城市污泥资源化制备建材技术研究

华中科技大学硕士学位论文城市污泥资源化制备建材技术研究姓名：杨斌申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：杨家宽20070101华中科技大学硕士学位论文I摘要本论文的重点也是就是如何实现污泥的脱水和建材资源化，并充分利用一些工业固废（如粉煤灰和生石灰）作为污泥脱水添加剂和制备建材的原料，实现将污泥脱水和资源化的有效结合，这样既降低了成本，又达到了以废治废、废物利用的目的。考虑到剩余污泥的利用方式，对从污水厂刚取回的剩余浓缩污泥基本特性进行研究，包括含水率、脱水性能（比阻）、挥发分、烧失量、无机化学成分、矿物晶相组成、重金属成分及其含量、以及热值等。针对污泥处理过程中的关键难题，着重在改善污泥脱水性能方面进行了大量实验，分别采用粉煤灰、生石灰做调理剂进行污泥脱水实验。结果表明，两者对污泥脱水性能都有不同程度的改善，其中生石灰对污泥脱水性能的改善效果较好。随后进行了两者的联合投加实验，得到昀实用的调理剂，进一步通过实验得到昀佳配合比。通过冷冻解冻处理，污泥的脱水性能得到进一步的改善。结果表明：粉煤灰、生石灰作为调理剂，按一定比例，混合污泥经过冷冻解冻处理后，能使污泥的比阻从109s2/g降低到106s2/g数量级，极大改善污泥脱水性能，经过真空抽滤脱水后，污泥含水率可由原来的83.41％降低到混合料脱水后的50％左右。生石灰、粉煤灰作为调理剂，较一般的高分子有机物絮凝剂处理成本低很多。经过脱水处理后的污泥泥饼，在掺入其它制备建材原料的情况下，采用蒸压砖和烧结砖工艺进行制备建材实验研究，经过全面试验和正交实验，综合比较建材各方面性能，结果表明：将前面调质方案进行真空抽滤后得到的污泥泥饼与石硝，生石灰，粉煤灰，水泥等按比例混合后，控制好含水率，利用混合料制备蒸压砖，砖的抗压强度可达到12.2MPa，抗折强度可达到2.5Mpa，可以达到蒸压灰砂砖（GB11945-1999）的强度要求，通过经济分析发现：单块砖的成本可以控制在0.18元以内。关键词：污泥脱水性能比阻冷冻解冻调理剂污泥蒸压砖烧结砖华中科技大学硕士学位论文IIABSTRACTThisthesisisfocusedonhowtocarryoutdehydrationandrecyclingofthesewagesludge.Someindustrialsolidwastes(suchasflyashandpoweredlime)havebeenusedastheadditives,whichcanimprovetheeffectofdehydration.Atthesametime,themixtureafterdehydrationprocesscanbemadeintobuildingmaterials.Thus,thisrecyclingprocessofsewagesludgeiscombinedwithconventionaldehydrationprocess,whichhasalotofadvantages,suchaslowercost,wasteco-reutilizationprocess,andsoon.Consideringtheutilizationoftheremainsludge,westudythebasiccharacteristicofremainconcentratedsludgewhichwasimmediatelyretakenfromsewageplant,includingthemoisturecontentofwater,dewateringperformance(specificresistance),compositionofvolatilization,lossofignition,compositionoftheinorganicchemistry,crystalloidcompositionofthemineral,compositionandcontentofheavymetals,carloricvalueandsoon.Aimingatthekeydifficultproblemintheprocessofsewagesludgetreatment,wepaymuchattentiontotheexperimentiononhowtoimprovethedewateringperformanceofthesludge,theeffectofthedosageofflyashandpoweredlimeonsludgedewateringisanalyzed.Experimentresultshowsthatdewateringperformanceofsludgecouldbeimprovedbyaddingflyashorpoweredlime,anditcouldbeimprovedbyaddingpoweredlimebetterthanbyaddingflyash.Withtheexperimentoncombineduse,wefoundoutthebestcoagulantforsludgetreatment,andfurthermore,thebestproportionforthistwoadditiveswerefoundthroughtheexperiment.Theresultshowsthatthespecificresistanceofsludgecouldbereducedfrom109s2/gto106s2/gandthemoisturecontentofthecouldbedecreasefrom83.14%toabout50%inmixturecakebyaddingflyashandpoweredlime,andsequentiallyfreezingandthawingonpilotplantscale.Thecostofthistreatmentismuchlowerthanthatofusingmacromoleculeorganicflocculation.