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陶粒生產中的城市汙泥處理技術

來源:浙江大東吳集團 成建躍 郎劍雷方建華 瀏覽次數: 日期:2016年4月15日 16:22

 

0引言

  據住建部《中國城市建設統計年鑒》統計,截止2014年底,汙水處理能力為13087萬噸/日,較2013年漲幅近5.1%。汙水處理量連年增長,汙泥作為汙水處理的副產物,其產生量也隨之增加,2014年底我國城市汙水處理量達3827239萬噸,而城市濕汙泥產生量為2143萬噸(保守估計,按1萬噸汙水產生5.6噸濕汙泥計算)。進入2015年,在環保產業的“新常態”下, 我國相繼頒布了一係列國家政策和行業標準,其中《水十條》明確了現有汙泥處理處置設施應於2017年底前基本完成達標改造,地級及以上城市汙泥無害化處理處置率應於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,汙泥處理處置行業有望突破瓶頸期,駛入快車道。

  1 城市汙泥處理現狀

  1.1 衛生填埋

  汙泥衛生填埋始於20世紀60年代,是一項比較成熟的汙泥處置技術。汙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,汙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窪地。但是汙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汙染的液體,如果填埋場選址或運行不當,這種液體就會進入地下水層,汙染地下水環境。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,適合汙泥填埋的場所也因城市汙泥的大量產出而越來越有限,這也限製了該法的進一步發展。

  1.2 直接土地利用

  汙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,被認為是最有發展潛力的一種處置方式,這種處置方式是把汙泥應用於農田、菜地、果園、草地、市政綠化、育苗基質及嚴重擾動的土地修複與重建等。科學合理的土地利用,可減少汙泥帶來的負麵效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的汙染而成為汙泥土地利用的有效方式。汙泥用於嚴重擾動的土地(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複墾的土地)的修複與重建,減少了汙泥對人類生活的潛在威脅,既處置了汙泥又恢複了生態環境。但是該方法也有幾個問題很難解決,如汙泥中的有害生物的完全殺滅,重金屬汙染等問題。

  1.3 汙泥的焚燒

  濕汙泥幹化後再直接焚燒應用得較為普遍,沒有經過幹化的汙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。以焚燒為核心的汙泥處理方法是最徹底的汙泥處理方法,它能使有機物全部碳化,殺死病原體,可最大限度地減少汙泥體積;但是其缺點在於處理設施投資大,處理費用高。

  2 利用陶粒生產進行汙泥處理的可行性

  2.1 城市汙泥的主要成份

  2.1.1 含水率

  由於城市汙水的成份各地都不會相差很大,其含水率的大小一般和汙水廠的生產工藝和生產設備有關。一般板框式壓慮機含水最低,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。目前應用最廣的是帶式壓慮機。

  2.1.2 有機質含量

  汙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。一般城市汙泥的幹基燒失重在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其它成份

  城市汙泥經烘幹,高溫燒灼後留下的灰份數量很少,一般隻占總量的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 水份

  陶粒生產的原理可知,隻要能滿足成球條件,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%範圍內,過低不利於成球,過高嚴重影響產量。

  2.2.2 燒失重

  根據陶粒生產中最重要的氣體來源反應式;

  2Fe2O3 +C→4FeO+CO2 

  一般要求陶粒在最後發氣階段有一定量的碳存在。而燒失量其中最大成分就是有機質,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麵張力增大,不利於膨脹。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化學成份

  根據國內外資料介紹陶粒生產中對原料(幹基)化學成份的一般要求:

 2.3城市汙泥和頁岩原料的配方試驗

  2.3.1頁岩原料的選擇

  根據陶粒生產要求和汙泥的性質,適合大量使用汙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,有一種頁岩非常適合上述條件。該頁岩的含水率在11%左右,其幹基化學成分如下。

  2.3.2試驗方法

  試驗采用操作簡單的一段高溫燒結法。具體內容為將頁岩烘幹後粉磨,按配方要求摻入汙泥。用手工混合均勻,再成球。將球放入105℃烘箱內烘幹,烘幹後再將料球放入高溫爐內按設定溫度燒結10分鍾。試驗采用最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AG8亚游可以發現頁岩汙泥陶粒的幾個特點

