污泥減量化、無害化、穩定化、低碳化處理及其

資源化利用技術研究1立項的背景與意義1、污泥處理成為世界性課題，急需新技術的出現城鎮自來水廠、污水處理廠及其管網系統，在對污水進行處理時，會產生大量沉渣，這種沉渣稱為污泥。污泥含有有機物、無機化合物、微生物、細菌、重金屬等各種有害物質，具有一定的流動性。污泥不僅含水量高，易腐爛，有強烈臭味，并且含有大量病原菌寄生蟲卵以及鉻、汞等重金屬和多氯聯苯、二惡英等難以降解的有毒有害以及致癌物。如果未經嚴格處理隨意排放或進行填埋，經過雨水的侵蝕和滲漏作用，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類的身體健康。污泥的大量產生，既超出了環境的自然消納能力，嚴重威脅生態環境和人身健康，又造成有機廢棄資源的極大浪費。隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水處理產生的污泥量也有大幅度增長；而相對污水處理，目前污泥處理處置的保障率低，大部分污水處理廠的污泥沒有得到真正有效的處置，隨意拋棄、傾倒的現象還普遍存在，由此引起的二次污染問題已不容忽視，在一定程度上甚至抵消了污染減排的成果。一些地區還因污泥處置不當，引發了環境污染事件。如果不把處理污水過程中產生的污泥處置好，近50%的COD（化學需氧量）將可能以另一種形式轉移到環境中。污泥治理成為了城市節能減排管理艱難任務，國內外許多科研院所已經把這個世界性課題提到了研究開發日程。針對污泥問題，國家一直非常關注，從政策層面制定了一系列的支持和鼓勵性文件。“十二五”規劃提出了2015年我國污泥處理率達到50%以上的要求。現有污泥處理的方法及處理后污泥的綜合利用沒有從根本上解決污泥的無害化和資源化問題。污泥依然在某處堆著，從環保的嚴格意義上來講，不過是將污染進行了減量和形態轉變，并沒有完全地消除。在某種情況下，這種轉變甚至可能使某些有害污染物（如重金屬離子）富集，會造成二次污染和潛在污染。隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減小，同時土地填埋也受到越來越嚴格的限制。人們認識到污泥處理的優先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩定化、無害化處理后作為資源回用已經成為主流。近年來，我國城市污水廠的污泥處理技術和某些單項專用設備有較大發展，積累了中溫厭氧消化的經驗，而在污泥處置的最終出路方面尚屬實驗研究階段。而在污泥處理處置現實操作過程中，國內污泥處理率低、工藝不完善，污泥處理技術設備落后，污泥處理管理水平低，污泥處理設計水平低，污泥處理投資低，污泥處理急需新技術的出現。2、發展生物質能是解決能源危機的必由之路隨著我國經濟的發展，能源需求持續增長。1980年以來，我國的能源總消耗量每年增長約5%，是世界平均增長率的近3倍，從能源供應和經濟發展來看，我國的能源發展面臨著十分嚴峻的形勢和挑戰。據專家估計，到2020年我國年能源的需求在25~33億噸標準煤之間，均值為29億噸標準煤，。根據世界化石能源儲量和消耗量的綜合估算，石油大約在2050年左右宣告枯竭，天然氣也將在57~65年內枯竭。同時，化石能源大規模的集中使用，釋放出大量二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物質，給人類的生存環境造成了嚴重危害。目前中國二氧化碳排放量已超過美國，成為二氧化碳排放量最大的國家。專家預測，如不加以控制，到2030年中國二氧化碳排放量將達到8兆噸/年，相當于目前全世界的排放量的三分之一。目前，節約能源，提高能源利用效率，盡可能更多地開發利用可再生能源，是世界各國優先發展的戰略目標。生物質能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，是蘊藏在生物質中的能量，是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而貯存在生物質內部的能量，具有二氧化碳生態“零”排放的特點。