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    行業資訊

    陶粒生產中的城市淤泥處理技術

    2020-07-04     瀏覽次數:2521    
    在環保產業的“新常態”下, 我國相繼頒布了一系列國家政策和行業標準,其中《水十條》明確了現有污泥處理處置設施應于2017年底前基本完成達標改造,地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上。隨著政策利好和高成長性因素驅動下,污泥處理處置行業有望突破瓶頸期,駛入快車道。

    1.城市淤泥處理現狀
    1.1衛生填埋
    污泥衛生填埋始于20世紀60年代,是一項比較成熟的污泥處置技術。污泥既可單獨填埋也可與生活垃圾和工業廢物一起填埋。這種處置方法簡單、易行、成本低,污泥又不需要高度脫水,適應性強。填埋場一般為廢棄的礦坑或天然的低洼地。但是污泥填埋也存在一些問題,尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重污染的液體,如果填埋場選址或運行不當,這種液體就會進入地下水層,污染地下水環境。填埋場產生的氣體主要是甲烷,若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。另外,適合污泥填埋的場所也因城市污泥的大量產出而越來越有限,這也限制了該法的進一步發展。

    1.2 直接土地利用
    污泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點,被認為是有發展潛力的一種處置方式,這種處置方式是把污泥應用于農田、菜地、果園、草地、市政綠化、育苗基質及嚴重擾動的土地修復與重建等??茖W合理的土地利用,可減少污泥帶來的負面效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土地利用的有效方式。污泥用于嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區等需要復墾的土地)的修復與重建,減少了污泥對人類生活的潛在威脅,既處置了污泥又恢復了生態環境。但是該方法也有幾個問題很難解決,如污泥中的有害生物的完全殺滅,重金屬污染等問題。

    1.3 污泥的焚燒
    濕污泥干化后再直接焚燒應用得較為普遍,沒有經過干化的污泥直接進行焚燒不僅十分困難,而且在能耗上也是極不經濟的。以焚燒為核心的污泥處理方法是徹底的污泥處理方法,它能使有機物全部碳化,殺死病原體,可大限度地減少污泥體積;但是其缺點在于處理設施投資大,處理費用高。

    2.利用陶粒生產進行污泥處理的可行性
    2.1城市淤泥的主要成分
    2.1.1含水率
    由于城市污水的成份各地都不會相差很大,其含水率的大小一般和污水廠的生產工藝和生產設備有關。一般板框式壓慮機含水低,可達55%左右。帶式壓慮機在75%左右,而轉筒式離心脫水機水分可達80%以上。目前應用廣的是帶式壓慮機。

    2.1.2有機質含量
    污泥的有機質含量一般均較高,包含各種成份,一般用燒失量來表示有機質含量。一般城市污泥的干基燒失重在50%-65%之間,有機質在高溫下會分解成易燃的揮發份和碳。

    2.1.3其他成分
    城市污泥經烘干,高溫燒灼后留下的灰份數量很少,一般只占總量的8%-15%。其成份也有一定的區別,但其主要成分都是陶粒生產中的主要原料。

    2.2陶粒原料的基本要求
    2.2.1水分
    陶粒生產的原理可知,只要能滿足成球條件,含水率越低其能耗要求越小。因此,陶粒生產中原料的水分一般在17%-30%范圍內,過低不利于成球,過高嚴重影響產量。


    2.2.2燒失量
    根據陶粒生產中重要的氣體來源反應式;

    ??2Fe2O3 +C→4FeO+CO2 ↑

    ??一般要求陶粒在后發氣階段有一定量的碳存在。而燒失量其中大成分就是有機質,考慮升溫段的被分解和被氧化,因此對陶粒原料的燒失量要求一般在5%以上。但當原料中燒失量過多時,陶粒在發氣時碳含量過高會造成陶粒軟化粘度和表面張力增大,不利于膨脹。因此排除碳酸鈣分解的影響,一般要求原料中的燒失量在5%-10%。

    2.2.3化學成分
    根據國內外資料介紹陶粒生產中對原料(干基)化學成份的一般要求:

    2.3城市淤泥和頁巖原料的配方試驗

    2.3.1頁巖原料的選擇
    根據陶粒生產要求和污泥的性質,適合大量使用污泥的原料應具備含水率低、燒失量小、化學成分合適的條件。經多方篩選,有一種頁巖非常適合上述條件。該頁巖的含水率在11%左右,其干基化學成分如下。

    2.3.2試驗方法
    試驗采用操作簡單的一段高溫燒結法。具體內容為將頁巖烘干后粉磨,按配方要求摻入污泥。用手工混合均勻,再成球。將球放入105℃烘箱內烘干,烘干后再將料球放入高溫爐內按設定溫度燒結10分鐘。試驗采用高燒結溫度和對應的表觀密度為試驗結果。

    2.3.3試驗配方
    根據各材料水份、燒失量、化學成分,設定配方如下:

    2.3.4試驗結果

    2.3.5試驗總結
    通過試驗我們可以發現頁巖污泥陶粒的幾個特點
    1)污泥摻入頁巖粉做陶粒完全可行,且摻量合適完全有益。
    2)配方中污泥摻量越大,其燒結溫度越低。
    3)污泥摻量大小對陶粒表觀密度影響很大,可根據對陶粒成品的要求來調整污泥摻量。
    4)兩種污泥的成份性質基本相同,其摻量的影響規律一樣。

