活性污泥脱水、干化及混合木屑制备生物质燃料

摘要

活性污泥是量大面广的大宗固体废物，如不妥善处置则会带来巨大的环境危害。脱水是活性污泥处理处置中的关键步骤，活性污泥经脱水后体量仍较为庞大，通常采用干化技术对其进一步减容，而后进行资源化利用。本文采用微波及微波协同化学调理剂改善活性污泥脱水性能，结合浙江省建德市乡镇污水厂污泥处理处置的具体情况设计污泥干化设施，并以干化污泥与木屑为原料制备生物质燃料，以期为活性污泥处理和资源化利用提供一种简单、安全、高效的途径。
　　微波能够改善活性污泥的脱水性能，优化参数为:7W/mL、100s。微波辐射能增大活性污泥絮体，抵消因溶解态胞外聚合物(SB-EPS)和疏松结合态胞外聚合物(LB-EPS)增多产生的不利影响。微波协同氯化铁(FeCl3)、聚合氯化铝(Poly Aluminum Chloride，PAC)和壳聚糖(Chitosan，CTS)均能增强活性污泥的脱水性能，其中以微波协同氯化铁的效果为佳，且先投加调理剂后微波辐射的调理（调理剂+微波）效果优于先微波辐射后投加调理剂的调理（微波+调理剂）效果，脱水效果的改善得益于活性污泥絮体的增大以及EPS的减少。微波调理的活性污泥（干基）热值随着微波辐射时间的增长逐渐降低，而微波协同氯化铁调理后的活性污泥（干基）热值随着氯化铁投加量的增加先增加后减少，热值与活性污泥中SB-EPS和LB-EPS的含量呈负相关。
　　通过对比转盘式干化、带式干化、桨叶式干化、太阳能干化及卧式薄层干化等工艺，综合考虑投资、能耗、二次污染、操作特性及运行费用，选用诺曼中低温带式干化工艺干化污泥，设计了活性污泥干化设施，处理规模为除水13.2t/d。调试表明，干化设施运行中出料污泥含水率基本达到20％以下，除水率达到89.3％左右，运行费用为128.2～138.9元/t含水率70％污泥。
　　生物质燃料的抗破碎强度及松弛密度随着成型压力和活性污泥占比的增加而增加，物料含水率控制在15～20％之间较为合适，成型压力及物料含水率显著影响抗破碎强度，而成型压力及活性污泥占比显著影响松弛密度。热重分析表明，生物质燃料燃烧阶段划分依赖活性污泥占比，不同活性污泥占比（0％占比除外）的生物质燃料均有水分析出阶段、低温挥发分的析出和燃烧阶段，无机盐的分解阶段;活性污泥占比≤40％时具有残留挥发分以及固定碳的析出和燃烧阶段。生物质燃料的综合燃烧性能随着木屑占比的增加逐渐提高，活性污泥的加入可以改善生物质燃料的着火性能，合理的活性污泥混合木屑工艺和配方能够制得燃烧性能较好的生物质燃料。
　　生物质燃料经燃烧后，炉渣中的Ni、Pb、Zn、Cu、As、Cr的生物有效态的含量大幅度降低（除As外），残渣态的含量显著增加，其迁移转化能力和生物有效性大幅度降低。炉渣的重金属浸出毒性低于国家标准，适用于卫生填埋处置。
　　总之，采用微波协同化学调理剂强化活性污泥脱水，脱水污泥经干化后混合木屑制备生物质燃料是一种切实可行的污泥处理和资源化方式。

目录

声明

致谢

摘要

附图与附表清单

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题来源

1．3 课题目标与研究内容

2 文献综述

2．1 活性污泥

2．1．1 污泥的来源和分类

2．1．2 活性污泥的组成和性质

2．1．3 活性污泥中的水

2．2 活性污泥脱水技术

2．2．1 常规化学调理

2．2．2 强化污泥脱水调理

2．3 活性污泥处置技术

2．3．1 填埋

2．3．2 土地利用

2．3．3 焚烧

2．3．4 建材利用

2．3．5 能源利用

2．4 小结

3 实验材料与方法

3．1 实验材料

3．2 实验方法

3．2．1 微波预处理脱水

3．2．2 制备生物质燃料

3．2．3 生物质燃料燃烧

3．3 分析测试方法

4 微波协同化学调理剂强化活性污泥脱水

4．1 微波预处理

4．1．1 脱水效果

4．1．2 微波对滤液浊度的影响

4．1．3 微波对活性污泥EPS的影响

4．1．4 微波对热值的影响

4．2 微波协同调理剂预处理

4．2．1 微波协同不同调理剂调理效果

4．2．2 调理剂的筛选

4．2．3 微波协同氯化铁对活性污泥EPS的影响

4．2．4 微波协同氯化铁对污泥干基热值的影响

4．3 小结

5 污泥干化设备选型及初步设计

5．1 乡镇污水厂污泥调研

5．2 干化设备

5．2．1 圆盘式干化

5．2．2 带式干化

5．2．3 太阳能干化

5．2．4 桨叶式干化

5．2．5 卧式薄层干化

5．3 干化技术比选

5．4 工艺路线及初步设计

5．5 干化设备调试

5．6 小结

6 活性污泥混合木屑制备生物质燃料

6．1 成型工艺参数优化

6．2 燃烧特性

6．2．1 TG-DTG分析

6．2．2 燃烧性能

6．3 小结

7 生物质燃料燃烧炉渣重金属分析

7．1 重金属化学形态

7．2 重金属浸出毒性

7．3 小结

8 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

作者简介