目前生物質能僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量的第四位，在整個能源系統中占有重要地位。據估計，植物每年貯存的能量約相當于世界主要燃料消耗的10倍，%。有關專家認為，到下世紀中期，采用新技術生產的各種生物質替代燃料將占全球總能耗的40%以上，最有可能成為21世紀主要的新能源之一。而方便程度可與燃氣、燃油等能源媲美，更容易實現大規模生產和使用的生物質成型固體燃料，將成為生物質能產業的重要一環。針對我國的生物質成型固體燃料產業的發展，國家發布了一系列支持性和鼓勵性政策法規。《生物質能發展“十二五”規劃》中提出了到2015年，生物質成型燃料年利用量達到1000萬噸，相應替代化石能源500萬噸標準煤的目標。因此可以預見，生物質成型固體燃料產業將成為生物質能產業中的強力增長極。在國家大力治理污泥和開發生物質能的大背景下，XX倡導“大膽想象、科學求證”的思路，堅持“資源放錯了地方就是廢物”的理念，把污泥當作一種“污泥資源”而不是“污泥問題”的設計思路，結合并充分利用微生物工程、濕法冶金、化學化工、環境科學、系統工程、生態工程等科學原理與工藝，經過多年的深入研究和反復實驗，開發出了一種新型的污泥處理處置工藝技術。該工藝的關鍵技術及創新點在于，能快速、高效地實現污水污泥的深度脫水減量，并同步除臭滅菌、去除并高效回收重金屬，從根本上解決了污泥的污染問題，經本工藝處理后的污泥，可以用作生物質能源草或炭薪林的肥料，并按照一定比例的添加到生物質中，經生物質成型工藝加工后，制成高熱值的生物質成型固體燃料。本項目的開展不僅從根本上解決了污泥的污染問題，同時將污泥的綜合利用與生物質能有機的結合起來，低價高效解決了污泥處理處置和生物質成型兩大難題，將困擾世界的“污泥問題”變成了“污泥資源”，對經濟發展、節能減排、生態環境保護和社會穩定都具有積極的意義。2國內外研究現狀與發展趨勢1、污泥處理技術研究現狀（1）污泥特性及其處理目標污泥作為一種有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體，具有“含水率高、易腐敗、難去除臭味，難于去除污泥中的微生物及重金屬，污泥性質不穩定、難于資源化利用”的特性。要實現污泥的深度無害化處理，徹底解決污泥的污染和危害，并實現其資源化利用，需完成以下幾大任務：1）污泥減量化：減少污泥體積，降低含水率，為后續處理、利用、運輸創造條件。2）污泥穩定化：去除污泥中易腐化變質的有機物。3）污泥無害化：去除污泥中對人體或自然界有危害的病毒、細菌、原生動物和重金屬等。4）污泥的資源化利用：①利用污泥中富含的氮、磷、鉀等回收有機肥料，改善土壤條件，促進作物的生長；②利用污泥中大量有機物儲藏的熱量進行焚燒，回收能源。（2）國內外污泥處理現狀目前，國內外傳統的污泥處理方法是將經過脫水后的污泥進行填埋/焚燒/回收利用處理。其中污泥脫水處理主要采用濃縮、消化、干化等技術，具體如下：1）濃縮。就是通過去除污泥顆粒間的自由水分，以達減容目的，從而減輕污泥后續處理、處置和利用設備、設施的壓力。污泥濃縮的基本方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。2）消化與調理。污泥的消化是在人工控制下，通過微生物的代謝作用使污泥中的有機物穩定化。污泥消化可分為厭氧消化（生物還原處理）和好氧消化（生化氧化處理）。厭氧消化是目前國際上最為常用的污泥生物處理方法，是大型污水處理廠最為經濟的污泥處理方法；好氧消化需添加曝氣設備，能耗大，多用于小型污水處理廠。污泥的調理目的是改善污泥濃縮和去除水的性能，提高機械去除水設備的處理能力。調理的方法有化學調理、淘洗、加熱加壓調理和冷凍融化調理等。3）干化。干化和干燥是污泥深度去除水的一種形式，其所應用的污泥去除水能量（推動力）主要是熱能。干化、干燥是使熱能傳遞至污泥中的水，并使其汽化過程。主要應用自然熱源（太陽能）的干化過程稱自然干化；使用人工能源當熱源的則稱污泥干燥以示區別。由于污泥干燥能耗相當高（每千克水去除的能耗為3000?3500kJ），因此污泥干燥僅適用于去除水污泥的后續深度去除水。目前世界各國污泥綜合利用情況如表2-1所示：表2-1世界各國污泥綜合利用情況表國家污泥總量（t干污泥/d）處置方法％土地利用填埋焚燒其他奧地利3201356310比利時75315694丹麥1303733282法國700505000

