一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法与流程

本发明涉及一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法。
背景技术：
：我国的城市污水处理工艺主要采用活性污泥法，在污水处理工艺的过程和流程末端均会产生大量的污泥废弃物，污泥来源于处理工艺的不同环节，主要为格栅和滤网截留的栅渣、沉砂池中密度较大且较为稳定的无机固体颗粒、初次沉淀池中的污泥和浮渣、曝气池中的悬浮活性污泥、二次沉淀池中剩余活性污泥和浮渣以及化学沉淀池混凝沉淀工艺中形成的化学污泥。初沉污泥和剩余污泥含水率在99％以上，一般合并后进入污泥浓缩池，含水率降低为97％～98％左右。随后经过絮凝剂调理和机械脱水处理得到含水率80％左右的脱水污泥并进一步处理处置。根据我国《2016城乡建设统计公报》和《2016年城市建设统计年鉴》统计显示，2016年我国城市污水处理厂2039座，较2015年新增95座，城市污水处理厂的日处理能力达到了1.491×108m3，我国城市污水处理率达到93.44％，其中污水处理厂的集中处理率为89.80％。城市污水处理厂污泥的产生量受多种因素的影响，如污水水质、处理量、处理工艺、技术水平等。统计数据显示，2016年我国脱水污泥的年产生量超过3000多万吨，随着污水处理行业的发展和污水处理规模增加，以及污水处理技术和要求的逐渐提高，污水污泥的产生量将会继续增加。产生的污泥如果不进行妥善的处理处置，不仅对污水处理厂的正常运行造成影响，大量的污泥占用土地堆放，并且由于脱水污泥仍然具有很高的含水率和危害性物质，不及时进行处理会对环境卫生造成严重的污染，还会进一步危及动植物和人类的健康，因此需要及时对脱水污泥进行合理有效的处理处置。城市污水处理厂的污水污泥是成分复杂的聚集体，具有较高的含水率(脱水污泥含水率约80％)，其固体组成中含有较多的有机物成分(我国平均40％～50％，发达国家通常60～70％，主要含有的有机质成分如蛋白质、多糖、脂类、腐殖酸、核酸等)，无机物成分(占固体组成的15％～25％，主要为多种微量元素和重金属元素等)。在胞外聚合物组成的网状结构中吸附着无机和有机颗粒、细胞、菌胶团和丝状菌等物质，胞外聚合物可以占有污泥中有机成分的50～90％左右，存在于絮体的表面和内部，是污泥絮体的重要有机成分。污泥含水率高，以有机物为主，其成分和性质根据污水的来源和污水处理工艺的不同会有所变化，将污泥分为初沉污泥、剩余活性污泥和消化污泥，污泥的理化性质根据不同的处理工艺等会产生相应的变化。污泥由于含水率高，含有多种微生物群体，容易变质腐败并散发恶臭，并且污泥中含有重金属和有毒有害污染物，未进行及时有效处理的污泥会对环境健康造成不利影响，主要体现为以下几个方面。(1)污泥对水资源环境的影响：污水来源中含有大量的废弃物质，在污水处理过程中这些物质中的有害物质成分会转移到污泥中，城市污水处理厂还会合并有一部分工业废水进入，导致污泥成分复杂，包含pcbs、pahs等多种污染物和重金属以及致病微生物，直接接触水体会对人类和动物产生危害，在污泥农田利用时会导致地表水和地下水的污染。在污泥堆肥、污泥填埋等污泥处理过程中，如果处理处置不当会产生有毒的渗滤液污染地表并向地下径流渗透，有可能导致严重的水体资源环境污染。(2)污泥对土壤环境的影响：污泥中含有较为丰富的氮、磷、钾和有机质等植物所需的营养成分，这些微量元素和营养物质可以作为土壤改良剂和肥料施用于土壤中，从而改善土壤的理化性质。但污泥中还含有多种有害物质，如盐类、酚类、氰化物、硫化物和一些对植物和人体毒害较大的镉、铜、锌、汞、铬等重金属元素，如果施用量超出了土壤本身的自我修复能力，就会污染施用地及周边土壤，其潜在毒性易在植物和生物及人类中积累，对作物的生长和人体健康造成潜在危害。(3)污泥对大气环境的影响：污泥自身具有一定的气味，来自于其中的硫化物、胺类和氨，对厂区工作人员及周围居民的生活带来不便，并且污泥在堆放过程中由于微生物的作用容易腐化发臭，对空气质量造成较为恶劣的影响。因此，需要对污泥进行及时有效的处理和资源化处置，避免因随意弃置和处理处置过程中无害化不彻底等问题而对环境安全造成二次污染和对人类健康造成进一步的危害。由于污泥中含有大量的有机质，并且干化后的污泥由于降低了其含水率而具有较高的热值，因此可以作为一种生物质能源进行处理，在处理处置过程中资源回收和能源化利用。污泥在处理处置过程中，可以同时作为原料进行资源回收和能源化利用。根据我国《固体废弃物污染环境防治法》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》等法规与标准，污泥处理处置应当依据固体废弃物处理处置的基本要求，以减量化、稳定化、无害化和资源化为原则，对于城市污水处理厂产生的污泥首先根据不同工艺和装置的要求进行减量方法减少污泥质量和体积，便于后续处理并降低处理处置费用。固体废物的处理是指通过不同的物理化学或者生物化学技术将固体废物转化为便于运输、贮存、利用以及最终处置的另一种形体结构，处理主要分为五类，分别为物理处理、化学处理、生物处理、热处理、固化和稳定化。固体废弃物的处置是指对已经不存在回收价值或者确认为不能再利用的固体废物，采取长期置于与生物圈隔离地带的技术措施，是解决固体废物最终归宿的手段，主要分为永久性隔离处置和最终处置。