污水厂污泥固碳脱水循环卫生填埋与资源化利用课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,目录,污泥固碳脱水制煤,3,污泥固碳循环卫生填埋,资源化,2,污泥处理处置方案比选,1,目录污泥固碳脱水制煤3污泥固碳循环卫生填埋资源化2污泥处理,1,、污泥处理处置方案比选,1,、污泥处理处置方案比选,1、污泥处理处置方案比选1、污泥处理处置方案比选,我国污泥产生情况及现状,污泥产量：,每吨污水的湿污泥产量约,1.52.0 ,，,2010,年，我国污泥污泥产量将超过,2000,万吨,污泥特点：,含水率高，有机物含量高，含有病原菌和重金属，有臭味等,处理现状：,现有污水处理中有污泥稳定化处置设施的还不到,1/4,，处理工艺和配套设备较为完善的还不到,1/10,；处于严重滞后状态；大量污泥堆存，对环境和安全造成很大隐患,我国污泥产生情况及现状污泥产量：,污泥处理处置方案比选,堆肥,循环卫生填埋,焚烧,发酵,可减量减容,需加大量调理剂，增加体积,含盐高含重金属高，产品农用受限制,安全可靠，成本低，稳定化时间短（,0.32,年）,需高效固化脱水,应循环卫生填埋，实现资源化,减量减容大,安全性差，操作复杂,污泥含砂渣很高，对设备磨损极大,处理成本极高,（,538688,元,/t,）,可回收能量,污泥含砂量高，发酵罐和管道沉砂渣严重，故障率高,操作复杂，运行费用高,（,280320,元,/t,）,污泥固化,卫生填埋,再利用是经济、安全、环保的污泥处置方法,其它处理技术的年运行时间不超过,300,天，仍然需要卫生填埋,污泥处理处置方案比选堆肥循环卫生填埋焚烧发酵可减量减容安全可,2,、污泥卫生填埋,资源化,2,、污泥卫生填埋,资源化,2、污泥卫生填埋资源化2、污泥卫生填埋资源化,上海典型污水厂污泥性质,性质指标,计算公式,曲阳生物污泥,白龙港化学污泥,密度,（,g/cm,3,）,0.76,0.89,1.03,1.13,比重,d,s,1.53,1.61,含水率,w,（,%,）,水分,/,湿试样总重量,78.6,81.6,68.4,75.4,挥发性物质,VM,（,%,）,65.7,77.8,44.9,61.1,孔隙比,e,e,d,s,(1+,w,),w,/,-1,6.968.41,3.34,4.79,孔隙率,n,n,e/,(1+,e,),0.87,0.89,0.77,0.83,饱和度,S,r,S,r,=,d,s,w,/,e,0.67,0.81,0.860.92,气体含量,A,A,n(1-,S,r,),0.167,0.296,0.066,0.110,液限,w,L,（,%,）,197,159,塑限,w,p,（,%,）,126,82,上海典型污水厂污泥性质性质指标计算公式曲阳生物污泥白龙港化学,污泥物理和力学性质研究,力学性质,渗透性能,污泥在,50,100kPa,下渗透系数为,1.2110,-7,cm/s,2.0710,-8,cm/s,渗透性能极低，几乎不透水。,含水率（,%,）,73.3,70.9,67.6,65.7,61.0,56.4,47.8,抗压强度（,kPa,）,8.3,31.7,49.9,50.0,83.4,166.5,333.4,无侧限抗压强度,不同含水率污泥的无侧限抗压强度,新鲜脱水污泥抗压强度小于,10kPa,含水率,65,时污泥抗压强度大于,50kPa,污泥物理和力学性质研究 力学性质渗透性能含水率（%）73.,剪切强度,各固结压力下污泥含水率与强度的关系,新鲜脱水污泥剪强度小于,5,kN/m,2,；,在,30,kN/m,2,、,50,kN/m,2,、,100,kN/m,2,下，当含水率为,65,时，都能满足填埋要求的最小强度,25,kN/m,2,剪切强度 各固结压力下污泥含水率与强度的关系 新鲜脱水污泥剪,污泥的持水性,污泥风干过程含水率变化,污泥晾干过程含水率变化,污泥具有很强的持水性，泥饼含水率降低到,65,的过程较慢，当,65,，污泥越过胶粘状态，含水率下降非常快,污泥的持水性污泥风干过程含水率变化 污泥晾干过程含水率变化,污泥的臭度,新鲜化学污泥具有强烈的臭味，属于六级臭气强度法中的,5,级,污泥含水率降低到,60,左右时，臭度为,3,级，臭气强度明显减弱，已降到了作业人员可以接受的程度,污泥的臭度 新鲜化学污泥具有强烈的臭味，属于六级臭气强度法中,污泥固碳预处理,污泥无害化、资源化、减量化核心：,脱水,增加承压,快速固化,降低臭度,提高热值,减容减量,节能减排,节约成本,持续利用,高效固碳,污泥固碳预处理 