德國25002563120希臘1539700愛爾蘭242818054意大利8003455110荷蘭282445330葡萄牙200801307西班牙28010501030瑞典180455500瑞士2155030200英國1107558730美國690041172220日本171935551■焚燒3.45%無污泥處咒■綠化13*79% 3.■焚燒3.45%無污泥處咒■綠化13*79% 3.45I:地填埋3L03%■農川利用44.83%與垃圾瞬填埋3*45%以上污泥處理方法雖然在一定程度上減輕了污泥污染的問題，但從轉運、加工到最終處置，均存在不同程度的二次污染。例如一個日處理25萬m3的中型污水處理廠，每天可產生100?200t污泥（含水率75?80%），按照常規的衛生填埋與轉運，由于其體積較大，需要300t位的車載運輸；填埋1m3污泥需要占用3m3的相對場地，并由于其含有毒有害成分以水、空氣、蚊蠅鼠類動物、固體生化分解等載體進行滲透、擴散、游離等方式造成嚴重的二次污染和潛在的污染；如通過焚燒（摻燒），每1t污泥（干基）的輔助燃料需消耗304?565L重油，能耗大，并產生SO2、二惡英、氮氧化物及煙塵等大氣污染物。現行傳統污泥處理方式從環保的嚴格意義上來講，不過是將污染進行了減量和形態轉變，并不能真正完全地消除污泥污染。世界各國都在積極研發新技術，以尋求更經濟、更合理、更高效的污泥處理方法。2、污泥燃料化技術研究現狀污泥是由以微生物為主體的菌膠團及其吸附物構成的非勻質體，其中含有大量的有機物，熱值較高，具有良好的利用價值。以污泥為原料，制備可穩定燃燒的燃料，已成為污泥處置和能源化利用領域的重要研究熱點。早在20世紀40年代日本和歐美等發達國家就開始了城市污泥衍生燃料技術的研究開發。日本的東京都第一個采用了“污泥的炭化、炭化物的發電利用”的污泥資源化利用方案，污泥經干燥、炭化后作為替代燃料供火力發電廠使用，炭化成本在每噸13000日元（約合每噸810元人民幣）左右，引入該方案后，該地區的污泥的再利用和資源化率由64%進一步提高。美國一研究機構采用污泥（含量在50%以上）、一定比例的生石灰及水溶性的粘結劑（糖漿）制成合成固體燃料。該燃料可在焚燒爐中穩定燃燒，燃燒過程中產生的有害氣體及其它監測污染物可使用常規的煙氣凈化設施去除。德國漢堡貝倫化學公司以下水道污泥為原料，采用有機絮凝劑調理后先脫除部分水分，再加入一定比例的粉煤制得固體燃料，其發熱量約為是9200kJ/kg?10000kJ/kg。加拿大從1991年起在國內5家電廠推廣污泥燃料，目前處理每噸污泥的成本僅為15美元，同時可以發電800千瓦時。我國對于城市污泥合成衍生燃料技術的研究起步較晚，多處于理論分析階段和可行性研究階段。胡光塤、洪云希將無煙煤50%、干污泥35%、添加劑（含固硫劑）15%配制的合成燃料，該燃料可在爐中正常燃燒，且爐渣含碳量、二氧化硫排放量、林格曼黑度等級均比煤低。王娟等參考垃圾衍生燃料的制備方法考察了市政污泥作為燃料的可行性及其利用價值，研究了污泥燃料化利用的最佳脫水干化條件及煤粉添加量對污泥燃燒效果的影響。結果表明，污泥熱源干化的最佳時間為4h,干化后污泥的發熱量在18MJ/kg左右，能量較高。當干化溫度在105°C?150°C之間時，污泥的可燃有效成分幾乎無變化。污泥含氫量較高，燃點低于煤。趙培濤等利用處理量為24t/d的中試試驗臺，在含水率為90%的泥漿中加入稻稈等生物質，再加入一定量的Fe3+和Ca2+,攪拌10min左右，隨后將污泥-稻稈混合物泵送到壓濾機中脫水，制得含水率45%左右的固體燃料。該燃料著火點低，完全燃燒溫度范圍窄，燃燒性能好，可作為燃料使用。謝水祥等經試驗研究開發出了一種新型含油污泥處理劑，主要由破乳劑、引燃劑、疏散劑及催化劑等組成。可處理多種類型的含油污泥和剩余污泥，脫去水后的泥渣不粘連、結塊，干燥后易于燃燒，還可與燃煤混燒。隨著環保和資源化利用技術的日益發展，傳統的污泥填埋的比例不斷降低，污泥的資源化利用已經逐漸成為污泥處理處置領域新的發展趨勢。