由于污泥性质不稳定，需要通过好氧、厌氧消化或添加化学药剂等方法对其中有机物质进行降解，杀灭污泥中的病原体、细菌和寄生虫卵，使污泥转化为较为稳定的状态，保证处理处置过程的安全性。污泥本身具有一定的热值，可以作为燃料原料进行能源利用，其中含有的有机成分和氮、磷、钾等物质可以进行回收利用，污泥原料处理后的产物也可进行有效开发利用。污泥的处理处置包括污泥处理和污泥处置两个方面，污泥的处理主要为污泥稳定化、减量化和无害化处理；污泥处置即对污泥进行消纳和资源化利用的过程。目前国内外采用的污泥处理处置方法主要包括污泥的填埋、土地利用、堆肥和热化学处理技术(包括焚烧、材料化利用、直接液化、热解、气化等)。专利文献cn106187092b提出了一种将污泥和淤泥用于制备海绵砖的方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃搅拌均匀；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中以质量分数计，脱水污泥占30～70％、淤泥10～50％、水泥3～10％、水玻璃1～5％。本发明方法以城市污水厂脱水污泥和淤泥为主要原料、烧制出一种透水性好，满足作为人行道路基强度要求，且具有保水、减热作用的海绵砖。然而，虽然上述方案利用了焙烧过程中有机质灼烧生成自然的多孔隙通道，进而达到海绵砖孔隙通道形成的目的。但是有机质灼烧生成自然的多孔隙通道将会导致海绵砖的强度无法达到高标准的要求，将影响海绵砖的使用效果和使用寿命。因此，需要在保证透水系数较好的基础上进一步提高海绵砖的强度，进而改善海绵砖的使用效果和使用寿命。技术实现要素：为了解决现有技术中有机质灼烧生成自然的多孔隙通道将会导致海绵砖的强度无法达到高标准的要求，进而影响海绵砖的使用效果和使用寿命的技术问题，本发明提出了如下技术方案：一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为70～80％；所述淤泥的含水率为50～60％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：优选地，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。优选地，步骤s1中采用两次搅拌法，脱水污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为300～500r/min，搅拌时间为5～10min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为10～15min。优选地，步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为95～105℃，干燥时间为8～12h。优选地，步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7～8h。优选地，所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。本发明的技术方案具有如下由益效果：(1)添加一定量的外加剂能够成功实现在保证透水系数较好的基础上进一步提高海绵砖的强度，进而解决现有技术中有机质灼烧生成自然的多孔隙通道将会导致海绵砖的强度无法达到高标准的要求，进而影响海绵砖的使用效果和使用寿命的技术问题。(2)当外加剂由酚醛树脂和化合物n共同构成时，可以充分提高海绵砖的强度，由于任意单一的外加剂。更为重要的是，当外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1时，强度提高值达到最大，即酚醛树脂和化合物n的协同效果最好，优于其它质量比。外加剂的添加主要有如下两方面作用：一方面，外加剂的添加可以增强海绵砖骨架部分的连接性能，使连接更为坚固，从而不容易发生样品的破裂并且更好成型；另一方面，外加剂可以在制备过程中将非必要的水分释放出来，并利用外加剂中吸附在骨架表面的活性点使颗粒更为分散，进而提高海绵砖的强度等物理性能。(3)本发明使用污泥和淤泥通过添加在高温下能够保证强度的水泥、水玻璃作为胶结材料，烧制成适用于海面城市建设的新型铺地砖，即海绵砖；保证海绵砖既具有很大的孔隙率又保证很高的强度。污泥中含有大量的有机质，在焙烧过程中，有机质灼烧，生成自然的多孔隙通道，有利于海绵砖孔隙通道的形成；制得的海绵砖渗透系数为10-2cm/s数量级，达到作为透水砖gb/t25993-2010《透水路面砖和透水路面板》b级透水等级要求。附图说明图1为本发明实施例2制备得到的海绵砖的电子显微镜照片。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和对比例，对本发明进行进一步详细说明。实施例1一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为70％；所述淤泥的含水率为50％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为300r/min，搅拌时间为5min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为10min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为95℃，干燥时间为8h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。