利用生活污泥配制燃煤的研究.docx
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利用生活污泥配制燃煤的研究
利用生活污泥配制燃煤的研究
摘要
通过对某排水沟生活污泥性质的分析,对其进行了燃烧试验，配制一种与煤粉混合燃烧的燃料。
主要目的是资源再利用，减少环境污染，并实现生活污泥的经济价值。
把此方法推广到日常生活中，应用到经济领域，转化为价值高的社会商品，不仅实现了废弃物再利用，又造福了人类。
在此基础上，对污泥的成份、与煤掺比燃烧、加入煤粉的多少与燃烧的热值进行了一系列试验研究，确定了最佳运行参数，并且在对实验现象和试验结果理论分析的基础上，提出了一种通过加入一定量的煤粉，简单易行、投资小、处理效率高的生活污泥无害化处理方法。
实验燃煤配比共分六等份，其中一份是原煤燃烧，通过与另外加煤粉的五份污泥燃烧对比，可以确定一份最佳配比方案。
在一定量燃煤中分别加入10%、20%、33%、38%、45%的煤粉，混合后，测定燃煤的燃烧时间、剩余重量、火焰颜色等各项指标,综合以上因素，并参照煤的配比经济因素，确定最佳添加量范围为＞33%，而＜45%。
泥煤燃烧剩下的残渣可用于做建筑材料，优于粉煤灰。
此方法价廉、环保，又降低燃烧的成本，具有很好的发展前景。
关键词:
生活污泥，煤粉，掺比，燃煤，经济
Researchburnscoalwhichusingthelifesludgeconfiguration
ZhangJunfeng
（Class0402,Environmentproject，Environmentandbio-engineeringinstitute，LiaoningUniversityofPetroleumandChemicalTechnology）
Abstract
Throughthematerialconstituteandpropertyofanalyticalofthelivingdirtymireinalineupdrain，Astoit'scarriedoncombustiontoexperiment，Prepareonekindofmixsburnablefuelwithcoalpowder.Themainpurposeismakeduseofresourcesagain,reducepollutionoftheenvironment,combineeconomicvalueofthelivingsludge.Expandthismethodtothedailylife,applytoeconomicrealm,whichistobeworthhighofsocialmerchandise,notonlymakeusethewastesagain,buralsobroughtbenefittomankind.
Onthisbasis,stageoflife、sludgeingredientsthanburningcoal，byaddingthenumberofpetroleumcokeandtheburningheatofaseriesofpilotstudies,determinetheoptimumoperatingparameters,andintheexperimentsandtheoreticalanalysisoftestresultsonthebasis，madebyaddingacertainamountofCoal，asimple、lowinvestment、highefficiencyoflivingsludgesafedisposal.
Theexperimenttotallydividessixgroup,anamongthosearearawcoalcombustion,passwithfivedirtymireaddedanothercoalpowderburnablecontrast,whichCanmakesurethatoneisthebesttogotogetherwitharatioproject.Joinin10%、20%、33%、38%、45%ofthequantityburingcoal,Hybridempress,measuresetheburnabletime、surplusweight、flamescolorofmeasurementburingcoalforvariousindexsigns,etc.Comprehensiveabovefactor,andaccordingtotheeconomicfactorofcoal，assurancethebestaddquantityscopefor>33%，but＜45%。
Theresidualwhichburningisleftovermayuseintomakethebrick,surpassesthepulverizedcoalash.Thischemicaladditivemoderateprice,Andthenenvironmentalprotection,Thedecreaseinfluencestotheenvironment,andLowercoal-firedcost,hastheverygoodprospectsfordevelopment.