污泥无害化、资源化、减量化核心：脱水,传统污泥固化技术,水泥固化,增加承压，但增容增量，加入量大，不可持续利用，成本高,石灰固化,增加承压，但增容增量，加入量大，不可持续利用，成本高,粉煤灰改性法,增加承压，成本低，但增容增量，加入量大,矿化垃圾（陈化垃圾）改性法,增加承压，成本低，但增容增量，加入量大,热塑型固化法,成本极高，无工业化应用,聚合型固化法,成本极高，无工业化应用,传统污泥固化技术 水泥固化,本项目组研发的新型污泥固化固碳剂,镁系胶凝固化剂（,M1,固化剂）：镁盐，氧化剂、磷酸盐，二元醇等,（,1,）,固化时间短,：可以在短期内（,48h,）使污泥凝固，达到填埋要求,（,2,）,投加量较少：,污泥量的58,（,3,）,减容减量大：各降低,25%,（,4,）绿色无污染：固化后不改变,pH,值，不引入新污染物，无毒无害,（,5,）可持续利用：稳定后的污泥,可作为植物营养土,（,6,）简单易操作：固化混合设备故障率低，自动化程度高,（,7,）单位成本低：为传统固化剂的,50-60,（,8,）热值提高大：低位热值,100 kcal/kg 1570 kcal/kg,（,9,）除臭效果佳：,6,级,3,级,（,10,）节能减排好：,节能,80,以上，重金属稳定,95,以上,（,11,）承压强度大：含水率,25 kN/m,2,（,12,） 固碳效果佳：固化后的污泥不产沼气，填埋后转化为腐殖质,本项目组研发的新型污泥固化固碳剂镁系胶凝固化剂（M1固化剂）,固化固碳工艺流程,污泥生物反应器填埋,工艺：污泥固化填埋稳定化后开挖土地再填埋利用,实现填埋场循环利用的污泥填埋工艺,固化固碳工艺流程污泥生物反应器填埋工艺：污泥固化填埋稳定化,固化效果比较,污泥强度,20kPa,pH,值升高,臭气产生,抗压强度：,58.17Kpa,增容比达,1. 52,抗压强度：,52 Kpa,pH,、体积改变较小,固化效果比较污泥强度20kPa抗压强度：58.17Kpa抗,固化养护时间,对于含水率在,80,以下的污泥，固化剂添加量为,5,时，固化时间小于,2d,，可满足污泥填埋要求,固化养护时间对于含水率在80以下的污泥，固化剂添加量为5,实际工程效果,投加量5,投加量8,投加量12,养护2,d,后，,固化体抗,压强度和,含水率均,可达到污,泥填埋标,准！,含水率,80,实际工程效果投加量5投加量8投加量12养护2d后，含水,颜色,污泥固化后已经失去了污泥原有的颜色，由黑色变成土黄色，与土壤的颜色类似,，属于粉土,颜色,含水率,有机质含量,（,%,）,含水率,固化污泥作为绿化土的指标测试,重金属及难降解有机物含量,上表是固化,3,、,2,、,1,个月和新鲜,固化污泥中重金属含量平均值，由表可知，除了,Zn,，各种金属的含量均达到了,土壤环境质量标准,（,GB15618-1995,）中的,类土壤的标准，在施用过程中需要注意,Zn,造成环境污染，需要采取必要的措施进行固定。,固化污泥作为绿化土的指标测试重金属及难降解有机物含量上表是固,重金属淋溶结果,以,固化污泥,为基质的土柱系列淋溶液中各种金属元素的平均浓度与地下水质量标准比较基本相同。,Cd,、,Cr,、,Co,全部符合地下水质量,和,类标准，,As,、,Cu,、,Zn,符合地下水质量,类标准，基本无污染地下水的风险。,Fe,，,Pb,，,Mn,符合,，,类标准，这三种元素超过地下水质量标准，如施用不当会对地下水造成,Fe,、,Pb,、,Mn,污染,重金属淋溶结果,污泥的营养学性质,（,g/kg,）,可以看出，,N,、,P,、,K,的含量均较高，可以满足植物生长的需要,污泥的营养学性质（g/kg）可以看出，N、P、K的含量均较高,水力学性质,持水性和给水性是种植介质质量好坏的重要参数。给水度和持水度反映了多孔介质滞纳和排水的能力，持水度,高,，有利于植物对水分的吸收，这对,绿化,植物的种植有利。孔隙度,适中，可以满足绿化植物,种植时氧气的供给,水力学性质,固化污泥浸出液实验,比例,Cu,Zn,Cd,Cr,Ni,5%,0.58,4.81,0.007,0.12,0.102,10%,0.65,4.41,0.006,0.11,0.093,20%,0.02,1.89,0.002,0.05,0.040,30%,0.02,1.73,0.002,0.05,0.036,使用,M1,固化剂固化处理后的污泥浸出,毒性均低于,危险废物鉴别标准,-,浸出毒性鉴别,中要求的标准,固化污泥浸出液实验 比例CuZnCdCrNi5%0.584.,养护说明,污泥添加固化剂（,10%,）后，只是改变了污泥的脱水性能，水分并不能瞬间脱除，需要经过一段时间的放置养护水分才能脱除。