未來污泥處理的主要發展方向，從運營角度來講就是在污泥處理處置過程中降低環境風險、降低能耗、降低運行成本并實現資源的有效回收綜合利用；從技術層面來講，就是要系統地研究如何實現高效去除水減量、最大程度消除各種病菌與微生物、有效去除重金屬離子、回收污泥資源中有價值的部分，在加工過程中去除異味與臭味提供良好的操作與使用環境，并實現污泥資源化利用。并且，污泥無害化處理與資源化利用應遵循合理配置、因地制宜原則，對于我國而言，以污泥為原料制成高熱值的生物質成型固體燃料，將污泥的綜合利用與生物質能有機的結合起來，低價高效解決污泥處理處置和生物質成型兩大難題，無疑是適合我國國情的污泥處理處置方法，可成為我國污泥處置的重要方向之一。3項目實施主要內容、技術關鍵與創新點、預期目標1、污泥無害化處理技術研究（1）微波技術處理污泥的原理污泥處理的核心就是如何破壞“嗜食”重金屬的微生物、化合物的晶體結構的問題。這是因為：1）污泥中濃度較高的多種重金屬離子，它們是大多以復雜化合物的方式存在，并且大多數是包含在“嗜食”重金屬的微生物體內。2）原污泥含水95%以上，濃縮后的污泥仍然含有80%的水分，在自然狀態下，污泥水中相當大的一部分被固定在了污泥微生物與絮凝結構中，而傳統工藝只能去除那些不依附在污泥固體的自由水以及一部分的被截留在裂縫與絮凝結構的空隙中的空隙水。3）污泥中的臭味產生來源于各種化合物本身的味道，而這種化合物大部分又被包裹在微生物體內，在溫度環境等條件下通過微生物作用又不斷發生新的生化反應。本項目技術開發出特有的“酸浸-微波加熱殺菌”工藝，污泥經酸化處理后，改變細菌生存環境，再通過微波加熱殺菌方法，破壞“嗜食”重金屬的微生物、化合物的晶體結構實現高效快速殺死污泥中的各種病源菌與微生物體的目的。病源菌與微生物體死亡后排出體內大量水分和吸附的重金屬，重金屬轉化為酸溶性金屬離子而進入溶液，污泥中組分和性質發生改變，膠粘性降低或消失，污泥的透水透氣性增加，污泥中的臭氣成分被氧化分解成為無臭物質。經過“酸浸-微波加熱殺菌”工藝處理后的污泥經機械過濾，得到干污泥渣和溶液。之后加入適量比例的反應劑，進行中和、沉淀、過濾后獲得重金屬渣和廢水。根據干污泥渣含量及各地的實際情況，對其進行深加工，生產有機復混肥、飼料、建材和固體燃料等。根據重金屬渣含量和實際情況，可進行深加工回收或銷售給冶煉廠。廢水可經處理后排放或循環使用，或返回污水處理廠。通過這一系列處理過程，對污泥處理達到了深度脫水減量、除臭、去除重金屬的目的，同時降低輔料用量、大大縮短處理時間，并消除傳統工藝的異臭污染問題。本項目技術中微波加熱殺菌的原理如下：微波加熱與傳統加熱不同，它不需要由表及里的熱傳導，而是通過微波產生的溫度場與電磁場，可以直接而有效地在整個物料內部產生熱量，促進細菌的分子高速運動，加速其細胞膜的擠壓而破裂，從而達到殺菌的目的。含有大量水分的污泥分子即微生物及其細胞被“瞬間粉碎”而析出水分。微波產生的電磁場是細菌致死的主要因素，特別是在較低溫度時。電磁場在殺菌過程中表現出來的“非熱因素成為細菌致死的主導因素”打破了常規加熱殺菌的格局，細菌欲生存而需抗爭的對象改為“電磁力”。脈沖電磁的殺菌機理主要表現在以下兩個方面：1）電場作用：生物體內的大多數分子和原子具有極性（等效電偶極子）和磁性（分子電流模型），外加電磁場會對生物產生影響或作用。在外加電磁場的作用下，電偶極子和分子電流會隨著電磁場的方向取向。在靜電磁場中，只是建立一個新的終極狀態，但在時變電磁場中，電偶極子和分子電流會隨著電磁場的變化而振動。顯然，不同強度分布的外加電磁場對不同生物的影響程度是不同的。醫學界在研究中發現細胞體在電磁場中有異常表現，典型的表現是對電磁波的應答現象。這種生物應答現象發生在遠離平衡狀態，生物體對滿足一定條件的電磁場的影響是非線性的，并表現出頻率特異性功能和功率特異性。效應的能源有時來自生物系統內部，外部電磁場只是起到觸發作用。細胞是最基本的生命單元，在細胞中，每個細胞膜內外都有一定的電位差，在外加電場的作用下，膜內外的電位差會增大，通透性會增加，細胞發生滲透，繼續適度處理，當電磁場達到一定值（E>EO,H>HO）時，細胞膜就發生不可修復的破裂，這種現象稱為電穿孔。同時，由于電磁場是變化的，在極短的時間內，電磁場的頻率、強度都會發生極大的變化，在細胞膜上產生振蕩效應。