污泥烧结制陶粒机理及工艺研究

论文摘要

污水污泥是城市污水处理过程中产生的一种固体废物,富含病原体、微生物等,环境危害性大,处理不当很容易引起二次污染。目前我国污水污泥的处理处置方式集中在填埋、土地利用及少量焚烧,缺乏行之有效的措施,因此开辟一条新的污泥资源化利用途径显的尤其重要。本文提出利用污水污泥烧结制取陶粒的技术路线,是一种比较新的污泥资源化方向,处理污泥的同时可达到一定的经济效益。首先分析污水污泥的化学成分并对污泥烧结过程进行热分析研究,得出污泥的无机组分与粘土类似,可以作为原料烧结制陶粒,但污泥烧失量大,需加入适宜辅料辅助烧结,本实验选取粉煤灰和粘土作为辅料,经热分析研究,辅料烧失量均小于10%。通过加压成型和常压成型两种造粒方式开展试验研究,分析了原料配比、烧结温度和烧结温度保持时间对污泥陶粒产品的抗压强度、吸水率和密度等性能指标的影响趋势,同时指出了污泥陶粒的烧结机理,结果表明,综合考虑产品性能与经济性,适宜的物料配比为干污泥50%、粉煤灰30%、粘土20%,适宜的烧结温度1150℃,烧结温度保持时间30min。此时,加压成型陶粒产品的抗压强度可达27MPa,吸水率可控制在12%左右,堆积密度可控制在900kg/m3以下,符合国家GB/T1743.1-1998规定的900kg/m3级别的轻集料的各特性要求。常压成型陶粒产品抗压强度和密度满足500kg/m3级别的轻骨料的要求,但吸水率高于标准。对烧结过程中重金属固化情况进行研究,通过检测污泥陶粒烧结前后的重金属含量,本工艺对Cu、Ni、Zn三种难挥发重金属固定率在60%-80%左右,对易挥发的Pb、Cd固定率在20%-30%,但由于污泥中Pb、Cd含量比较少,所以本工艺对重金属的固定效果比较理想。最后结合污泥干化工艺,设计了集污泥干燥及污泥烧结为一体的陶粒制造系统,该系统具有物质和能量内部循环的特征。本设计不仅最大限度地减少了污泥的排放和能量的消耗,而且能够制备出质地优良的陶粒,保证环境效益的同时获得了一定的经济效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 污水污泥的产生、特性与危害
• 1.1.1 污水污泥的产生
• 1.1.2 污水污泥的特性与危害
• 1.2 污水污泥的处理处置
• 1.2.1 污水污泥的处理方法
• 1.2.2 污水污泥的处置方法
• 1.2.3 国内外处理现状
• 1.3 陶粒的性质及用途
• 1.3.1 陶粒简介
• 1.3.2 陶粒的种类
• 1.3.3 陶粒的性能
• 1.3.4 陶粒的用途及生产工艺
• 1.4 课题研究意义及应用价值
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 经济价值
• 1.5 研究内容及技术路线
• 第2章 污泥烧结过程热分析研究
• 2.1 实验材料与方法
• 2.1.1 样品预处理
• 2.1.2 实验仪器与方法
• 2.2 污泥烧结热行为分析
• 2.3 污泥陶粒烧结机理
• 2.3.1 烧结技术概述
• 2.3.2 主要化学成分在烧成中的作用
• 2.3.3 决定污泥陶粒膨胀的因素
• 第3章 污水污泥烧结制陶粒实验研究
• 3.1 实验材料与方法
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 样品预处理与实验仪器
• 3.1.3 实验方案与分析方法
• 3.2 操作条件对烧结产品抗压强度的影响
• 3.3 操作条件对烧结产品吸水率的影响
• 3.4 操作条件对烧结产品密度的影响
• 3.5 操作条件对烧结产品烧失率的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 烧结过程中重金属固化实验研究
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 消解
• 4.1.2 配备标液
• 4.2 实验原理
• 4.3 实验结果分析
• 第5章 污泥烧结制陶粒工艺研究
• 5.1 烧结工艺设计
• 5.2 系统的工艺设计计算
• 5.2.1 物料的计算
• 5.2.2 热能的计算
• 5.2.3 废水的计算
• 5.2.4 废气的计算
• 5.3 效益核算
• 5.3.1 建厂规模与条件
• 5.3.2 投资估算
• 5.3.3 成本估算
• 5.3.4 经济效益分析
• 5.4 工艺创新点
• 5.5 应用前景
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文