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發(fā)布時(shí)間:2023年04月17日 14:51 作者:蹇守衛(wèi) 點(diǎn)擊數(shù):次
來(lái)源:中國(guó)給水排水
污泥是在污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)(不包括柵渣、浮渣和沉砂),濃縮并匯集了污水中30%~50%的污染物及有機(jī)物,具有“污染”“資源”雙重屬性。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每日總污水處理規(guī)模超過(guò)兩億立方米,污泥年排放量已達(dá)6000萬(wàn)噸,約占全球總污水處理規(guī)模的1/5,預(yù)計(jì)2025年我國(guó)市政污泥年產(chǎn)量將突破9000萬(wàn)噸。污泥具有含水率高(可高達(dá)99%以上),有機(jī)物含量高的特性,對(duì)污泥進(jìn)行減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化處理處置,是開展污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要任務(wù),也是未來(lái)污水處理行業(yè)減污降碳的發(fā)展方向。而現(xiàn)有的主流污泥處理處置技術(shù)存在明顯的短板和弊端:(1)污泥堆肥已經(jīng)明令禁止;(2)污泥制備免燒磚和建材在無(wú)害化處置和經(jīng)濟(jì)成本方面得不到有效的技術(shù)解決;(3)干化焚燒成為目前常用的方法,但干化焚燒能耗高、投資大、資源化低,同時(shí)溫度難以控制,容易產(chǎn)生二噁英,且重金屬得不到控制,剩余灰燼還需要填埋。因此市政污泥處理處置已經(jīng)成為城市的難點(diǎn)、痛點(diǎn),亟待有效的新技術(shù)給予解決。
相比傳統(tǒng)的污泥處置技術(shù),污泥制備蓄水陶土生產(chǎn)技術(shù)和工藝將污泥無(wú)害化處置和資源化利用結(jié)合起來(lái),在生產(chǎn)過(guò)程中,底泥中的有機(jī)物被充分轉(zhuǎn)化為熱值,煙氣通過(guò)循環(huán)熱量也得到有效回收,充分節(jié)能降耗。在整個(gè)處理過(guò)程中重金屬得到有效物理結(jié)晶固化,由于采用專用技術(shù),物料在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)燃燒,溫度場(chǎng)均勻,避免了二噁英等大氣污染物的產(chǎn)生,直接形成了高附加值的新型蓄水材料產(chǎn)品,有效解決了污泥的無(wú)害化處置和污泥資源化出路問(wèn)題。本研究以污泥、秸稈為主要原料,添加少量功能性外加劑,經(jīng)配料成型、高溫?zé)Y(jié)制備的蓄水陶土,可廣泛應(yīng)用于海綿城市、水環(huán)境治理、生態(tài)綠化等行業(yè)。
01 制備技術(shù)
蓄水陶土制備的核心技術(shù)和工藝包括:(1)高含水狀態(tài)下直接成型技術(shù),實(shí)現(xiàn)污泥含水率達(dá)60%時(shí)摻量達(dá)到70%;(2)基于重金屬高效固化與功能設(shè)計(jì)的組分調(diào)控技術(shù),通過(guò)功能組分和燒結(jié)工藝控制,實(shí)現(xiàn)重金屬在蓄水材料中高效固化;(3)模塊化靜態(tài)燒結(jié)技術(shù),有效保障蓄水材料孔隙連通;(4)系列化的應(yīng)用技術(shù),實(shí)現(xiàn)蓄水材料的長(zhǎng)效、功能化應(yīng)用。具體的工藝流程如圖1所示。
本文所述蓄水陶土制備技術(shù)區(qū)別于其它技術(shù)的特點(diǎn)是:(1)在工藝方面,區(qū)別于傳統(tǒng)污泥干化制備建材技術(shù),該項(xiàng)目無(wú)需對(duì)污泥進(jìn)行干燥,而是直接成型、余熱干燥、靜態(tài)燒結(jié),不僅工藝流程簡(jiǎn)單,而且成本低、能耗低;(2)在產(chǎn)品方面,區(qū)別于傳統(tǒng)建材,蓄水材料具有快速吸水、高效凈水、大量?jī)?chǔ)水、緩慢釋水等特點(diǎn)。
02 蓄水陶土性能分析
蓄水陶土的制備采用專用網(wǎng)袋窯設(shè)計(jì)與工況原理,利用污泥中含有大量的有機(jī)物,其中SiO2和Al2O3等成陶的組分含量較高的特性,采用兩段式加溫,400-500℃下有機(jī)質(zhì)熱解氣化在材料內(nèi)部形成大量?jī)?nèi)孔結(jié)構(gòu),隨著溫度的進(jìn)一步升高,在高于900℃時(shí),材料內(nèi)專有配方的無(wú)機(jī)發(fā)泡劑開始反應(yīng),氣體溢出時(shí)形成大量的介孔,如圖2所示,內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)一步豐富,內(nèi)部豐富的孔隙結(jié)構(gòu)使其具備良好的吸水性能。
