城市污水厂脱水污泥生物干化技术研究

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1、城市污水厂脱水污泥生物干化技术研究Studyofdewateredsewagesludgebio—drying博士后姓名赵玲流动站(一级学科)名称同济大学环境科学与工程专业(二级学科)名称环境工程研究工作起始时间2008年11月20日研究工作期满时间2010年12月20日同济大学(上海)2011年2月同济大学博士后出站报告内容摘要近年来随着城市污水厂规模不断扩大，产生的大量污泥已成为一个世界性难题。污泥经脱水处理后其含水率仍高达80％左右。填埋、农用、焚烧是当前国际上应用广泛的污泥处置方法，但无论采用哪二种最终处

2、置方法，减量化及稳定化预处理都是必要的步骤。生物干化是基于堆肥化方法发展而来的一种新型减量化工艺。其原理是利用废弃物本身所含的有机物好氧生物降解产生的热量为驱动力，配合通风与翻堆形成的传质条件，使水分以蒸汽的形式进入气相，使废弃物中的水分汽化并溢散，实现含水率的下降和有机物的初步稳定。本论文优化了脱水污泥生物干化工艺关键操作参数，并研究了其水分去除与生物质能利用的关系。对污泥及添加剂各自的好氧降解特征及其有机质降解贡献生物能进行了分析。同时，还初步探讨了污泥好氧生物降解过程中挥发性致臭物质的释放。最后，对太阳能辅

3、助生物干化工艺效果进行了研究。研究获得了如下的创新成果：污水厂脱水污泥与添加剂混合物经过15一l8d左右的生物干化后，含水率可从初始阶段的70％左右降低至50—60％，减重率和减容率分别达到23-55％和27-35％。有机质(VS)降解率达到19—38％。所得产物的低位热值(LHV)不小于5000kJ·kg～。产物基本稳定，没有气味散发，污泥粘性消失，有利于储存、运输和进一步处理。实验测得污泥和物料混合物有机质降解产热率为21．0MJ·kg～BVS。因此，在较优工况下物料产热率约为6200kJ·k91干固体。其中

4、用于水分蒸发潜热的热量占总产热量的60．6_72．6％。物料升温显热与气流升温显热分别占总热量的15．6_34．4％和4．6乳11．4％。如果将1．kg污泥的含水率从80％降至40％，约需要1667kJ能量用于蒸发0．667kg水，根据本研究结果，生物能贡献占需要能源的52．6％。实验研究了两种通风速率(相同通风时间条件下等同于通风量)与两种翻堆频率的交互影响规律。从结果来看，通风量提高一倍，堆体升温累积(TC)量降低13．7-17．0％，水分去除率提高2．86—11．5％，VS降解率提高3．09—9．36％。相

5、同的，翻堆频率提高一倍，堆体升温累积(TC)降低14．5-21．O％，水分去除率提高4．92一15．3％，VS降解率提高7．3卜14．8％。从能量平衡计算结果来看，通风量增加一倍，水分蒸发消耗热量的效率仅提高4．46-5．07％。翻堆频率增加一倍，则水分蒸发消耗热量的效率降低14．o_14．7％。这是由于翻堆比通风更能损失大量能量。因此可以推论，翻堆的功能能够从一定程度上通过提高通风速率实现，由此可减少翻堆操作的能量消耗。而同时提高通风量及增加翻堆频率并无益处。‘以稻草、木屑和两者的混合物作为添加剂时，在相同工艺

6、操作条件下，稻草作为添加剂显示出了显著的温度优势，而木屑则使堆体温度最低。三种工况下所对应的水分去除率分别为l司济人学博lj后⋯站撤告内谷捅蛰————————————————————————————————————————————一_——————————————————一48．8％、62．3％和49'3％。物料的VS降解率分别为24．5％、31．o％N19．4％。其它指标如总有机碳(TOC)、总凯氏氮(TKN)和化学需氧量(COD)，均在稻草单独作为添加剂时获得了最高的降解速率和总降解率。这是因为反应后期稻草中的

7、纤维素降解程度较大，堆体温度再次升高，高温促使有机质降解，反过来，更多的有机质降解产生了更多的热量以维持堆体温度。实验对比了稻草粒径对生物干化效果的影响。小粒径(2—5mm)对有机质降解更为有利(17．6％)，但却不利于水分去除(28．4％)。大粒径稻草(20--30mm)使得工艺运行效果较差，有机质降解率低(9．75％)，水分去除率稍低(25．9％)。但与小粒径相比，其单位有机质消耗去除的水分则较高。混合粒径添加剂获得了最优的水分去除效果(31．0％)和最少的降解率(12．2％)。小粒径、大粒径和混合粒径堆体总

8、减重率分别达到23．0％、20．1％矛1123．3％，总减容率分别为27．0％、19．0％和25．4％。小粒径与混合粒径作为添加剂的堆体，显示出了远高于大粒径添加剂堆体的氧气消耗速率。温度反馈控制系统通风，旨在改善气流时间分布，使通风量向高温阶段集中。实验研究了不同堆体设定温度对生物干化效果的影响。结果表明，生物干化过程约持续8天，中温和高温控制系统分别产生了36．8h和