  1)汙泥摻入頁岩粉做陶粒完全可行,且摻量合適完全有益。

  2)配方中汙泥摻量越大,其燒結溫度越低。

  3)汙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汙泥摻量。

  4)兩種汙泥的成份性質基本相同,其摻量的影響規律一樣。

  3用城市汙泥進行陶粒生產

  3.1生產中的主要技術

  3.1.1汙泥摻量的限製條件

  (1)水份的限製

  由於水的蒸發需要吸收大量的熱量,且大多的陶粒回轉窯產量受限的主要原因就是小窯烘幹能力受限。根據大量生產實踐總結,一般陶粒回轉窯(未安裝特殊的窯尾熱交換器)的原料料球含水率不應大於25%。料球水分過高,會造成料球在小窯內烘幹不完全,料球帶水份進入高溫區。造成料球烘幹裂紋,甚至出現碎球等情況。減少進料量往往是高水份料球燒製的唯一辦法,但為多用汙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%的汙泥和含水10%頁岩的最大摻合比為0.4比1。

  (2)燒失量的限製

  汙泥中的燒失量主要是有機質成份,其在燒製陶粒過程中會因為高溫分解。一部分分解成可燃的揮發份,另一部分碳化最後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,不利於陶粒膨脹時的氣體保留。另一方麵,過多的殘留碳會大幅增長陶粒膨脹時的軟化粘度和表麵張力,同樣不利於陶粒的膨脹。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,按總燒失量不大於10%計算(生產超輕陶粒的原料總燒失量應按不大於8%計算),幹基燒失量為66%的汙泥和幹基燒失量為3.8%的頁岩幹基最大摻摻合比為0.11比1,考慮原料的含水率,其實際最大摻摻合比為0.6比1。如果頁岩燒失量高的話,該比例將大幅下降。

  (3)其它化學成份的影響

  由於汙泥中固形物含量很低,汙泥摻加後陶粒生料球中要求範圍較寬的SiO2、Al2O3含量一般不會超出要求範圍,但汙泥中CaO的含量應該關注。有些汙泥由於其生產工藝,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%。有些汙泥中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汙泥的存儲和運送

  城市汙水主要由生活汙水、少量工業汙水和部分雨水滲入混合組成。汙水處理後產出的汙泥含有大量水份、有機質,其中還有大量菌類(包括病菌)、蟲卵,臭氣很大。並且汙水處理廠還在生產中加入了絮凝劑,因此汙泥一般呈較稀的膠凝狀。汙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。現在比較先進的汙泥倉儲方式有兩種;一種是密封式倉庫配汙泥池,采用自卸車倒入,用起重抓鬥將汙泥運送至使用處。另一種是采用柱塞泵將汙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汙泥。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

  濕汙泥的水份較大,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汙泥的運送量。因此頁岩粉和濕汙泥配料和混合的工藝流程為:分別通過變頻螺輸將頁岩粉和汙泥送入雙軸攪拌機攪拌,將攪拌好的生料經陳化後送入輪碾機經輪碾後再造粒。

  3.2工藝流程圖

  浙江大東吳集團建設新材料有限公司超輕頁岩汙泥陶粒生產線工藝流程圖:

  3.3經濟效益

  將汙泥加入頁岩粉磨成球陶粒,不僅有其社會價值,還有其豐厚的經濟回報。

  1)可完全取消頁岩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)適度的增加汙泥用量可減少陶粒燒製時的燃料用量。汙泥的幹基熱值約為:每增加10%汙泥摻量,約可減燃料用量8%。此一項可節約成本約每方3-8元。

  3)可享受汙泥處理費。隨著國家環境保護法律法規的從嚴,環保產業的發展。汙泥的數量將越來來多,汙泥的最終處置負荷也越來越大,汙泥處理費也越來越貴。按每噸150元計算,摻量30%的汙泥陶粒可降低成本約每方20-25元。

  4總結

  在陶粒生產中加入適量的汙泥,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汙泥中的主要成份是陶粒生產的原料這一特點,將汙泥通過陶粒生產的高溫進行燒結。不僅做到了殺菌、消毒,還可以讓汙泥中的少量重金屬融熔在陶粒的晶格中,實現了汙泥的無害化處理。但是陶粒生產中的汙泥摻量是受一定的條件限製的,AG8亚游不能脫離生產實際去燒製汙泥陶粒。過多的汙泥摻入量其實不是陶粒生產技術,而是汙泥焚燒技術。這是另一個課題,也有其發展方向:包括汙泥深度脫水、汙泥烘幹、汙泥協同燃燒、汙泥除臭技術等新技術。

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