城市污水污泥热水解特性及污泥高效脱水技术研究

摘要

城市污水污泥产量不断增加，对其安全经济地处置是迫在眉睫的问题。机械脱水后污泥含水率仍有80％左右，无法满足污泥后续处置的要求，通常采用热干化来进一步降低污泥的含水率，但能耗很高，研究和开发一种污泥高效低耗脱水技术具有重要的现实意义。热水解是一种有效的污泥预处理技术，可以改善剩余活性污泥（含水率99％）或者浓缩污泥（含水率96％）的脱水性能，但是由于含水率很高，加热污泥的能耗仍较高.本文研究热水解处理机械脱水污泥，和处理剩余活性污泥和浓缩污泥相比，需要加热的污泥量减少为原来的5-20％，使热水解能耗显著降低。通过热水解改变污泥中水分的结合形态，使其再次达到机械脱水的要求，水分以液态形式去除，寻找一条有别于热干化，既能有效降低能耗，又能显著降低污泥水分的技术路线，为污泥高效脱水技术的开发提供理论依据。本文主要研究内容和结论如下:
　　 1)对机械脱水污泥的热水解特性进行了研究，分析了热水解温度，反应时间，污泥初始含水率变化对污泥脱水性能影响。研究发现热水解温度150℃以上才能改善污泥的脱水性能，在180℃附近最为合适，热水解脱水后泥饼含水率可降至30％左右。添加酸/碱化学试剂辅助热水解可以在更低的温度下提升脱水效果，例如污泥添加Ca(OH)2在120℃处理后泥饼含固率接近50％．热水解处理后脱水泥饼完全满足填埋、土地利用对含水率低于60％的要求。
　　 2)热水解处理使污泥中部分有机物发生溶解和水解，使污泥中有机成分占原始污泥的比例随温度的升高而降低，而滤液的COD浓度大幅增加，添加酸/碱试剂进一步促进了污泥固相中有机物向液相的转移。热水解后污泥的干燥基发热量降低，180℃时，污泥的干燥基发热量降低了15％左右，由于处理后含水率降低，脱水泥饼的收到基发热量显著增加。
　　 3)对城市污泥热水解处理中重金属的迁移特性进行了研究，包括热水解前后污泥中重金属总量，重金属的形态分布和浸出毒性变化。经过热水解处理后，污泥中绝大部分重金属仍留在固相中，重金属以更稳定的形态存在，漫出毒性降低了35-70％。对制革污泥的研究结果表明，Cr转移至液相的比例随pH值的降低而增加，采用常温H2SO4浸取-热水解处理可使污泥中Cr的总量及浸出毒性降低90％以上。
　　 4)设计了污泥热水解焚烧系统，并利用Aspen Plus软件进行了模拟计算，模拟结果表明，180℃以上热水解-机械脱水处理后的污泥可以实现自持燃烧，产生的蒸汽除满足热水解需要外，还有20％左右可以对外供热。采用闪蒸蒸汽预热污泥，可使热水解需要的蒸汽量降低30％。与热干化的能耗比较表明，污泥热水解比干化节能65％左右，热水解焚烧为污泥的高效低耗处理提供了一条新的路线。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 污泥的来源

1．3 城市污水污泥

1．3．1 城市污水污泥的组成特点

1．3．2 城市污水污泥的分类

1．3．3 污泥的潜在环境危害

1．3．4 污泥的处置

1．4 污泥的絮体结构及预处理方法

1．4．1 污泥的絮体结构与胞外聚合物

1．4．2 污泥的预处理方法

1．5 污泥热水解

1．5．1 污泥热水解的原理和特点

1．5．2 污泥热水解工艺的发展及工业化应用

1．6 污泥热水解的研究现状

1．6．1 热水解预处理污泥的研究

1．6．2 热化学联合预处理污泥的研究

1．7 本文选题背景与研究内容

2 城市污水污泥热水解脱水特性研究

2．1 前言

2．2 城市污泥热水解实验系统

2．2．1 实验材料

2．2．2 污泥热水解实验装置

2．2．3 实验过程

2．2．4 污泥的机械脱水

2．2．5 含水率

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 不同温度热水解实验结果

2．3．2 热水解处理污泥的正交实验

2．3．3 污泥热化学调理实验结果

2．4 本章小结

3 热水解处理中污泥固相成分的变化规律

3．1 前言

3．2 实验方法介绍

3．2．1 实验样品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验过程及分析方法

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 温度对污泥固相组分变化的影响

3．3．2 反应时间对污泥固体成分水解的影响

3．3．3 热化学联合处理对污泥固体变化的影响

3．3．4 热水解对污泥发热量的影响

3．4 本章小结

4 污泥热水解处理中重金属的形态分布及迁移特性研究

4．1 引言

4．2 实验过程与分析方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器及设备

4．2．3 污泥中重金属的测定方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 热水解过程污泥中重金属总量的变化

4．3．2 重金属的形态变化

4．3．3 重金属的浸出毒性变化

4．4 热水解处理制革污泥过程中Cr的转移与稳定研究

4．4．1 实验材料

4．4．2 实验过程

4．4．3 样品分析方法

4．5 实验结果与分析

4．5．1 热水解对制革污泥固体中Cr转移的影响

4．5．2 制革污泥水解液中Cr的浓度变化

4．5．3 热水解对Cr的稳定性的影响

4．5．4 常温H2SO4浸取-热水解处理对污泥中Cr的稳定效果

4．6 本章小结

5 污泥热水解焚烧系统设计及模拟计算

5．1 引言

5．2 污泥热水解焚烧系统设计

5．2．1 系统方案介绍

5．2．2 系统设计说明

5．3 污泥热水解焚烧系统模拟计算

5．3．1 系统模型的建立

5．3．2 热水解焚烧系统模拟计算结果

5．3．3 污泥热水解焚烧与干化焚烧能耗比较

5．4 本章小结

6 全文总结及展望

6．1 主要工作及结论

6．2 本文创新之处

6．3 研究展望

参考文献

作者简历