城市污泥制取轻质陶粒及其在污水处理中应用的研究.doc

城市污泥制取轻质陶粒及其在污水处理中应用的研究摘要 由于我国国民经济持续高速增长，城市污水处理厂建设步伐的加快，使得污泥的处理处置问题日益突出，如果处置不当，很容易引起二次污染目前，我们对污泥的处理、处置与资源化利用主要是以堆放、填埋、焚烧和堆肥等为主，而这些处置、利用方式都存在着一些问题，因此对城市生活污泥的研究是非常必要的本文以减量化、无害化、资源化作为整个研究工作的指导思想，对城市污水处理产生的污泥和粘土的性质、新型陶粒的制备、新型陶粒的性能和结构特征、重金属的转化和行为以及新型陶粒在水处理中的应用等方面进行了系统研究污泥作为常规污水处理的剩余产品，对它进行处置是十分必要的，利用污泥制作轻集料是一种处置污泥的有效途径粘土和水玻璃被选为添加剂，在本研究中得到了制备陶粒的两种添加剂最佳添加量和最佳的工艺条件，原料最初成分、孔隙形成机制和固体阶段反应机理确定最佳产品的参数如下：粘土：干污泥为100%，粘结剂：干污泥为20%，烧成温度为1000℃，保温时间为10min；对自制污泥陶粒的性能进行了系统测定和分析，重点研究了污泥陶粒的技术性能、形貌特征、重金属的浸出率，分析表明自制的污泥陶粒可作为生物膜载体应用于污水处理中，所含的重金属经过高温烧结，已经固化在底泥陶粒中，活动能力已经大大降低，不会对环境产生二次污染，且其对有机物和氨氮有较强的吸附性能。

对自制污泥陶粒的效益分析表明，利用污水污泥制备陶粒，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，开辟了一条污泥处理、处置和资源化利用的新途径关键词：　污泥；资源化；粘土；陶粒；重金属 Abstract With the fast growth of national economy and the mushroom of municipal wastewater treating plants, the problem of sludge treatment becomes a hot topic, If not properly treated, the sludge might result in secondary pollution. At present, the disposal and recycle of sludge mainly centers around piling, landfill，incineration and composition, however, the drawbacks of these methods are obvious. Therefore it is necessary to conduct research in the treatment of municipal sludge by employing new approaches.Based on the polestar of decrement, innocency and recycling, the dissertation’s contents are showed as follows: characteristics of dried sludge and clay, technique and mechanism of producing filter media, characters and structure of the production, transactions and characters of heavy metal during the sintering process and in the products, application study in wastewater treatment.As byproducts derived from the regular activities of wastewater treatment plants, it is necessary to implement an adequate disposal of sludge. Therefore production of lightweight aggregate using dried sludge is a new effective approach for disposal of sludge. Clay and water glass are chosen as the additives, the prepared filter media have been made from dried sludge with these two kinds of additives. In this study the optimal ratio of the two additives and the most appropriate production condition has been obtained. Function of primary chemical contents in the sintering process，porosity formation mechanism and solid phase reaction have been also analyzed. The optimized production’s parameters are as follows: the ratio of clay / dried sludge (wt%) is 100%, the ratio of adherent /clay(wt%) is 20%, sintering temperature is 1000℃, sintering time is 10min. The performances of ceramisite is tested and analyzed，which include in technical performance，morphology characteristics，extraction rate of heavy metals and adsorptive capacity . The results indicate that it can meet the requirements of biofilms carrier and can be applied widely to wastewater treatment. By high temperature sintering,Heavy metals have already solidified in ceramisite,so it does not result in secondary pollution ,moreover，it has also very good adsorptive capacity to organic matter and ammonia-nitrogen. Analysis of the production of ceramisite using wastewater sludge show that it can bring remarkable economic benefits，environmental benefits and social benefits. Therefore，the production of ceramisite using wastewater sludge is a new effective approach for disposal of river sediment.Keywords： recycling; sludge; clay; ceramisite;heavy metalI第1章 绪论1.1污泥资源化的意义1.1.1国内外污泥概况 水资源匮乏已是当前人类面对的最大的危机,而且水污染情况日益严重, 我国是全球最大的发展中国家，人口众多，由此带来的水环境污染问题日趋严重，水污染防治因此受到人们的广泛关注。

