印染行业废水污泥制砖工艺参数实验研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 4.61MB 71 页 15积分

中文摘要

ABSTRACT

第1章绪论 .................................................................................................................1

1.1 课题来源 ....................................................................................................................1

1.2 研究背景 ....................................................................................................................1

1.2.1 工业污泥脱水技术现状与进展 ........................................................................2

1.2.2 工业污泥处置方式现状与进展 ........................................................................6

1.2.3 污泥制砖技术现状 .......................................................................................... 11

1.3 研究意义与内容 ......................................................................................................13

1.4 本文的技术路线 ......................................................................................................14

第2章上海市水环境重点监管企业污泥现状分析 ...................................................15

2.1 调研方法及流程 ......................................................................................................15

2.2 污泥现状分析 ..........................................................................................................16

2.2.1 企业污泥脱水技术现状分析 ..........................................................................16

2.2.2 企业污泥处置方式现状分析 ..........................................................................18

2.2.3 存在问题与结论 ..............................................................................................24

第3章印染行业废水污泥特性实验分析 ...................................................................27

3.1 污泥采样及预处理 ..................................................................................................27

3.2 污泥样品主要特性测定 ..........................................................................................28

3.2.1 污泥无机成分分析 ..........................................................................................28

3.2.2 污泥重金属测定 ..............................................................................................28

3.2.3 污泥粒径分布测定 ..........................................................................................29

3.2.4 污泥可塑性实验 ..............................................................................................30

3.3 结果讨论 ..................................................................................................................30

第4章印染行业废水干化污泥制砖研究 ...................................................................31

4.1 实验主要仪器及原料 ..............................................................................................31

4.2 污泥制砖工艺流程及其方案 ..................................................................................31

4.2.1 实验的工艺流程 ..............................................................................................31

4.2.2 实验方案 ..........................................................................................................32

4.3 正交实验分析 ..........................................................................................................34

4.3.1 实验结果分析 ..................................................................................................34

4.3.2 结论 ..................................................................................................................36

4.4 单因素实验分析 ......................................................................................................36

4.4.1 污泥添加量对制砖性能影响分析 ..................................................................37

4.4.2 烧成温度对污泥砖性能影响分析 ..................................................................39

4.4.3 不同保温时间对污泥砖性能的影响分析 .......................................................41

4.5 本章结论 ..................................................................................................................43

第5章印染行业废水污泥焚烧灰制砖研究 ...............................................................44

5.1 实验工艺流程及其方案 ..........................................................................................44

5.2 结果与分析 ..............................................................................................................45

5.3 本章结论 ..................................................................................................................46

第6章印染行业废水污泥制砖综合评价 ...................................................................47

6.1 清洁生产和污泥的源减量 ......................................................................................47

6.2 循环经济与资源化 ..................................................................................................48

6.3 效益分析 ..................................................................................................................49

6.3.1 环境效益分析 ..................................................................................................49

6.3.2 经济效益分析 ..................................................................................................49

6.3.3 社会效益分析 ..................................................................................................50

第7章结论及展望 .......................................................................................................52

7.1 结论 ..........................................................................................................................52

7.2 建议与展望 ..............................................................................................................53

参考文献 ...........................................................................................................................54

附录 .................................................................................................................................59

附1污泥中重金属含量的测定方法 ............................................................................59

附2污泥中无机成分测定方法 ....................................................................................60

附3烧结普通砖 GB5101- 2003 ................................................................................... 62

附4粉煤灰砖建材行业国家标准 JC 239-91 .............................................................. 66

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................. 70

致谢 ...............................................................................................................................71