华中科技大学硕士学位论文IIIAfterdehydrationprocess,sludgecakecouldbeusedintheprocessofproductionofbuildingmaterials,forexample,autoclavedbrickandfiredbricktechnics,byaddingotherbuildingmaterials.Withcomprehensiveandorthogonalexperimention,performanceofthebuildingmaterialswerecompared,experimentshowsthatthecompressivestrengthcouldattainto12.2Mpa,flexuralstrengthcouldattainto2.5Mpa,liveuptotheperformanceofsteamedlime-sandbrickstherequirementofGB11945-1999“Autoclavedlime-sandbrick”,whensludgecakedehydratedinthediscussedabove,wasmixedwithstone,poweredlime,flyashandcementinproportion,controllingthemoisturecontentofthemixtureproperly.Thecostofastandardbrickisbelowthepriceof0.18yuan.KeyWords:sewagesludgedewateringperformancespecificresistancefreezingandthawingcoagulantsludgeautoclavebrickfiredbrick独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密口。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1引言据调查，武汉市沙湖污水处理厂处理污水后产生的污泥，经过浓缩、带式压滤后含水率仍然高达70～80%左右。这些污泥被车运往二妃山垃圾填埋厂进行填埋处理，污泥中的水分大部分昀终进入到填埋厂渗滤液中，污泥渗滤液直接排放又污染环境，不得不和垃圾渗滤液一起重新送回污水处理厂进行处理。这样反复循环，得到的总是高含水率的污泥和BOD值非常高的污水，实际上污泥在这整个过程中充当一个污水载体的角色，严重影响了污水处理厂污泥填埋处理的整体效率。因此如何处理高含水率的污泥成为本课题研究的关键，我们选择这个题目来对污泥从特性、处理途径、建材资源化技术等方面进行了初步的研究。1.2课题研究目的及意义课题研究目的：首先认识污泥的基本特性，然后针对污泥脱水性能差这一难题做了一系列探索实验，找到比较好的污泥调理方案，采取相应的工艺争取将污泥含水率降到一定程度，在此基础上进行放大脱水实验，对脱水后的泥饼进行建材资源化利用。初步探索出一套污泥脱水和资源化结合的新工艺，昀后对这套工艺进行经济性分析，得出产品的成本价格，以该价格作为进行市场产业化的参考。值得强调的是在此工艺研究过程中，我们探索尽可能将污泥脱水和制备建材结合起来的研究路线，以达到降低成本，提高经济效益的目的，具体如下：在对污泥进行脱水的过程中，我们加入粉煤灰和生石灰[1]等物质进行调理，达到降低污泥比阻，提高污泥脱水性能的目的，在此基础上对污泥进行脱水，对脱水后的泥饼加入其它制备建材的原料进一步进行制备建材的配方工艺研究，华中科技大学硕士学位论文2找到一个比较好的配方，然后将前期脱水和后期制备建材的工艺有效结合起来，找到一个针对污泥有效的资源化利用的工艺，昀后对工艺过程进行经济型分析，对工业化起到一定的指导作用。污泥作为建材利用具有很大的经济价值，实现“变废为宝”的目标，符合可持续发展的原则。目前，许多研究人员都在致力于新的污泥建材利用方式的开发。污泥资源化制备建材也期望达到固定化污泥中重金属[2,3]的目的，使污泥中重金属转化为稳定形态，即将其固定[4]。1.3污泥的性质污泥因其液－固相混合物的浆液特征而成为一类与液态和固态废弃物均有区别的废弃物。它不仅在产生时有浆态物的特征，而且其液、固混合状态具有一定的稳定性，通常仅在施加极大的外加作用力（物理、化学）时才能固、液分离，因此，其管理与处理技术体系均有不同于其他废弃物的特征[5]。城市污水处理厂每天要产生大量的污泥。污泥的主要特性是有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，比重较小，含水率高且不易脱水，呈胶状结构的亲水性物质，易用管渠输送。污泥中含有大量植物生长所必须的肥份、微量元素，其中的有机质是良好的土壤改良剂。但其中还含有很多有毒物质，如细菌、致病微生物、寄生虫卵及重金属离子等。污泥中的主要有机物有油脂、蛋白质和碳水化合物等三类[6]，污泥中含有大量的N、P、K、Ca及有机质[7]，而且N、P以有机态为主，同时污泥中还有许多植物所必须的微量元素，可以缓慢释放，具有长效性。1.4污泥常规处理方法污泥处理的