    3.用城市淤泥進行陶粒生產
    3.1生產中的主要技術
    3.1.1污泥摻量的限制條件
    1)水份的限制
    由于水的蒸發需要吸收大量的熱量,且大多的陶?;剞D窯產量受限的主要原因就是小窯烘干能力受限。根據大量生產實踐總結,一般陶?;剞D窯(未安裝特殊的窯尾熱交換器)的原料料球含水率不應大于25%。料球水分過高,會造成料球在小窯內烘干不完全,料球帶水份進入高溫區。造成料球烘干裂紋,甚至出現碎球等情況。減少進料量往往是高水份料球燒制的唯一辦法,但為多用污泥而大幅減少陶粒產量,降低陶粒質量會得不償失。按原料總水分30%為上限計算,含水80%的污泥和含水10%頁巖的大摻合比為0.4比1。
    2)燒失量的限制
    污泥中的燒失量主要是有機質成份,其在燒制陶粒過程中會因為高溫分解。一部分分解成可燃的揮發份,另一部分碳化后以碳的形式參與反應。陶粒料球燒失量過高會有兩個對陶粒生產不利的影響。一是過多的揮發份從陶粒料球內部排出會留下過多的氣體排出通道,甚至出現裂縫,不利于陶粒膨脹時的氣體保留。另一方面,過多的殘留碳會大幅增長陶粒膨脹時的軟化粘度和表面張力,同樣不利于陶粒的膨脹。當然,通過減慢回轉窯轉速可以多消耗殘留碳,但窯速過慢影響產量也不具有經濟性。因此,按總燒失量不大于10%計算(生產超輕陶粒的原料總燒失量應按不大于8%計算),干基燒失量為66%的污泥和干基燒失量為3.8%的頁巖干基大摻摻合比為0.11比1,考慮原料的含水率,其實際大摻摻合比為0.6比1。如果頁巖燒失量高的話,該比例將大幅下降。
    3)其它化學成份的影響
    由于污泥中固形物含量很低,污泥摻加后陶粒生料球中要求范圍較寬的SiO2、Al2O3含量一般不會超出要求范圍,但污泥中CaO的含量應該關注。有些污泥由于其生產工藝,決定了CaO含量較高,CaO高的陶粒原料會嚴重影響產量,甚至會嚴重降低成品質量,一般要求料球CaO含量不超過7%。有些污泥中Fe2O3含量也較高,可有效降低陶粒的容重,提高產量。但過多的Fe2O3含量也會引起陶粒成品的耐久性下降,一般要求料球Fe2O3含量不超過10%。

    3.1.2污泥的存儲和運送
    城市污水主要由生活污水、少量工業污水和部分雨水滲入混合組成。污水處理后產出的污泥含有大量水份、有機質,其中還有大量菌類(包括病菌)、蟲卵,臭氣很大。并且污水處理廠還在生產中加入了絮凝劑,因此污泥一般呈較稀的膠凝狀。污泥的這些性狀決定了它的運送和儲存要求:不能泵送,不能敞開式堆放?,F在比較先進的污泥倉儲方式有兩種;一種是密封式倉庫配污泥池,采用自卸車倒入,用起重抓斗將污泥運送至使用處。另一種是采用柱塞泵將污泥運至高位料倉儲存,通過自重和螺輸相結合的方法來使用污泥。兩種方案各有特點;第一種技術要求較低,設備可靠,可操作性好。第二種方案節約場地,環境衛生,使用方便,維護要求高.

    3.1.3配料和混合
    濕污泥的水份較大,但流動性很差,可通過螺旋輸送機來運送。通過變頻器調節螺輸的轉速可以調節污泥的運送量。因此頁巖粉和濕污泥配料和混合的工藝流程為:分別通過變頻螺輸將頁巖粉和污泥送入雙軸攪拌機攪拌,將攪拌好的生料經陳化后送入輪碾機經輪碾后再造粒。

    3.2工藝流程圖
    超輕頁巖污泥陶粒生產線工藝流程圖:
    污泥生成流程
    3.3經濟效應
    將污泥加入頁巖粉磨成球陶粒,不僅有其社會價值,還有其豐厚的經濟回報。
    1)可完全取消頁巖粉磨陶粒生產中的外加有機質補充,此一項可節約成本約每方3-5元。
    2)適度的增加污泥用量可減少陶粒燒制時的燃料用量。污泥的干基熱值約為:每增加10%污泥摻量,約可減燃料用量8%。此一項可節約成本約每方3-8元。
    3)可享受污泥處理費。隨著國家環境保護法律法規的從嚴,環保產業的發展。污泥的數量將越來來多,污泥的終處置負荷也越來越大,污泥處理費也越來越貴。按每噸150元計算,摻量30%的污泥陶??山档统杀炯s每方20-25元。

    4.總結
    在陶粒生產中加入適量的污泥,技術上完全可行,不僅具有較大的社會價值還有很高的經濟價值。其核心的原理是利用污泥中的主要成份是陶粒生產的原料這一特點,將污泥通過陶粒生產的高溫進行燒結。不僅做到了殺菌、消毒,還可以讓污泥中的少量重金屬融熔在陶粒的晶格中,實現了污泥的無害化處理。但是陶粒生產中的污泥摻量是受一定的條件限制的,我們不能脫離生產實際去燒制污泥陶粒。過多的污泥摻入量其實不是陶粒生產技術,而是污泥焚燒技術。這是另一個課題,也有其發展方向:包括污泥深度脫水、污泥烘干、污泥協同燃燒、污泥除臭技術等新技術。
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