实施例2一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。实施例3一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为80％；所述淤泥的含水率为60％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为500r/min，搅拌时间为10min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为15min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为105℃，干燥时间为12h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为8h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。对比例1一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂仅由酚醛树脂构成。其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。对比例2一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂仅由化合物n构成，所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。对比例3一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为2:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。对比例4一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为3:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。对比例5一种城市污泥淤泥的环保回收利用方法，包括如下步骤：s1、将脱水污泥、淤泥、水泥、水玻璃、外加剂搅拌均匀；所述脱水污泥的湿基含水率为75％；所述淤泥的含水率为55％；s2、将搅拌均匀的混合料送入制砖机，压制成砖坯；s3、将生坯在室温下养护并干燥；s4、干燥后的生坯放入窑内进行烧结，制得海绵砖。其中，步骤s1中，以质量分数计，脱水污泥占40％、淤泥40％、水泥10％、水玻璃5％，外加剂5％，各组分的总质量分数为100％。其中，所述外加剂由酚醛树脂和化合物n构成，其中，所述外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为5:1；所述化合物n的分子式为c11n-1h7n(so3na)n，其中n＝9～11；所述化合物n的结构式为：其中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号为opc32.5。步骤s1中采用两次搅拌法，污泥、淤泥、水泥三种混合材料的搅拌速度为400r/min，搅拌时间为7min；加入水玻璃、外加剂后的搅拌速度不变，搅拌时间为12min。步骤s3中生坯在室温下的养护时间为3天，干燥温度为100℃，干燥时间为10h。步骤s4中烧结温度为1050℃，烧结时间为7.5h。所述淤泥中粒径小于5μm的粘粒含量大于30％。下表详细记载了实施例2和对比例1-5中外加剂的组分构成，根据规范《透水路面砖和透水路面板》(gb/t25993-2010)，实施例2及对比例1-5得到的海绵砖的物理力学性如下表所示：编号外加剂透水系数抗折强度实施例2酚醛树脂：化合物n＝4:10.57mm/s5.3mpa对比例1酚醛树脂0.55mm/s3.7mpa对比例2化合物n0.56mm/s3.9mpa对比例3酚醛树脂：化合物n＝2:10.56mm/s4.3mpa对比例4酚醛树脂：化合物n＝3:10.57mm/s4.7mpa对比例5酚醛树脂：化合物n＝5:10.57mm/s4.9mpacn106187092b——0.12～0.62mm/s3.2～3.4mpa上述结果表明，(1)从实施例2以及cn106187092b的效果数据来看，添加一定量的外加剂能够成功实现在保证透水系数较好的基础上进一步提高海绵砖的强度，进而解决现有技术中有机质灼烧生成自然的多孔隙通道将会导致海绵砖的强度无法达到高标准的要求，进而影响海绵砖的使用效果和使用寿命的技术问题；(2)从实施例2以及对比例1-4的效果数据来看，当外加剂由酚醛树脂和化合物n共同构成时，可以充分提高海绵砖的强度，由于任意单一的外加剂(如对比例1、对比例2)。更为重要的是，当外加剂中酚醛树脂和化合物n的质量比为4:1时，强度提高值达到最大，即酚醛树脂和化合物n的协同效果最好，优于其它质量比(如对比例3-5)。外加剂的添加一方面可以增强海绵砖骨架部分的连接性能，使连接更为坚固，从而不容易发生样品的破裂并且更好成型。另一方面，外加剂可以在制备过程中将非必要的水分释放出来，并利用外加剂中吸附在骨架表面的活性点使颗粒更为分散，进而提高海绵砖的强度等物理性能。当前第1页12