固化污泥养护条件不同，脱水的效果也不一致，经过一段时间的摸索，在现有机械设备条件下，采用将固化污泥摊平推铺,1015cm,厚度，利用挖掘机进行推铺、摊晒，经过,6d,时间，污泥的含水率、强度等指标即达到国家规定的污泥进入填埋场要求，可以进行填埋处置。,养护说明 污泥添加固化剂（10%）后，只是改变,含水率随时间变化,时间（,d,）,0,1,2,3,4,5,6,含水率（,%,）,72.32,67.52,63.21,57.54,53.34,51.28,41.23,养护时间（,d,）,含水率（,%,）,含水率随时间变化时间（d）0123456含水率（%）72.3,有机质含量随时间变化,时间（,d,）,0,1,2,3,4,5,6,有机质（,%,）,37.18,23.88,26.89,33.58,28.67,23.69,28.10,养护时间（,d,）,有机质（,%,）,有机质含量随时间变化时间（d）0123456有机质（%）37,低位热值随时间变化,时间（,d,）,0,1,2,3,4,5,6,热值（,kca/kg,）,0,18.79,99.68,323.63,363.91,430.39,583.92,养护时间（,d,）,热值（,kcal/kg,）,低位热值随时间变化时间（d）0123456热值（kca/kg,固化污泥稳定化与资源化所需时间,固化污泥填埋,3,个月后陈化污泥，与泥土混合后用于种植黑麦草，成长良好,固化污泥填埋,1.41.5,年后，阳春大白菜种子发芽指数,80%,以上，此时的陈化污泥可单独用作营养土,固化污泥填埋,1.5,2.0,年后，,BDM,下降到,4.76,，此时的陈化污泥可用作回填土,固化污泥稳定化与资源化所需时间固化污泥填埋3个月后陈化污泥，,污泥制回填土,污泥制回填土,固化污泥资源化,绿化用土,回填用土,固化污泥资源化绿化用土回填用土,固化污泥作为回填土指标测试,土力学性质,污泥固化后，抗压强度、抗剪强度均增大，压缩性降低，表明固化污泥可以满足一定强度路面要求，可以作为回填土或筑路土使用,固化污泥作为回填土指标测试土力学性质,稳定化固化污泥的土力学性质,固化污泥填埋,1.5,2.0,年后，,BDM,下降到,4.76,，满足回填土小于,5%,的要求，性质接近于泥土，强度高于泥土，可以代替泥土作为回填土使用,名称,含水量,W,%,密度,g/cm,3,干密度,d,g/cm,3,比重,Gs,孔隙比,e,孔隙率,n,%,压缩系数,1-2,压缩,模量,Es,直剪固快,三轴不排水剪试验,渗透试验,击实试验,内摩擦角,凝聚力,C,最佳含水量,最大干密度,(Mpa),-1,Mpa,0,Kpa,0,Kpa,cm/s,%,g/cm,3,污泥,19.3,1.78,1.45,2.71,1.03,50.02,0.6,3.83,32.58,30.21,8.9,27.8,7.810,-5,18.8,1.55,泥土,29.3,1.85,1.43,2.73,0.91,47.59,0.6,2.76,36.29,18.97,8.6,9.9,1.410,-6,24.2,1.53,稳定化固化污泥的土力学性质固化污泥填埋1.52.0年后，B,循环卫生填埋资源化,镁系污泥固化预处理,卫生填埋,0.3-2,年陈化污泥开采利用,填埋场再利用的循环卫生填埋（生物反应器填埋）是可行的,循环卫生填埋资源化镁系污泥固化预处理卫生填埋0.3,3,、污泥脱水提高热值技术,3,、污泥固化固碳脱水制煤,3、污泥脱水提高热值技术3、污泥固化固碳脱水制煤,污泥的热值,污泥的干基热值范围为,3571.4kJ/kg,4285.7 kcal/kg,，但实际污水处理厂脱水污泥的含水率为,75 %85 %,，这些水分在污泥焚烧过程中转变为蒸汽，并以气化潜热的形式带走部分能量。根据,1,个标准大气压下水的气化潜热（,598.1 kcal/kg,），可以确定污泥水分蒸发带走的能量（下图）。