第1章绪论

第页共 71 页

第1章绪论

1.1 课题来源

根据规划，2010 年上海城市污水处理率达到 80%以上，而随着经济和社会的不

断发展，城市生活污水与工业废水产量也将大幅度增加，随之而来的污泥处置问题必

然成为关注的焦点和亟待解决的关键环节。鉴于此种情况，上海市环保局在 2004 年

立项科研项目（沪环科 2004-10）——上海工业废水污泥现状调研及对策研究，专门

对上海市环保局重点监控的 103 家企业进行污泥现状调研，并对此提出了政策性建议，

本论文的课题组受市环境保护局的委托，展开了有关工业企业（包括工业经济园区）

废水污泥情况的调查统计，为上海新一轮“环保三年行动计划（2006—2008）”提供

技术支撑，提出解决上海工业污泥面临的出路问题。

通过前期的调研，在 70 家企业中，印染行业占到 31%，是所有参与调研的企业

中数量最多的。长江三角洲一直以来是我国纺织印染业比较发达的地方，上海也存在

一定数量的印染企业，每天产生大量的印染废水，这些废水通常色度较高、成分复杂、

有机和无机污染物含量高，pH 高达 12 左右[1-3]。

在调查的纺织印染企业当中，大部分都采用常规工艺对其进行处理，而随之产生

的大量污泥由于缺乏科学有效的处理方法，大部分都经简单脱水后用做制砖材料。由

于整个过程缺乏统一的规范指导，随机性较大，多数凭借制砖工人经验烧结而成的砖

无法达到国家的有关标准。因此，本论文旨在通过对印染污泥成分分析及制砖工艺参

数的研究，为印染污泥烧结普通砖的标准化提供较为详尽的参数，并且对焚烧灰制砖

进行有益的实验研究，为后续的污泥焚烧灰的最终处置找寻资源化方法。

1.2 研究背景

随着我国工业化程度的提高及污水处理设施的普及，以及处理率的提高和处理程

度的深化，污泥产生量将有大幅度的增长。2001 年上海每天平均废水量 534 万t；其

中生活污水约 348 万t，处理率为 53.3%；工业废水 186 万t，处理率 95.4%；每天可

产生 5万多 t含水率为 99%左右的污泥[4]。2005 年，上海全市日处理污水能力达到 580

万t，污水处理率达到 70%，因此导致工业污泥处理处置及环境风险等问题[5]。

众所周知，工业污泥若未得到妥善的科学处置，不仅会占用大面积的土地，而且

其中有害成分，如重金属、病原物、有机污染物等，还会在环境中迁移或扩散，危及

印染行业废水污泥制砖工艺参数实验研究

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人类和其它生物的安全。因此，如何合理地处置工业污泥，已成为专家学者及政府各

相关部门急需亟待解决的问题[6]。

1.2.1 工业污泥脱水技术现状与进展

相对于城市污水厂产生的污泥而言，工业废水处理过程中产生的污泥通常具有如

下几个特点：

1）成分复杂

工业废水的特点是成分复杂，COD、色度、盐分和有毒难降解物质含量高，易带

来二次污染。其污泥成分通常与产品的性质有关，例如：食品行业产生的污泥通常有

机物含量很高，营养元素如氮、磷、钾等含量也相对较高[7]；纺织印染行业产生的污

泥则含有较多难降解的染料、着色剂、浆料等物质[8]；冶金钢铁行业的污泥通常重金

属含量较高，且含有一定量的金属氧化物，如 Fe2O3、MgO、CaO 及S、C等无机元

素[9-10]。

2）毒害物质含量较高

工业废水污泥包括污水中的泥砂、纤维、凝结的絮状物、各种胶体、有机物及吸

附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等综合固体物质[11]。相对于城市污水厂污泥而言，

工业废水污泥中这些物质含量通常会更高。如冶金钢铁行业产生的污泥，其中重金属

如Hg、Pb、As 的含量是城市污水厂污泥的数百甚至上千倍[10]；焦化行业产生的污泥，

其中的剧毒物质，如酚类、多环芳香烃化合物等也是在城市污水厂污泥中找不到的。

3）来源分散

就上海而言，随着新一批工业园区建立，老工业厂地搬迁等，工业企业的分布相

对较为分散。同时，由于不同工业企业的污泥性质差异很大，即使一个工业园区内的

污泥，通常也不能做混合处置。这样就给工业废水污泥处置的监督和管理带来许多的

问题，大多数企业往往就地掩埋堆放污泥，对周围环境造成了严重的破坏。

4）产量较大

工业废水污泥仅次于城市污水厂污泥产量，是城市污泥处置的主要对象之一[12]。

由于对工业废水处理率和达标率要求较高，也在一定程度上加大了工业污泥的产量。

就某种程度而言，由于工业污泥具有成分复杂、来源分散的特点，其处置的费用及难

度甚至会超越城市污水厂污泥。

因此，工业污泥依然含有大量的有机物质和丰富的氮磷等营养物质，若不加预处

理或稳定化过程，直接排入水体中或进行最终处置将导致一系列问题：污泥中的有机

第1章绪论

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物和氨、氮将大量消耗水体中的氧，造成水体水质恶化，严重影响水生物的生存；污

