城市污水厂污泥烧结制陶粒的可行性研究

城市污水厂污泥烧结制陶粒的可行性研究

王兴润,　金宜英,　杜　欣,　聂永丰

(清华大学环境科学与工程系,北京100084)

摘　要:　通过试验考察了利用城市污水厂污泥采用“湿法造粒—烧结”和“干化—烧结”两种工艺,烧结制陶粒的可行性,并分析了工艺路线和原料配比对产品强度、吸水率和密度等性能指标的影响。试验结果表明:“湿法造粒—烧结”工艺的产品达不到陶粒产品的强度和吸水率要求,而“干化—烧结”工艺能够得到合格的产品,且不会造成二次污染。综合考虑产品性能与经济性,确定“干化—烧结”工艺适宜的物料配比为:干污泥占50%、添加剂A占30%～40%、添加剂B占10%～20%。

关键词:　城市污水厂污泥;　陶粒;　湿法;　干化;　烧结

中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1000-4602(2007)07-0011-05

Fea si b ility Research on S i n ter i n g M un i c i pa l Sewage Sludge for

M anufactur i n g Hayd ite

WANG Xing2run,　J I N Yi2ying,　DU Xin,　N I E Yong2feng

(D epart m ent of Environm ental Science and Eng ineering,Tsinghua U niversity,B eijing100084,

Ch ina)

Abstract:　The feasibility of using t w o technol ogies“wet p r ocessing sintering”and“drying-sinte2 ring”t o sinter munici pal se wage sludge for manufacturing haydite was investigated experi m entally.The effect of the t w o different technol ogies and ra w material p r oporti on on the comp ressive strength,hygr o2 scop ic rate and density of the p r oducts was analyzed.The results show that the“wet p r ocessing sintering”technol ogy can not meet the require ment f or the comp ressive strength and hygr oscop ic rate of the haydite p r oduct,while the“drying-sintering”technol ogy can meet the require ment and can not cause secondary polluti on.Considering the p r oduct perf or mance and econom ic efficiency,the p r oper ra w material p r opor2 ti on f or the“drying-sintering”technol ogy is50%of dry sludge,30%-40%of additive A,and10% -20%of additive B.

Key words:　munici pal se wage sludge;　haydite;　wet p r ocess;　drying;　sintering

污泥陶粒最早由Nakouzi S.等人提出[1],是以污泥为主要原料,掺加适量辅料后经成球、焙烧而成。污泥陶粒技术在国内外的研究刚起步,目前的应用主要集中在将污泥作为一种陶粒烧制中的有机物添加剂,使用量少,只有10%左右,达不到大规模处置污泥的目的,其工艺条件和原料配比亟需优化。为此,笔者考察了利用城市污水厂污泥烧结制陶粒的两种工艺路线,并通过比较其产品性能指标,探寻适合我国国情的工艺路线,以便为污泥陶粒技术的工业化应用提供技术支持。

1　试验部分

111　样品和装置

试验用污泥样品为北京某污水处理厂的机械脱水污泥,其性质如表1所示。

第23卷　第7期2007年4月

中国给水排水

CH I N A WATER&WASTE WATER

Vol.23No.7

Ap r.2007

表1　污泥样品的基本特性

Tab .1　Essential characteristics of sludge sa mp le

项目含水率/%

有机质(干基)

含量/%

密度/(g ・c m -3)重金属含量/(mg ・kg -1)

Cu Zn Pb Cd Cr N i

Hg A s 数值

80.6

68

1.07

278.2

621.0

166.6

2.1

103.8

54.6

1.7

7.6

干污泥的Si O 2含量低、烧失量大,且不具有烧胀性能,需添加一定量的辅料[2]

。试验中选用了3

种常用、便宜的辅助原料(A 、

B 和

C ),其化学组成见表2。

表2　原料的化学组成

Tab .2　Ele mental compositi on of experi m ental materials

%

项目P 2O 5Si O 2CaO Mg O Fe 2O 3A l 2O 3K 2O 、

Na 2O 泥样

32.9824.3710.6810.69

6.09

7.955.67A 49.553.480.984.8737.41.22B 54.336.652.126.7919.

725.37

C

46.13

8.04

5.85

14.89

15

.2

8.85

污泥烧结试验装置主要由温控仪、管式烧结炉、

气体冷却洗涤装置、流量计和真空泵等几部分构成(见图1)。

图1　烧结试验装置

Fig .1　Sche matic diagra m of sintering experi m ental device

112　试验方法

11211　“湿法造粒—烧结”试验

“湿法造粒—烧结”(以下简称“湿法”

)工艺的技术路线见图2。 造粒采用手动螺旋造粒机挤压成型得到直径为2c m 的圆条,再切割成高为1.5c m 左右的圆柱形坯料。烧结工艺:100℃干燥30m in →350℃预热30m in →1150℃焙烧15m in →空气中自然冷却。试验中固定污泥添加比为50%,这样既能显著提高污泥的处理量,又可使坯料的化学成分尽可能符合R iley 相图的要求。采用如下的原料配比进行批次

试验:脱水污泥为50%,其余50%参照由A 、B 和C

为顶点的等边三角形(如图3)来确定不同批次试验中的配比,鉴于辅料C 的价格较贵,只考虑C 含量≤10%的情况,共11批次。

图2　“湿法造粒—烧结”工艺的技术路线

Fig .2　Sche matic diagra m of “wet p r ocessing sintering ”

method

图3　批次试验的物料配比

Fig .3　Sche matic diagra m of material rati o in batch ex peri m ent

11212　“干化—烧结”试验

“干化—烧结”(以下简称“干法”

)工艺的技术路线见图4。

图4　“干化—烧结”工艺的技术路线

Fig .4　Sche matic diagram of “drying -sintering ”method

第23卷　第7期 中国给水排水 www .watergasheat .com