Keyword:
thelifesludge,thepowderedcoal,mixestheratio,buringcoal，economy
目录
毕业设计（论文）1
1文献综述1
1.1生活污泥1
1.1.1生活污泥的性质1
1.1.2生活污泥的危害1
1.2目前生活污泥的处理与处置方法2
1.2.1堆肥法3
1.2.2卫生填埋法4
1.2.3焚烧法4
1.3国内外污泥的研究及发展5
1.3.1国外污泥研究现状及发展5
1.3.2国内污泥研究现状及发展6
1.4生活污泥的综合利用6
1.4.1污泥气的利用6
1.4.2投海7
1.4.3在农业上应用7
2实验部分8
2.1主要实验仪器及原料8
2.1.1实验仪器8
2.1.2主要实验原料8
2.2实验方案设计图9
2.3实验装置10
2.3.1实验制备仪器10
2.3.2柱形蜂窝煤11
2.3.3实验燃烧装置12
2.4实验设计内容12
2.4.1各种添加物的燃烧实验12
2.4.2与其他蜂窝煤的比较实验13
2.4.3污泥灰制砖13
2.5试验步骤13
3.结果与讨论14
3.1实验分析14
3.1.1生活污泥的处理化14
3.1.2生活污泥配比添加剂的讨论15
3.2污泥燃烧特性16
3.2.1生活污泥干燥的变化16
3.2.2生活污泥燃烧特性17
3.3生活污泥配比对比燃烧实验18
3.4生活燃煤燃烧最佳添加量19
3.4.1生活燃煤燃烧时间的最佳添加量19
3.4.2与普通蜂窝煤燃烧的比较分析21
3.5燃烧排放物分析22
3.5.1拟达到的燃烧排放标准22
3.5.2燃烧烟气产生的产生与防治23
3.6生活燃煤掺烧比例对燃烧效率的影响25
3.7生活污泥燃烧处理技术结果分析25
3.7.1生活污泥处理技术的经济分析25
3.7.2生活污泥燃烧的经济分析26
3.7.3污泥燃煤与原煤的经济价值比较27
3.7.4生活污泥燃烧的热值分析27
3.8燃烧剩余物煤渣的可利用分析29
3.9生活污泥制砖的可行性研究30
3.9.1生活污泥灰渣和生活污泥制砖的对比30
3.9.2污泥灰砖与干污泥砖性能比较、分析31
4.结论34
5参考文献36
6致谢39
1文献综述
1.1生活污泥
1.1.1生活污泥的性质
生活污泥是人们日常生活中排放出的生活垃圾，大量聚集在下水道或者是小水沟，又经过长期的积压和沉淀，风吹日晒，所形成的一种泥状的物质，其含有微生物病原体、病毒和丰富的有机质和植物生长所需的矿物质营养元素，污染性较强。
我们这所说的生活污泥主要是城市污泥，城市污泥是指城市污水处理厂在处理污水过程中产生的沉淀物质，这种污泥含水量高、易腐烂，有强烈的臭味，并且含有寄生虫卵、病原微生物及重金属，如不加以妥善处理，任意排放，将会造成二次污染[1]。
1.1.2生活污泥的危害
生活污泥内富含微生物病原体、病毒等，具有较强的污染性。
一定程度上，目前我们对生活污泥的直接处理就是把污泥填埋在土壤中，很大一部分当作肥料使用，不但掩埋了生活污泥，而且它所富含的有机物对农作物也起到很好的作用，但是城市生活污泥终究是生活的废弃物，含有一定的有害物质（重金属及各种病原体），施用不当会造成环境的二次污染，其污染传播的途径是很广泛的。
生活污泥的危害主要表现在对农作物上。
由于污水处理厂在运行过程中未进行污泥稳定化处理，因此排出的污泥中存在相当数量的大肠菌群及活的虫卵，这些指标均超过国家规定的污泥排放标准。
测定表土分析大肠菌含量，发现施用高量污泥后，在阳光辐射，土壤及有机质吸附和土壤微生物竞争等影响下，对大肠菌致死有较大的作用。
生活污水处理厂的消毒稳定化环节应立即建立，既可杀死大量致病物，又可消除污泥恶臭。
未经消毒处理的生活污泥农用时，应注意卫生安全，新鲜污泥农用前宜作一段时间的贮存，这可在一定程度上避免因污泥农用可能带来的疾病传播[2]。
1.2目前生活污泥的处理与处置方法
生活污泥处理与处置问题是污水处理过程中产生的新问题。
因为首先污泥中含有大量的有害物质，如寄生虫、病原微生物、细菌、合成、有机物及重金属离子等，它将对周围环境产生不利影响；污泥处理与处置是污水处理系统的重要组成部分，必须予以充分重视。
只要对这些污泥进行及时处理和处置，才能：
（1）确保污水处理效果，防止二次污染；
（2）使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理；（3）使有毒有害物质得到妥善处理或利用；使容易腐化发臭的有机物得到妥善处理或利用；（4）使有机物得到综合利用，变害为利。
总之，污泥处理和处置的目的是减量、稳定、无害化、及综合利用[3]。
生活污泥的处理方法很多，而且随着科技的进步和发展，大量的新技术、新方法不断出现。
目前采用的方法主要有卫生填埋、堆肥、焚烧、热解、蚯蚓分解等。
我国目前主要的处理方法是以下三种。
1.2.1堆肥法
