城市污泥DME萃取深度脫水資源化技術(shù)研究.pdf

1、城市污泥處理處置已成為當(dāng)前環(huán)境工程的一大課題，污泥的高含水率造成處理處置困難，污泥脫水是污泥處理處置的基礎(chǔ)和核心。污泥脫水方法主要包括濃縮和機(jī)械脫水，常規(guī)方法污泥脫水后含水率一般在80％左右，難以達(dá)到后續(xù)處置對含水率55％-65％的深度脫水要求，造成資源化處置困難。城市污泥DME萃取深度脫水是一種全新的污泥脫水技術(shù)，技術(shù)利用DME的吸水特性，使污泥中水分轉(zhuǎn)入DME系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)污泥脫水，后在釋壓條件下使DME揮發(fā)并加壓回收重復(fù)使用。通過DME

2、氣液兩相變化完成污泥深度脫水，并結(jié)合污泥制磚、燒陶，可完成污泥資源化處置。課題研究對于解決我國目前普遍存在的污泥環(huán)境難題，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
　　論文針對城市污泥處理處置困難現(xiàn)狀，研發(fā)了一種新的城市污泥深度脫水資源化技術(shù)。在論證城市污泥DME萃取深度脫水可行性基礎(chǔ)上，進(jìn)行了城市污泥DME萃取脫水的小試實(shí)驗(yàn)，深入研究其脫水工藝條件及機(jī)理，分析了城市污泥DME循環(huán)萃取的深度脫水效果、影響因素、限制條件，建立并驗(yàn)證了城市污泥DME萃取深

3、度脫水的動力學(xué)方程。在此基礎(chǔ)上，開展了城市污泥DME萃取深度脫水中試試驗(yàn)和應(yīng)用性研究，考察了DME循環(huán)利用率及萃取工藝能耗，測定了脫水污泥的燃燒熱值、有機(jī)物含量和失重率，在分析比較污泥最終處置方式合理性基礎(chǔ)上，以粘土、頁巖粉為原料，脫水污泥為輔料，進(jìn)行了資源化制磚、燒陶研究，確認(rèn)了深度脫水污泥資源化處置的可行性。
　　城市污泥DME萃取脫水機(jī)理研究表明，DME萃取脫水技術(shù)可行。直徑1.05cm以下顆粒污泥，在液固萃取濃度40mL/

4、g、萃取時間45min條件下，可以有效實(shí)現(xiàn)深度脫水（含水率P＜65％）。影響污泥脫水的主要因素依次為液固萃取濃度V＞萃取時間t＞顆粒粒徑γ。液固萃取濃度和萃取時間增加，脫水效果提高，6.7gH2O/100gDME溶解度是深度脫水的限制條件。顆粒粒徑越小，比表面積越大，脫水速率越快，脫水效果越好。根據(jù)臨界時間tc劃分，城市污泥DME萃取深度脫水可分為脫水起始和后續(xù)兩階段，兩階段脫水速率分別服從零級與一級反應(yīng)規(guī)律，并存在v1＞v2關(guān)系。在萃

5、取脫水全過程，可以根據(jù)脫水速率、脫水率公式調(diào)節(jié)脫水速率，控制脫水效果。該技術(shù)脫水速率快，DME利用率高，對污泥中自由水的去除效果好，不改變污泥有機(jī)物含量，燃燒熱值高，適合作為制磚、燒陶等內(nèi)燃料進(jìn)行資源化處置。
　　城市污泥DME萃取脫水應(yīng)用研究表明:DME脫水受污泥組分影響不大，五種不同性質(zhì)污泥脫水后的含水率均可達(dá)到20％，脫水效果好，可根本解決污泥含水率過高引起的后續(xù)處置問題。污泥脫出水和污水廠污水性質(zhì)基本相似，可生化性良好，可

6、進(jìn)入污水廠處理排放;萃取后DME中含有大量水分，采用釋壓汽化法分離DME，分離后DME氣體中含有微量水蒸氣，通過干燥裝置可以徹底去除其中的水分，DME加壓回收循環(huán)利用量可達(dá)98％。本技術(shù)脫水單位能耗為953-1151 kJ/kgH2O，遠(yuǎn)低于污泥加熱干燥蒸發(fā)能耗2260 kJ/kg，使用DME萃取技術(shù)脫水可大量節(jié)能。
　　粘土、頁巖粉摻加含水污泥可以制磚燒陶，但污泥含水率高將增加能耗并影響磚、陶材料的質(zhì)量。深度脫水污泥適量摻加可生

7、產(chǎn)燒結(jié)普通磚，磚體質(zhì)量指標(biāo)均能夠達(dá)到使用要求并符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。污泥摻量在9％之內(nèi)的粘土燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度在10MPa以上，滿足《燒結(jié)普通磚》(GB5101-2003) MU10強(qiáng)度等級要求，可作為承重墻體材料。在高溫焙燒階段，污泥中重金屬得到固化，有機(jī)物揮發(fā)形成氣孔，提高了磚體孔隙率和隔熱保溫性能。研究表明制磚干污泥摻量控制在5％以內(nèi)，既滿足了承重磚體強(qiáng)度要求，節(jié)約能耗，又可提高磚體隔熱保溫性能，固化污泥中的重金屬。若生產(chǎn)非承重磚，則可

8、進(jìn)一步提高污泥摻量。
　　深度脫水污泥可制備多孔陶粒。燒結(jié)溫度和污泥摻量是影響陶粒質(zhì)量的關(guān)鍵因素，1050℃燒結(jié)溫度、15％干污泥摻量可以生產(chǎn)出強(qiáng)度好、比表面積大的水處理用多孔陶粒。陶粒燒結(jié)溫度指數(shù)Rf控制方法研究表明，陶粒燒制過程中控制準(zhǔn)確的初始燒成溫度TC0是保證陶粒質(zhì)量的重要途徑，而TC0與原料化學(xué)組分有關(guān)，根據(jù)原料組分計算求得陶粒燒結(jié)溫度指數(shù)Rf,從而可以確定Rf和TC0的數(shù)學(xué)關(guān)系。該法可確定混合料初始燒成溫度，調(diào)整峰值孔