目前国家政策大力支持建设城市污水处理设施，以保护水环境防止水污染，促进国民经济和环境保护可持续发展随着城市污水处理量的加大及对水处理程度的深化，污泥作为污水处理的二次污染物，其产量也明显增加，如处理不当或不及时，会带来严重的二次污染污泥的最终去向问题日益引起人们的关注:一方面，污泥中含有多种重金属、病原体、难降解有毒有机物，处理不当会危及人们的身体健康；另一方面，污泥富含有机物和N、P、K等营养元素，人们希望实现污泥的资源化利用因而污泥的处理和处置已成为一项重要的环保课题污泥是城市污水处理不可避免的副产物，其指主要由各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物据不完全统计，以活性污泥法为主的污水处理工艺，其污泥量是污水处理量的0.3％～0.5％（以含水率97％计），数量十分惊人[1]如果属于深度处理，污泥量会增加0.5～1倍污水处理效率的提高，必然导致污泥数量的增加自从1875年英国伦敦建立世界上第一个污水处理厂以来，污泥处理问题变成为市政管理的重要问题之一随着城市人口的增加、市政服务设施的不断改善、污水处理技术的不断提高，欧、美等发达国家的污泥产量每年大约以5％～10％的速度增长影响污泥产量的因素来自多方面，以欧洲为例，污泥产量增长趋势明显，一方面是因为污水管网的服务人口不断增加，另一方面是因为水质排放标准越来越严格[2]。

据美国环保署估计，1998年美国产生污泥690万吨1986～1996年期间，美国只经过一级处理的污水流量减少了4％，而经过二级或更高级处理的污水流量增加了2％，按这种趋势发展，根据市政所提供污水服务人口的增长和污水二级处理以及污泥产量的轻微改变进行预测，到2005年美国干污泥产量达到760万吨，2010年将达到820万吨这就是说，从1998年到2010年，污泥产量将增加19％[3]1990年欧洲干污泥产量为1107万吨，到1999年干污泥产量达1746万吨由于城市污水处理要求的日益严格，欧洲城市污泥产量预计将增加50％[4]到2005年，欧洲15个成员国干污泥产量预计可能由1992年的660万吨上升到至少940万吨 在我国，随着社会经济和城市化的发展，城市污水数量也在不断的增长从国家建设部有关资料得知，截止2005年，全国城市（建制市，不含县、镇）年污水排放量已达359.9亿m3，而城市污水处理量为187.1亿m3，仅为排污量的50％多一些全国建制市城市污水处理厂数量是792座，处理污水能力为5725万m3/d随着国内污水处理事业的发展，污水处理水量和处理程度的提高，产生的污泥量也日益增加。

1.1.2污泥对环境的影响 污泥中除含有很多植物生长所需的有机营养物如腐殖质等外，同时还有许多植物生长所必需得微量元素，这些元素可以缓慢释放，具有高效性因此，污泥是很好的土壤改良剂和肥料尽管污泥中含有大量养分，但也含有大量病原体细菌、病毒，铜、锌、铬、汞等重金属、盐类以及多氯联苯、放射性核素等难降解的有毒有害物质，这些物质若不经妥善处置易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类身体健康.污水中的病原体经过处理流程后进入污泥一般认为污泥中病原体对人和动物的污染途径大致有4条：（a）与污泥直接接触；（b）通过食物链与污泥接触；（c）水源被病原体污染；（d）病原体首先污染了土壤，然后污染水体在污水处理工程中，70％～90％的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥中，因此污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层，由于重金属一般溶解度很小，性质较稳定、难去除，所以其潜在毒性易于在作物和动物以及人类中积累污泥含盐量较高，会明显提。