不可逆的電穿孔和激烈的振蕩效應能使細胞破裂，這種破裂導致細胞結構紊亂，從而殺死細胞，進而殺死細菌。2）電離作用：變化電磁場的介電阻斷性對微生物具有抑制作用。在外加電磁場的作用下，污泥空間中的帶電粒子將產生高速運動，撞擊污泥分子，使污泥分子分解，產生陰、陽離子，同時，電解質電解出陰、陽離子。這些陰、陽離子在強電磁場的作用下極為活躍穿過本來就已提高通透性的細胞膜，與微生物內的生命物質如蛋白質、RNA作用，因而阻斷了細胞內正常生化反應和新陳代謝的進行。另外，電磁場能夠使水分子的氫氧鍵斷裂，在水中生成過量的超氧陰離子自由基、過氧化氫及自由質子。而過氧化氫有強烈的氧化作用，作用于生物分子，會破壞DNA，導致細胞死亡。液體介質中電離作用產生的臭氧同樣有強烈的氧化作用，能與細胞內物質發生一系列反應。以上兩種作用的聯合構成了殺死細菌體的主要因素。（2）污泥深度脫水和脫除重金屬的無害化處理工藝1） 預沉分離：％?％的剩余污泥，加入一定量的反應劑，攪拌混凝10?35min后，制成混合液。將此混合液泵入重力濃縮池，經過30~120min的自然沉降，達到初步濃縮的目的，得到上清液和濃縮污泥，將所述上清液從重力濃縮池的上部自然排出，送回污水處理廠的污水處理系統，將所述濃縮污泥從重力濃縮池的底部排出，進入下道工序處理。2） 濃縮污泥無害化處理：排出后的濃縮污泥進入殺菌系統，通過前期的酸化作用后進行微波加熱，濃縮污泥中的微生物被殺死并分解，微生物體內的大量間隙水、毛細管水水分及其吸附的重金屬被排出。污泥中重金屬在該條件環境下轉化為酸溶性金屬離子而進入溶液，污泥中組分性質發生改變，膠粘性降低或消失，污泥透水透氣性增加，污泥中的臭氣成分被氧化分解成為無臭成分。3）機械過濾固液分離：對經過改性處理后的濃縮污泥，用板框壓濾機等常規機械設備進行過濾，得到過濾液和干污泥渣。4）~9后，送回污水處理廠的污水處理系統或根據過濾液中重金屬性質與含量等因素，按照濕法冶金原理，加入適量比例的反應劑，進行中和、沉淀、過濾，獲得形成穩定狀態的重金屬化合物渣和廢水。重金屬化合物渣根據其含量和實際情況，可進行深加工回收或銷售給冶煉廠。廢水即可經處理后排放或循環使用，或返回污水處理廠。5）根據干污泥渣含量及各地的實際情況，進行深加工，生產有機復混肥、建材或固體燃料等。（3）污泥無害化處理裝備本項目處理污泥所用到的設備設施主要是重力濃縮設施、微波殺菌系統、板框壓濾系統，如圖3-2、圖3-3、圖3-4所示。重力濃縮設施：根據處理量大小進行自行設計和制造，達到把含水率95%的污泥，在輔助藥劑的絮凝下，實現污泥第一次脫水，達到含水率約92%。微波殺菌系統：通過發射高頻率的微波，產生溫度場與電磁場，直接而有效地在整個物料內部產生熱量，促進細菌的分子高速運動，加速其細胞膜的擠壓而破裂，從而達到殺菌的目的。板框壓濾系統：混合液流經過濾介質（濾布），固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成過濾泥餅。而濾液部分則滲透過濾布，成為不含固體的清液。4）污泥濃縮、機械脫水和干化的效果本項目可實現對剩余污泥、二沉污泥的快速深度脫水。具體污泥濃縮、機械脫水和干化效果見以下實驗結果。實驗1：污泥樣品取自湖南某污水處理廠，%，%。，按照本項目工藝進行處理，然后將漿液進行固液分離，并用2L水進行洗滌，得污泥渣和漿液。連續3次實驗得到的污泥渣的濕重和干重如表3-1所示。表3-1連續3次實驗得到的污泥渣的濕重和干重（Kg）序號污泥渣來源污泥濕重污泥渣濕重污泥渣干重含水率1污水%2污水%3污水%實驗2：污泥樣品取自湖南岳麓區污水處理廠，%，%。處理方法如同實驗1，連續3次實驗得到的污泥渣的濕重和干重如表3-2所示。實驗3：二沉污泥樣品取自湖南星沙某污水處理廠，%，%。，，加質量濃度為93%，攪勻，送入微波裝置中加熱，使漿液溫度達到70°C并維持20min,然后將漿液進行固液分離，，得干污泥渣和漿液。連續3次實驗得到的干污泥渣的濕重和干重如表3-3所示。實驗4：二沉污泥樣品取自湖南開福某污水處理廠，%，%。處理方法如同實驗3，。連續3次實驗得到的干污泥渣的濕重和干重如表3-4所示。實驗5：污泥樣品取自東莞某污水廠，%。