城市深度脱水污泥燃料化及制砖资源化技术研究

摘要

国家环保部于2012年11月下发了(2012)157号文《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》,要求出厂污泥含水率<50％。针对这一要求,国内部分污水处理厂对污泥脱水进行了板框压滤机深度脱水技术的升级改造,污泥由离心脱水污泥转变成深度脱水污泥。但目前对于深度脱水污泥资源化技术的研究还鲜有报道。
　　本文对深度脱水污泥的资源化技术开展了一系列研究,主要直接利用深度脱水污泥制备烧结砖、透水砖;将深度脱水污泥制备燃料颗粒,再利用燃料颗粒制备燃料颗粒保温砖,并对砖的抗压强度、保温性能等进行表征,同时通过重金属浸出实验,进行安全性分析。结果如下:
　　随着深度脱水污泥掺量的增多,深度脱水污泥砖的烧失率、吸水率、孔隙率增大,但抗压强度减小。深度脱水污泥掺量为20%时,为砖体的最佳配比,其烧失率为15%;孔隙率为40%;抗压强度可达到33 MPa。重金属浸出试验的测试结果表明在深度脱水污泥砖中的九种重金属达到《危险废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)标准。
　　采用深度脱水污泥制备的生物质燃料颗粒,当污泥掺量由0%增加到100%时,燃料颗粒的热值由902 kJ/kg增加到4514 kJ/kg,且燃料颗粒可在1000℃时实现完全燃尽。
　　利用燃料颗粒制备的燃料颗粒保温砖,其烧失率、孔隙率、吸水率均随着燃料颗粒中污泥含量的增多而增大,而抗压强度则随着掺量的增多而减小。当污泥掺量为50%时,其烧失率、孔隙率、吸水率、抗压强度可达到《普通烧结砖》(GB5101-2003)标准,导热系数满足≤1.5W/(m2·K)的要求,可以达到《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2010)规定,具有良好的保温性能。冻融循环结果显示:经过25次冻融循环后,砖体的质量损失率为0.55%,强度损失率为14.21%,均达标。TCLP结果表明燃料颗粒砖的重金属达标。
　　采用Urea和Gravel作为造孔剂制备透水砖。对比发现Gravel具有更好的造孔性能。Gravel造孔剂添加量≤20%时,制备的透水砖抗压强度、透水系数均达标。且经冻融循环后,Gravel透水砖的强度损失≤20%。Gravel透水砖的重金属浸出结果达标。
　　通过经济技术评估和减排衡算,每生产100万块深度脱水污泥砖和燃料颗粒砖就能实现76000元的经济效应,同时分别减少2.203 t和3.126 t的二氧化硫排放。有效实现深度脱水污泥的资源化。

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第1章 绪论

1.1 污泥的处理方法

1.2 污泥的处置方法

1.3 污泥燃料化研究进展

1.4 污泥制砖研究进展

1.5 课题的意义及研究内容

第2章 实验材料和方法

2.1 实验仪器

2.2 实验材料

2.3 深度脱水污泥的表征

2.4 砖的制备

2.5 砖的性能测试和表征

第3章 深度脱水污泥砖的制备和表征

3.1 深度脱水污泥的表征结果

3.2 污泥砖性能测试和表征的分析

3.3 污泥掺量对制品内部结构的影响

3.4 深度脱水污泥砖和离心脱水污泥砖的安全性分析

3.5 小结

第4章 污泥燃料颗粒砖的制备和表征

4.1 燃料颗粒的表征分析

4.2 污泥燃料颗粒砖的性能测试和表征

4.3 燃料颗粒对制品内部结构的影响

4.4 燃料颗粒砖的安全性分析

4.5 小结

第5章 深度脱水污泥透水砖的制备和表征

5.1 透水砖的性能测试和表征

5.2 造孔剂对砖体内部结构的影响

5.3 Gravel透水砖安全性评价

5.4 小结

第6章 技术经济分析

6.1 经济效益

6.2 环境效益

6.3 社会效益

6.4 小结

第7章 结论与建议

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 建议

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果