如圖3所示,蓄水陶土的吸水率達(dá)93.2%,每立方米可吸水400~500kg,綜合蓄水率最高可達(dá)110%。主要是因?yàn)檫B通孔為水分子的進(jìn)入提供了橋梁,水分子通過(guò)連通孔進(jìn)入大孔后,通過(guò)毛細(xì)孔向介孔及微孔滲透。進(jìn)入孔隙結(jié)構(gòu)里面的水分,與晶格間的O原子相結(jié)合,產(chǎn)生不同的表面羥基吸附位點(diǎn),再加上多孔材料內(nèi)部不同金屬與氧原子的結(jié)合,使得多孔材料顯現(xiàn)為電負(fù)性,材料親水性能增強(qiáng)。
此外,蓄水陶土中介孔結(jié)構(gòu)的存在,使得表面羥基吸附位點(diǎn)增多,表面羥基與水分子間易形成氫鍵,氫鍵具有可逆性,進(jìn)而使得蓄水陶土具備更好的吸、釋水能力。在對(duì)材料進(jìn)行晶相分析時(shí)發(fā)現(xiàn),材料中的主要晶相為石英、莫來(lái)石、鈣長(zhǎng)石、赤鐵礦和尖晶石相。通過(guò)金屬與鐵原子結(jié)合的尖晶石相,實(shí)現(xiàn)可以重金屬固化,達(dá)到重金屬溶出率幾乎為零的效果。如圖4所示,蓄水陶土制備過(guò)程中污泥原料中所含的重金屬結(jié)晶率在99%以上。經(jīng)檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn),蓄水陶土無(wú)論使用在酸性還是堿性土壤中,又或是不同溫度條件下,幾乎沒有任何重金屬溶出物產(chǎn)生。
03 技術(shù)對(duì)比
目前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)包括污泥焚燒發(fā)電、污泥制陶粒、污泥制磚等,具體對(duì)比如表1所示。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看,本文以污泥、秸稈為主要原料,添加少量功能性外加劑,經(jīng)配料成型、高溫?zé)Y(jié)生產(chǎn),制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制備周期短、制備過(guò)程耗能低且污泥含水率達(dá)60%時(shí)摻量達(dá)到70%、燒制設(shè)備為可移動(dòng)式一體化設(shè)備、建成和運(yùn)轉(zhuǎn)投資低,且制備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
目前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)包括污泥焚燒發(fā)電、污泥制陶粒、污泥制磚等,具體對(duì)比如表1所示。從對(duì)比結(jié)果來(lái)看,本文以污泥、秸稈為主要原料,添加少量功能性外加劑,經(jīng)配料成型、高溫?zé)Y(jié)生產(chǎn),制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制備周期短、制備過(guò)程耗能低且污泥含水率達(dá)60%時(shí)摻量達(dá)到70%、燒制設(shè)備為可移動(dòng)式一體化設(shè)備、建成和運(yùn)轉(zhuǎn)投資低,且制備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
本文采用的污泥處置方式與污泥制磚技術(shù)相比,污泥摻量更大、產(chǎn)品制備過(guò)程更簡(jiǎn)單、處理周期短、設(shè)備所占土地面積較小且為可移動(dòng)式一體式設(shè)備、投資較低、產(chǎn)品使用范圍更廣,產(chǎn)品附加值更高;相比于焚燒發(fā)電,處理和制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制備周期短、制備系統(tǒng)簡(jiǎn)單、技術(shù)要求相對(duì)較低、建成和運(yùn)營(yíng)成本更低、本項(xiàng)目一體式燒成設(shè)備占地面積小且可移動(dòng),且耗能較低;相比于污泥堆肥,制備過(guò)程無(wú)污染、設(shè)備靈活且占地面積小、制備過(guò)程簡(jiǎn)單且易于控制、產(chǎn)品附加值更高。
04 結(jié)論
為高效實(shí)現(xiàn)市政污泥處理處置的無(wú)害化、資源化安全利用,本文研究了以污泥、秸稈為主要原料制備蓄水陶土的關(guān)鍵技術(shù),得出以下結(jié)論:(1)污泥制備的蓄水陶土體積孔隙率可以達(dá)到80%,吸水率達(dá)93.2%,每立方米可吸水400~500kg,綜合蓄水率最高可達(dá)110%。(2)通過(guò)金屬與鐵原子結(jié)合的尖晶石相可以實(shí)現(xiàn)蓄水陶土的污泥原料中重金屬的固化,所含的重金屬結(jié)晶率在99%以上。(3)本文所述蓄水陶土的制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制備周期短、制備過(guò)程耗能低且污泥含水率達(dá)60%時(shí)摻量達(dá)到70%,燒制設(shè)備為可移動(dòng)式一體化設(shè)備,建成和運(yùn)轉(zhuǎn)投資低,且制備過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
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