處理方法如同實驗3，并將實驗結果送至湖南省分析測試中心進行檢驗，檢驗結果表明，經本技術處理后，污泥含水率降至45%。具體檢測結果見附件——湖南省分析測試中心檢驗報告201306087。從以上實驗數據可以分析得出，本項目的污泥濃縮、機械脫水和干化效果明顯，可大大減少污泥干量，使污泥含水量降低到50%左右。污泥脫臭的效果污泥經本項目技術處理后，可達到殺菌除臭的目的。具體實驗結果如下：實驗6：二沉污泥樣品取自湖南星沙某污水處理廠，%，%。通過MicroStation全自動快速微生物鑒定儀，鑒定污泥中含微生物種群數量與微生物種類數量。鑒定步驟如下：(1)平板擴大培養：用BIOLOG專用培養基將純種擴大培養；(2)配制菌懸液：按要求配制一定濁度(細胞濃度)的菌懸液；接種培養：將菌懸液接種至微孔鑒定板(Microplate)，培養一定時間；(4)獲取結果：將培養后鑒定板放入讀數儀中讀數，軟件自動給出鑒定結果。，進入快速沉降，加入一定量的反應劑，使得其含水率降低至95%左右，然后再進入生化反應區，反應完成后輸入加溫預處理系統，在加溫預處理系統中，使漿液溫度達到一定溫度并維持一定時間。按不同溫度與時間條件連續3次進行試驗，將漿液按上述方法進行測定微生物種群數量與微生物種類數量。二沉污泥微波加熱殺菌前后微生物種群數量變化及微生物種類數量變化情況如表3-5、表3-6所示。由表3-5和表3-6可知，二沉污泥采用本方法微波加熱后，有效實現了殺菌除臭的目的，污泥臭氣濃度(無量綱)<20脫除污泥中重金屬的效果本項目無害化污泥處理技術可有效去除剩余污泥、二沉污泥中重金屬，具體實驗結果如下。實驗7：污泥樣品取自湖南某污水處理廠，%,%。在103?105°C下將污泥干燥至恒重后，測量樣品中的重金屬含量。，按照本技術處理，然后將漿液進行固液分離，并用2L水進行洗滌，得污泥渣和漿液。將適量石灰粉加入到污泥渣中并攪拌均勻，，，干燥得到顆粒復混肥，干燥顆粒復混肥中水分含量控制到小于9%，連續三次實驗得到顆粒復合肥中重金屬平均含量。污泥樣品和經本技術處理后的顆粒復合肥中重金屬含量如表3-7所示。實驗8：污泥樣品取自湖南岳麓區污水處理廠，%，%。實驗過程如實驗7。實驗結果如表3-8所示。實驗9：二沉污泥樣品取自湖南星沙某污水處理廠，%，%。樣品在95?110C下，干燥至恒重，測量其重金屬成分。，，加質量濃度為93%，攪勻，送入微波裝置中加熱，使漿液溫度達到70C并維持20min,然后將漿液進行固液分離，，得干污泥渣和漿液。連續3次實驗得到的干污泥渣中重金屬平均含量。污泥樣品和干污泥渣中重金屬含量如表3-9所示。從以上結果可以得出，本項目技術能有效去除污泥中的重金屬，去除率達75%以上，處理后的重金屬含量符合國家相關標準規定限值的要求。（7）經處理后的污泥熱值等參數測定結果1）污泥熱值相關研究表明，污泥中有機質含量越高，其干基熱值也越高。污泥經本項目技術處理后能有效保持污泥中的有機質含量，從而保證了污泥熱值。具體實驗結果如下。實驗11：污泥樣品取自湖南新開鋪某污水處理廠，%，%。，，加質量濃度為93%，攪勻，送入微波裝置中加熱，使漿液溫度達到70oC并維持20min,然后將漿液進行固液分離，，得干污泥渣和漿液。將污泥樣品和干污泥渣分別送至湖南省分析測試中心和湖南省煤安檢測檢驗中心測量有機質含量和污泥熱值。檢驗結果表明，，，污泥經本技術處理后有理想的有機質含量和污泥熱值。具體檢驗結果見附件——湖南省分析測試中心檢驗報告201304027和附件——湖南省煤安檢測檢驗中心檢驗報告煤檢字第（13310）號。2）養分含量污泥經本技術處理后，能有效吸收養分，加工成有機肥料，具體實驗結果如下。實驗12：污泥樣品取自湖南某污水處理廠（與實驗7為同一樣品），％,%。在103?105oC下將污泥干燥至恒重后，測量樣品中的養分含量（總氮、總磷、總鉀）。，按照本技術處理然后將漿液進行固液分離，并用2L水進行洗滌，得污泥渣和漿液。將適量石灰粉加入到污泥渣中并攪拌均勻，，，干燥得到顆粒復混肥，干燥顆粒復混肥中水分含量控制到小于9%，連續三次實驗得到顆粒復合肥中養分含量。污泥樣品和顆粒復合肥中養分實驗13：污泥樣品取自湖南岳麓區污水處理廠(與實驗8為同一樣品)，%，%。