基于半焦的城市污泥调质与深度脱水机理及污泥煤浆制备方法的研究

In order to solve the key technical problem of high-moisture municipal sludge treatment and resource utilization, municipal sludge was chose as the research object to discuss the main influence factors of sludge conditioning and deep dewatering based on semi-coke, to ascertain the method of the sludge conditioning and deep dewatering, from which the intended target(moisture content of the condensed sludge≤80%, and with the quality of the upper water of sludge concentration meeting the national integrated wastewater discharge secondary standard) was achieved.The experimental methods of standing gravity dewatering as well as filtration dewatering were implemented, and analytical methods including 3D particle image velocimeter、 MLA、SEM were employed to investigate the function mechanism of semi-coke in the sludge conditioning and deep dewatering process.The combustion performance and slurry-ability of sludge-coal mixture was explored by using thermal gravimetric analysis, slurry preparation experiment and so on.The technology of preparing coal-sludge slurry from sludge and coal would be established,with the quality of coal-sludge slurry up to the National Quality Standards of coal water slurry(level 3) and the mass ratio of sludge(dry basis) to coal≥10%,result in high-efficiency energy sources utilization of municipal sludge.This project would not only innovate the thoery and methodology of sludge conditioning and dewatering,but also create a new approach to sludge utilization ,which contain important theoritical significance and practical value.

针对城市污泥水分高、不易脱水、难于处理处置及资源化利用的技术难题，拟选择城市污泥为研究对象，探讨基于半焦的污泥调质与深度脱水的关键影响因素，建立污泥脱水效果达到预定目标（浓缩污泥水分≤80%，且污泥浓缩后的上清液的质量达到国家污水综合排放二级标准）的污泥调质与深度脱水的方法。综合运用三维粒子图像测速仪、MLA、SEM等现代分析手段，采用污泥静置重力浓缩脱水及污泥抽滤脱水实验方法，研究半焦在污泥调质与深度脱水过程中的作用机制，揭示基于半焦的污泥调质与深度脱水的机理。利用热重分析、成浆实验等方法，探索污泥与煤混合的燃烧性能、成浆性能，确定污泥煤浆的制备方法，使污泥煤浆的质量达到国家水煤浆质量Ⅲ级标准，并且污泥（干基）与煤的配比≥10%，实现污泥的高效能源化利用。该项目不仅能创新污泥调质与脱水的理论与方法，还能开辟污泥资源化利用的新途径，有重要的理论意义和应用价值。

基于半焦具有孔隙结构发达、疏水性能强的特点，针对城市污泥水分高、不易脱水、难于资源化利用的共性技术难题，以长株潭城市污泥为研究对象，对基于半焦的污泥调质与深度脱水的关键影响因素及其机理进行了研究，探讨了半焦调质污泥及其与煤混合的成浆性能、燃烧性能，创新了污泥煤浆的制备方法。取得如下重要成果：（1）半焦的比表面积S、半焦的粒径、半焦的添加量及絮凝剂的种类是影响污泥调质与深度浓缩脱水的关键因素。用褐煤在700-800℃下热解2.5h得到的半焦对城市污泥进行调质与重力浓缩脱水，当半焦的粒径为75~125 μm，添加量为4.5g 半焦/100 mL污泥（含水98%），PAM的添加量为6×10-6g/100 mL污泥（含水98%）时，其浓缩污泥的含水率由原污泥的97.84%降至79.12%；浓缩污泥上清液的浊度、CODcr、SS分别由原污泥的836NTU、258.2、630.1 mg/L降至14.8 NTU、38.2 mg/L、18.6 mg/L，达到国家污水综合排放二级标准。（2）基于半焦的污泥调质与深度浓缩脱水的机理主要表现在半焦对污泥具有强的吸附作用、能显著降低污泥ζ电位、能使污泥由亲水性能向疏水性能转变，从而改善污泥的脱水性能。（3）煤种和热解条件（温度、时间）是影响半焦燃烧性能的关键因素，褐煤在700-800℃下热解2.5h得到的半焦能显著改善污泥的燃烧/气化性能。半焦调质污泥（SS）的成浆性能差，SS与煤混合物的成浆性能取决于SS的配比、煤的内在水分（Mad）。（4）创建了制备污泥煤浆的新方法：首先用3.0-3.5g半焦、6×10-6gPAM加入到100g城市污泥（含水率98%）中进行搅拌调质0.5h，然后对调质后的城市污泥进行重力浓缩脱水6-8小时得到半焦调质城市污泥(SS)，SS的含水率为83-87%，最后，将SS与煤混合并加水煤浆添加剂球磨得到污泥煤浆，污泥煤浆的质量达到国家水煤浆质量三级标准，并且SS（干基）与煤的配比≥10%。上述研究成果不仅丰富了污泥调质与深度脱水的理论与方法，对破解“污泥脱水困难”这一具有共性的关键技术难题有重要的理论意义，还开辟了半焦利用的新途径，同时实现半焦和城市污泥的高效资源化利用，对节约资源，保护环境有重要意义。