段进行反应,燃烧缓慢,煤的燃烧过程中挥发分析出和固定碳燃烧同时进行且反应迅速剧烈。采用Coats-Redfern积分法对污泥和掺煤污泥的燃烧动力学参数进行了计算,煤及混合燃料与一级反应拟合最好,随着污泥掺混量的增大,反应活化能逐渐降低。在垂直三段电加热小型流化床上进行了污泥单独焚烧试验和污泥和煤掺烧试验,发现污泥的挥发分成分主要由甲烷、氢气、一氧化碳组成,炉膛温度越高,污泥在炉膛内燃烧得越完全,保证污泥充分燃烧的炉膛温度在800℃以上。污泥的各种重金属含量较低,在单独焚烧设备的设计上需考虑铜、锌、铅等半挥发分性金属元素的控制,在与煤进行掺烧时对重金属释放的影响并不大。氯元素在残渣中的残留量很少,常以气态或小颗粒吸附的形式排入大气,在焚烧设备的设计上需要考虑尾部烟道及除尘设备的防腐蚀措施。在煤粉锅炉里掺烧污泥对二氧化硫和氮氧化物等常规污染物的影响不大,原有的控制措施足以满足设备达到国家污染物排放标准,随着污泥掺烧量的增大,二噁英的排放逐渐增加,考虑到实际工业过程中尾部烟气处理设施还有90%以上的脱除效率,最终排放的二噁英的浓度会低于国家标准。研究了干化污泥在水泥窑的协同焚烧。外掺试验表明污泥的最大掺入量应控制在基准配合比生料总量的1%。内掺试验表明:全部用污泥替代页岩参与生料配料技术上是不可行的;而采用污泥和页岩混合物替代页岩参与生料配方计算,同时微调砂岩和石灰石以及铜渣的量,污泥内掺的最大掺量可达到应用基配合比的12%。详细比较了适合于七格污水处理厂污泥处理处置的不同设计方案,经过技术经济比较发现在七格污水处理厂内进行热干化后送水泥厂、热电厂焚烧掺烧方案为最佳推荐方案,在此基础上对污泥的热干化协同焚烧工程作了较为深入的工程设计。污泥干化和协同焚烧技术成果在富阳板桥纸业污泥焚烧工程和富阳南方水泥有限公司进行了工业性实验研究。测试结果表明,污泥干化和协同焚烧是可行的,达到了环保要求,具有广泛的推广应用前景。

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X703