實驗過程如實驗12。污泥樣品和顆粒復合肥中養分含量如表3-12所示。由表3-11和表3-12可知，污泥經處理后制備的顆粒復混肥的養分含量較高，優于NY525-2002(中華人民共和國農業行業標準)中的規定值。結合實驗7、實驗8，可知制備的顆粒復混肥的重金屬含量很低，遠優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)、《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質》(CJ/T309-2009)中的規定值，本項目擬開發的無害化污泥處理技術為污泥的大規模資源化利用創造了有益前提條件。2、污泥制備生物質成型固體燃料技術研發（1）生物質成型固體燃料的組成原料本項目生物質成型固體燃料的組成原料為生物質與污泥。其中生物質主要有能源草（巨菌草、龍須草等）、炭薪林（泡桐、丹紅楊等）和農林“三廢”，污泥主要為經上述污泥無害化處理工藝處理后的養殖污泥與城鎮污泥。（2）生物質成型固體燃料的配方研究1）污泥污泥焚燒是否能產生經濟效益，與污泥的熱值直接相關，而含水率的高低則是污泥熱值的決定性因素，含水率越低，污泥熱值越高（見表3-13）。含水率低于50%是污泥焚燒的最低要求，此時無需輔助燃料即可燃燒，而對于污水處理廠含水率80%左右的普通脫水污泥，考慮焚燒熱效率、尾氣攜帶的熱量、污泥干化熱效率等，僅靠污泥自持焚燒的熱量是不夠的，即使在焚燒之前增加干化熱處理或添加煤炭共同燃燒，耗能大，比如一般生產1噸干污泥（含水率10%），需要耗煤一噸多，增加處理成本，并對周圍環境影響大；通過太陽能曬干的方式干化污泥又面臨占用場地大、污泥表層曬干內部含水率仍然較高的問題。此外，污泥含水率從95%降80%，污泥體積減小75%，從80%降50%，體積將再減小60%（見圖3-10）。因此，降低污泥含水率是污泥減量化的關鍵。上述事實證明，在眾多污泥處理處置以及資源化技術和過程中，首要解決的問題是如何有效減少泥餅含水率以利于后續處理，這對于提高產品性能、提高資源化效率有關鍵作用。2）生物質篩選不同的生物質會影響成型燃料的燃料特性，通過分析不同純生物質成型固體燃料的熱值（將原料加工成直徑7-8mm,長度15-25rnm的生物質成型固體燃料，用氧彈式量熱計測量其熱值）以及原料成本等因素，選定巨菌草為本項目的生物質來源，具體分析結果如表3-14。從表3-14可以看出，炭薪林與林業廢棄物的熱值最高，能源草其次，但相差不大，農業廢棄物熱值最低。而從原料成本來看，巨菌草的原料成本最低，這是由于本項目已實現巨菌草自主種植，且易于收割，大大節約了原料采購成本、運輸成本，基地種植的龍須草相對來說收割難度較大，種植的泡桐、丹紅楊收割難度也較大，增加了人工成本。同時，巨菌草的自主種植，保證了原料供應量、來源和燃燒值的穩定。而其他生物質依賴于外部購買，一方面增加了運輸成本，另一方面難以保持生物質原料來源、數量和燃燒值穩定。故綜合以上因素，選定巨菌草為作為本項目的主要生物質來源，龍須草、泡桐、丹紅楊作為次要原料為補充。農林三廢根據實際需要按季節采收，僅作為輔料。3）配方篩選本項目將不同配比的原料（巨菌草與污泥的重量比）加工成直徑 5-32mm，長度5-120rnm的生物質成型固體燃料系列產品，測試其燃料特性，以便進行比較篩選出合適的原料配比。具體測試實驗如下。熱值的測定A、測試過程，用氧彈式量熱計測量其熱值。根據國內部分地方標準要求，如北京《生物質成型燃料》（DB11/T541—2008）要求發熱量相當于3200kcal/kg；河北省《生物質成型燃料》（DB13/T1175—2010）要求發熱量>14MJ/Kg，相當于3340kcal/kg。在實際應用過程中，根據長沙鍋爐廠配套生產的快裝鏈條爐排生物質鍋爐(DZJ2-10t/h、DZG2-10t/h)、組裝式沸騰爐(SZF4-10t/h)、高倍率流化床(QXFx、SHFx、CSG三個系列)、氣化燃燒爐4個系列產品，均要求：3200kcal/kgS生物質成型燃料熱值＜3800kcal/kg。揮發分、水分、灰分、含硫量的測定A、 測試過程揮發分：樣品在900°C隔絕空氣的環境中加熱7min,扣除水分質量損失后，樣品質量損失占樣品質量的百分數來計算揮發分。