泥中的营养物质会造成水体的富营养化，促使藻类恶性繁殖，造成水体的赤潮和绿潮

现象[13]。如果污泥直接进行焚烧处置，由于其含水率过高，需要大量的助燃剂助燃，

造成焚烧成本过高。而未经稳定化处理的污泥含有大量的有机物和水分，直接填埋易

引起堆体的不稳定，加重渗滤液处理设施负担，而且可能形成塌方及爆炸等事故隐患

[14-16]。因此，污泥必须在进行最终处置之前进行处理，达到减量化、稳定化、无害化、

资源化的目的[17-19]。

减量化。由于污泥含水率很高，体积较大并呈流动性。因此，需要将水从污泥中

分离并去除，进而减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用[20]。

稳定化。污泥中含有大量有机物，极易腐败和产生恶臭，需要经过处理将易腐败

的部分有机物分解转化，使之不易腐败，大大降低恶臭并方便运输和最终处置。

无害化。污泥中，尤其是初沉污泥中，含有大量病原菌、寄生虫卵及病毒，可能

造成传染病的传播，需要经过处理杀灭病原菌、寄生虫卵及病毒，提高污泥卫生指标。

资源化。污泥是一种资源，其热值通常在10000~15000kJ/kg（干泥）之间。另外

城市污水处理厂的污泥中含有大量促进植物和农作物生长的氮、磷、钾等营养成分，

是具有较高肥效的有机肥料[21]。在适当的条件和规模下应考虑综合处置，对能源及物

质加以回收利用。

国内外污泥脱水处理的技术主要有浓缩、消化、调理(预处理)、脱水、干燥等[22-23]。

1）污泥浓缩

污泥浓缩脱水的主要对象是间隙水，它占污泥含水总量的65~85%。因此，浓缩

是减少污泥体积最经济有效的方法。污泥浓缩是必不可少的。目前，污泥浓缩最常用

的方法有：重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩[24]。

（1）重力浓缩

重力浓缩是在沉淀中通过形成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的。单独的重力浓

缩是在独立的重力浓缩池中完成，工艺简单有效，但停留时间较长时可能产生臭味，

而且并非适用于所有的污泥。如果应用于生物除磷剩余污泥浓缩时，会出现磷的大量

释放，其上清液需要采用化学法进行除磷处理。重力浓缩法适用于初沉污泥、化学污

泥和生物膜污泥。

（2）离心浓缩

离心浓缩法原理是利用污泥中固、液比重不同而具有的不同离心力进行浓缩。离

心浓缩法的特点是自成系统，效果好，操作简便。但投资较高，动力费用较高，需要

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较高的维护水平，一般适用于大中型污水厂的生物和化学污泥。

（3）气浮浓缩

气浮浓缩是依靠大量微小气泡附着在污泥颗粒的周围，减小颗粒的比重而强制上

浮。因此气浮法对于比重接近于水的污泥尤其适用。气浮浓缩法操作简便，运行中同

样有一定臭味，动力费用高，对污泥沉降性能（SVI）敏感；适用于剩余污泥产量不

大的活性污泥法处理系统，尤其是生物除磷系统的剩余污泥。

2）污泥消化

厌氧消化是在无氧条件下依靠各种兼性菌和厌氧菌的共同作用，使污泥中有机物

分解的厌氧生化反应，是一个极其复杂的过程。一般可分为酸性发酵阶段和碱性发酵

阶段，酸性发酵阶段又可以分为水解阶段和产酸阶段，碱性发酵阶段可以分为酸性衰

退阶段（产乙酸阶段）和产甲烷阶段。厌氧分解过程中产生大量气体，主要成分为甲

烷和二氧化碳以及少量的硫化氢等[25-26]。

按照消化温度的不同，消化常分为三类：高温消化、中温消化和常温消化。高温

消化温度可在50~56℃之间，常采用55℃[27]。高温消化的有机物分解率和沼气产量会

略高于中温消化，但需要增加很多热量，一般认为得不偿失，实际中采用不多。常温

消化一般不需加热，不控制消化温度，因而消化温度处于波动状态，常在15~25℃之

间。常温消化要达到一定的消化效果需要很长的停留时间，池容将很大，因此实际中

也很少采用。中温消化的温度可在29~38℃，一般采用35℃，因为此种工况下污泥消化

完全的耗时最短，污泥停留时间一般采用20天左右。污泥厌氧消化不仅现在是，而且

未来仍将是应用最为广泛的污泥稳定化处理工艺。但当处理厂规模较小，污泥数量少，

综合利用价值不大，也可考虑用污泥好氧消化。有机污泥经过消化后，不仅有机物得

到进一步的降解、稳定和利用，而且污泥数量减少，污泥的生物稳定性和脱水性大为

改善。这样，有利于污泥再进一步的处置，在发达国家和城市中已广泛采用。

3）污泥干化

污泥干化包括自然干化和热处理干化。自然干化是一种较老、较简便的污泥脱水

方法。主要依靠渗透、自然蒸发与撇除等三种方式脱除水分。但随着污泥的性质与当

地气象条件不同，渗透、蒸发与撇除所脱除的水分比例也不同。污泥的自然干化有污

泥干化床和污泥塘两种类型。适用于气候比较干燥，占地不紧张以及环境卫生条件允

许的地区[28-29]。

污泥干化床是一片平坦的场地，污泥在干化床上由于水分的自然蒸发和渗透逐渐

变干，容积逐渐减小，流动性逐渐消失。污泥的含水率可降低到65%。它主要由围堤、

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