,对于干基低位热值为,2381 kcal/kg,的污泥，水分含量达到,79.9%,时，,其热值将全部用于污泥所含水分的,蒸发，也即能量,100 %,损失,污泥的热值 污泥的干基热值范围为3571.4kJ/,污泥的热值分析,污泥自持燃烧的低位热值约,833 kcal/kg,，即，污泥自持燃烧的最高限含水率约为,40 %55%,污水处理厂污泥不宜直接焚烧，需要脱水预处理,污泥的热值分析 污泥自持燃烧的低位热值约833 kcal/k,污泥热值分析,上海曲阳生活污水处理厂和上海老港垃圾填埋场污泥热值,低位热值,350 kcal/kg,，低于自持燃烧所需的,833k cal/kg,污泥热值分析上海曲阳生活污水处理厂和上海老港垃圾填埋场污泥热,固化脱水后污泥的热值分析,固化剂加入量,5%,10%,15%,含水率,(%),热值,(kcal/kg),含水率,(%),热值,(kcal/kg),含水率,(%),热值,(kcal/kg),1d,68.13,628.8,67.52,577.8,63.00,547.4,2d,61.41,887.5,60.34,837.8,57.33,722.8,3d,56.44,1078.9,53.38,1089.7,50.76,926.3,4d,48.98,1366.1,48.27,1274.8,48.05,1010.2,5d,48.73,1375.7,48.34,1272.2,40.75,1236.1,6d,44.68,1531.6,39.90,1577.8,33.22,1469.2,固化剂添加量,5%,、,10%,利于污泥热值的提高,固化脱水后污泥的热值分析固化剂加入量5%10%15%含水率(,污泥制再生煤工艺流程,矿化垃圾粉碎物、,M1,固化剂、污泥、木屑、煤粉,搅拌机,成品晾、烘干间,粉碎机,矿化垃圾,（粒径,5mm,）,成品煤,工艺流程图,煤饼制作机,锅炉燃烧,污泥制再生煤工艺流程 矿化垃圾粉碎物、M1固化剂、污泥、木屑,燃烧灰分,类型,灰分产量,（,%,）,人造煤,38.2,干化原生污泥,48.4,煤炭,17.4,燃烧灰分类型灰分产量（%）人造煤38.2干化原生污泥48.4,燃烧烟气测试,采样日期,测试日期,报告日期,采样地点,焚烧炉排口,排放口高度（,m,）,3,项目,采样,位置,管道,面积,m,2,风速,m/S,管温,风,量,m,3,标干,/h,浓,度,mg/m,3,标干,排放速率,kg/h,排放标准,最高允许,排放浓度,mg/m,3,标干,最高允许,排放速率,kg/h,颗粒物,排口,0.0707,2.22,390,234,276,0.0646,120,0.070,氯化氢,42.1,9.8510,-3,100,5.210,-3,氮氧化物,84.6,0.0198,240,0.0154,二氧化硫,16.8,3.9310,-3,550,0.052,铅及其化合物,3.90,9.1310,-4,0.70,810,-5,锌及其化合物,1.38,3.2310,-4,/,/,1890,(,无量纲,),/,2000,（排放高度为,15m,时）,/,臭气,执行标准：,GB16297-1996,表,2,，,GB 14554-1993,结,论：,颗粒物排放浓度超标；氯化氢排放速率超标；铅及其化合物排放浓度超标；排放臭气的排气筒高度不小于,15m,燃烧烟气测试采样日期测试日期报告日期采样地点焚烧炉排口排放口,污泥煤燃烧灰渣的再利用,10,：,1,10,：,1.5,10,：,2,10,：,2.5,养护,3d,60.49%,53.10%,50.91%,47.04%,养护,6d,31.41%,28.40%,21.98%,21.62%,10,：,0.5,10,：,1,10,：,1.5,10,：,2,养护,3d,46.53%,42.67%,42.50%,41.08%,养护,6d,34.29%,27.94%,25.02%,23.92%,原生污泥含水率,81.5%,，固化污泥的含水率为,35.2%,，污泥人造煤燃烧后的灰渣含水率,1.24%,，将污泥与固化污泥或灰渣按照一定比例混合后养护,固化污泥作为固化剂,燃烧灰渣作为固化剂,固化污泥或燃烧灰渣可作为固化剂进行二次固化,污泥煤燃烧灰渣的再利用10：110：1.510：210：2.,污泥脱水提高热值小结,M1,固化剂预处理污泥并养护,6,天后，污泥热值大幅度提高至可自维持燃烧；燃烧后的残渣可作为固化剂固化新鲜污泥,污泥脱水提高热值小结 M1固化剂预处理污泥并养护6天后,目前应用情况,固化固碳规模：,2000,吨污泥,/,天,已经处理污泥：,100,万吨,制煤应用规模：,50,吨污泥,/,天,目前应用情况固化固碳规模：2000吨污泥/天,Thank You !,Thank You !,46,