水分：將生物質成型固體燃料樣品置于105C的溫度下干燥至質量恒定，然后根據樣品質量損失計算出水分。灰分：根據樣品在550C加熱后剩余物的質量占樣品總質量的百分比來測定灰分。含硫量：通過定硫儀檢測。B、 測試結果一般生物質成型固體燃料產品的含水率＜15%。本公司生產的產品控制在12%左右。從表3-16可以看出，由于能源草與污泥本身的硫含量低，在保證熱值前提下進行合理配比后，生物質成型固體燃料的全硫含量＜%。當巨菌草與污泥配比為1:1時，%，%。灰渣化學組成成分、灰熔點的測定A、測試過程通過元素分析儀測量灰渣中化學組成成分，測試元素包括Si、A1、Fe、Ca、Mg、K、Na。灰熔點：按GB/T219標準，用灰熔點測定儀測定。生物質成型固體燃料的主要組成是巨菌草和污泥，污泥經過本技術處理過程中不再添加絮凝用的聚丙、鐵鹽、鋁鹽或石灰，因此合成的生物質成型固體燃料里所含成分也會偏低。從表18、表19可以看出，生物質成型固體燃料灰分中A12O3含量較低，對灰熔點影響不大；SiO2、K2O、Na2O含量較高，而K20、Na2O屬于堿金屬氧化物，可降低灰熔點；Si元素在燃燒過程中容易與K元素形成低熔點化合物，所以生物質成型固體燃料的灰熔點較低，易于充分燃燒。由于生物質成型固體燃料密度較小，抗碎性能較低，在加工轉運過程中，破碎率也較高，在爐內燃燒過程中，破碎部分容易“死燃”，并產生較大煙氣，燃燒不充分，熱效率損失，從而影響鍋爐的整體燃燒效率。從表3-19可以看出，直接成團的巨菌草加工成生物質成型固體燃料時，容易松散，%，%；隨著污泥量的增加，抗碎性能越來越高，破碎率越來越低。如添加其他化學成分的粘合劑，可以提高抗碎性，降低破碎率，但成本高，且燃燒過程產生有害氣體。污泥本身有機質含量也較高，是由微生物為主構成的，其蛋白膠質具有很好的粘合能力，在不降低燃值的同時，大大提高了生物質成型固體燃料的抗碎性，確保了其破碎率控制在5%以內。綜上，從表3-14到表3-19可以看出，生物質成型固體燃料揮發分較高，大于60%，析出速度快，燃料在爐內能快速著火燃燒，且顆粒均勻，抗碎性強、破碎率更低，燃燒速率比較平穩。這是因為未加入污泥的生物質成型固體燃料燃燒初期外界傳遞進成型燃料內部的熱量少，主要是含量還很高的小分子揮發性物質的燃燒，化學分解與合成反應的速度快，并且產生的灰層量小，成型燃料與氧氣可以分析充分接觸，燃燒速率快；燃燒中期成型燃料的內部熱量積累到一定程度，主要是大分子揮發性物質和碳的混合燃燒，化學分解與合成反應的速度相對較慢，并且灰層逐漸增厚，阻礙了揮發性物質向外析出與氧氣分子向內傳遞的速度，燃燒速率有所降低；燃燒后期成型燃料的可燃物質基本燃燒殆盡，主要是少量殘余揮發性物質與剩余碳的燃燒，燃燒反應進行的不充分，并且灰層的阻礙作用繼續增加，燃燒速率下降到最小值。而加入了污泥的生物質成型固體燃料揮發分析出后使燃料孔隙增加，外面的氧氣也很容易進入燃料的中部參與燃燒，從而保持了燃燒速率的平穩。1、技術關鍵（1）高效除臭殺菌技術（2）污泥破解和高效脫水技術（3）污泥重金屬分離提取技術（4）污泥無害化處理工藝設計2、創新點（1）突破現行污泥處理技術局限性，開發出“酸浸-微波加熱殺菌”污泥無害化處理技術，一次性實現污泥除臭、滅菌、去重金屬、深度脫水處理。（2）基于上述污泥無害化處理技術，設計全新的污泥無害化處理工藝，真正實現污泥減量化、穩定化、無害化、資源化。本項目預期達到以下技術指標：1、污泥去除水技術指標。采用本工藝對污泥進行機械脫水處理，處理后污泥含水率達50%以下。2、 殺菌除臭技術指標。處理后污泥的糞大腸菌群菌值5蠕蟲卵死亡率〉95%；無傳染性病原菌；臭氣濃度達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的二級標準。3、 污泥重金屬去除技術指標。重金屬的去除率達75%以上，處理后的污泥中重金屬含量符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)相關標準要求，以及城鎮污水處理廠污泥處置的相關標準要求，包括農用泥質標準(CJ/T309-2009)、土地改良用泥質標準(CJ/T291-2008)、制磚用