【摘要】：污泥的處理處置應首先遵循處置決定處理、處理適合處置的原則,在確定處置方法時應綜合考慮污泥的泥質、當地的自然地理條件、環境容量、產業結構等因素,因地制宜,尋找一種安全穩妥、經濟合理的處置方法,以此來確定整個處理、處置的技術路徑。本文以杭州市七格污水處理廠為例,分析表明:其產生的污泥化學成分波動不大,重金屬含量基本滿足規范要求,干化協同焚燒(水泥或煤)不失為一種比較好的選擇。為了探明污泥的干化特性,分別使用圓盤式與槳葉式這兩種小型間壁式污泥攪拌干化機,對七格污水廠污泥進行干化試驗研究。在高溫工況(180℃)下,污泥干化速率較快,干化粘滯區較短,能維持在高蒸發速率下較長時間,而且干化機功率輸出較穩定,沒有很大波動。在低溫工況(160℃及140℃)下,污泥干化速率明顯減緩,污泥進入結團粘滯區后,較長時間內均保持這一狀態,使得干化速率受到到明顯影響,在干化末期結團破碎,干化速率出現跳躍上升,但很快下降趨近于零。同時發現對于不同類型的干化設備,干化過程也不相同;在槳葉式干化機中,污泥干化的粘滯區與結團區的區分,相對于圓盤式干化機而言,顯得更加明顯。在同一干化機同一溫度下,不同的轉速對于污泥干化的過程也有一定的影響,隨著轉速的升高,干化速率有適當提高。但隨著轉速越來越大,對干化速率的影響逐漸減小;綜合分析表明七格污水廠污泥粘滯區的位置是含水率40%～70%這一區間。在污泥干化過程中干化的尾氣成分較復雜,不僅含有氨氣、甲烷、有機酸等常見氣體,還含有HCN、HF、HCl等其他對人體有害的氣體,而且含量較高。HCN與氨氣的析出含量隨時間變化的曲線呈現很好的正相關性,兩者在各自的產生與析出過程中相互影響。干化冷凝液檢測結果表明,污泥干化冷凝液的COD、BOD5濃度均較高,冷凝液的pH值偏堿性,需進一步處理后才能排放。通過熱重試驗對污泥和煤摻燒的燃燒特性進行了研究。從熱重曲線上看,污泥和煤的燃燒特性完全不同,污泥的燃燒過程中有兩類不同的物質在不同溫度段進行反應,燃燒緩慢,煤的燃燒過程中揮發分析出和固定碳燃燒同時進行且反應迅速劇烈。采用Coats-Redfern積分法對污泥和摻煤污泥的燃燒動力學參數進行了計算,煤及混合燃料與一級反應擬合最好,隨著污泥摻混量的增大,反應活化能逐漸降低。在垂直三段電加熱小型流化床上進行了污泥單獨焚燒試驗和污泥和煤摻燒試驗,發現污泥的揮發分成分主要由甲烷、氫氣、一氧化碳組成,爐膛溫度越高,污泥在爐膛內燃燒得越完全,保證污泥充分燃燒的爐膛溫度在800℃以上。污泥的各種重金屬含量較低,在單獨焚燒設備的設計上需考慮銅、鋅、鉛等半揮發分性金屬元素的控制,在與煤進行摻燒時對重金屬釋放的影響并不大。氯元素在殘渣中的殘留量很少,常以氣態或小顆粒吸附的形式排入大氣,在焚燒設備的設計上需要考慮尾部煙道及除塵設備的防腐蝕措施。在煤粉鍋爐里摻燒污泥對二氧化硫和氮氧化物等常規污染物的影響不大,原有的控制措施足以滿足設備達到國家污染物排放標準,隨著污泥摻燒量的增大,二噁英的排放逐漸增加,考慮到實際工業過程中尾部煙氣處理設施還有90%以上的脫除效率,最終排放的二噁英的濃度會低于國家標準。研究了干化污泥在水泥窯的協同焚燒。外摻試驗表明污泥的最大摻入量應控制在基準配合比生料總量的1%。內摻試驗表明:全部用污泥替代頁巖參與生料配料技術上是不可行的;而采用污泥和頁巖混合物替代頁巖參與生料配方計算,同時微調砂巖和石灰石以及銅渣的量,污泥內摻的最大摻量可達到應用基配合比的12%。詳細比較了適合于七格污水處理廠污泥處理處置的不同設計方案,經過技術經濟比較發現在七格污水處理廠內進行熱干化后送水泥廠、熱電廠焚燒摻燒方案為最佳推薦方案,在此基礎上對污泥的熱干化協同焚燒工程作了較為深入的工程設計。污泥干化和協同焚燒技術成果在富陽板橋紙業污泥焚燒工程和富陽南方水泥有限公司進行了工業性實驗研究。測試結果表明,污泥干化和協同焚燒是可行的,達到了環保要求,具有廣泛的推廣應用前景。

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703