堆肥法是实现垃圾资源化、减量化的一条重要途径，它是使垃圾中的有机质在微生物作用下进行生物化学反应，最终形成类似腐殖质土壤的物质，可作肥料或土壤改良剂。
堆肥工艺分为好氧堆肥和厌氧堆肥，又可分为静态和动态两种操作方式。
我国农村传统采用厌氧堆肥发酵法，发酵周期长达4～6个月，有机物分解慢，占地面积大，蚊蝇孳生，污水四溢，二次污染严重。
现代化堆肥工艺大多采用好氧堆肥，具有物质分解彻底、堆肥周期短、臭味小、可采用工厂机械化处理等优点。
70年代以前我国垃圾堆肥主要采用一次性发酵工艺，80年代开始，更多的城市采用二次性发酵工艺。
这两种工艺都是在静态条件下使垃圾进行发酵，适用于城市燃气化率低、垃圾组成中有机质含量在15～40%、并含有30～70%煤渣的情况。
随着城市燃气化率和人民生活水平的提高，垃圾组成中有机质含量达到50～70%，由于有机质含量的提高导致含水率提高而影响了通风的进行，因此，这类城市生活垃圾不能采用静态发酵，而必须采用动态发酵工艺。
堆肥物料在连续翻动或间歇翻动的情况下，有利于充氧、蒸发水分和均匀物料，使发酵周期缩短[4]。
1.2.2卫生填埋法
填埋法在本质上是一种生物处理。
与堆肥不同之处在于，堆肥过程多为好氧发酵，过程进行快，温度高。
而填埋则为厌氧发酵，过程缓慢。
可视为厌氧堆肥。
此法主要技术手段是采用地层防渗，垃圾分层填埋、压实，顶层覆盖土层等，使垃圾厌氧发酵，产生的沼气可回收利用。
卫生填埋法比较简单易行，在一些土地辽阔的国家或城市，该法仍被普遍采用，例如英国、德国等使用填埋法处理城市垃圾的量占整个垃圾处理量的70%以上。
但这种方法占地多，并且存在渗滤液污染水体的问题。
用于卫生填埋的垃圾有机物含量不应太高，以免带来严重的地下水、空气和周围环境的污染问题，国外一些发达国家已规定用于填埋的垃圾中有机质含量不能超过5%，在我国目前尚达不到这一要求[5]。
1.2.3焚烧法
将垃圾中分拣出的可燃成分在高温（800～1000℃）条件下充分燃烧成为灰渣，产生的热量可用于发电等。
这种方法可使垃圾在较短时间内减少90%以上，并杀灭有害微生物，能源也可利用。
在瑞士、美国、日本等发达国家采用较多。
但这种方法前期投资巨大，处理费用昂贵，其次对垃圾的热值有较高的要求，再次在焚烧炉温度低于800℃时会释放出二噁英等有害气体，对生态环境影响颇大[6]。
1.3国内外污泥的研究及发展
1.3.1国外污泥研究现状及发展
国外污水处理厂污泥处理与处置现状及进展：
通常情况下国外的城市污泥处理系统工艺流程一般有下列四类：
1．原污泥→浓缩→脱水→处置脱水滤饼
2．原污泥→浓缩→脱水→焚烧→处置灰分
3．原污泥→浓缩→消化→脱水→处置脱水滤饼
4．原污泥→浓缩→消化→脱水→焚烧→处置灰分
根据日本对318个污水处理厂的统计，污泥处理工艺流程1占25℅，工艺流程2占27℅，工艺流程3占28℅，工艺流程4占20℅[7]。
在污泥处理过程中，影响污泥性质稳定的是污泥的有机物量，这些有机物含大量不稳定的腐殖物组分，极不稳定，在短时间内就会散发难闻的气味，因此需要进行稳定化处理，最终的脱水泥饼或者焚烧后的残渣还需要进一步处置。
城市污水处理厂产生的污泥量与每个国家，每个地区污水处理负荷，处理方法以及污水组成有关。
据美国环保署估计，自从1972年政府颁布水净化条例以来，污泥量逐年快速的增加，2010年将达到820万吨。
在英国，根据资料表明，污水处理产生的污泥年产量为110.7万吨干污泥[8]。
目前世界范围内常用的污泥处置方法有农用，添埋，投海，焚烧等。
英国和美国以农用为主，西欧以污泥填埋为主，日本以焚烧为主，而澳大利亚以污泥填埋和投海为主[9]。
1.3.2国内污泥研究现状及发展
与国外相比，在我国，污水污泥处理设施分布较少，即使有污水处理厂的大中城市，其污泥处理设施配套相对也不够完备。
已经建成的污水处理厂中，污泥未经任何处理就直接农用的占70℅以上，即使在设有消化池的污水处理厂，消化后的污泥也只是稍加脱水后就直接农用，很难符合污泥农用卫生标准。
污泥处置技术比发达国家较落后，大多未经预处理或仅简单处理后，就直接农用，填埋或送垃圾场处理，甚至有的随意堆放[10]。
1.4生活污泥的综合利用
污泥的综合利用视其性质而定，主要有以下三种利用方式：
1.4.1污泥气的利用
生活污泥发酵产生的污泥气既可用作燃料，又作为化工原料，因此是污泥综合利用中十分重要的方面。
它的成分随污泥的性质而异，一般含C，H在50﹪～60﹪以上。
消化池所产生的污泥气能完全燃烧，保存运输方便，无二次污染，因此是一种理想的燃料。
污泥气发热量一般为5000～6000KJ／m3,当它用作锅炉燃料时，约1m3气体就相当于1kg煤。
也可利用污泥气发电，1m3污泥气约可发电1.25吨。
污泥气在化学工业中也有着广阔的利用前途。
污泥气的主要成分是甲烷和二氧化碳。
将污泥气净化，除区二氧化碳，即可得到甲烷，以甲烷为原料可制成多种化学品[11]。
1.4.2投海
沿海地区，可考虑把污泥投海，投海污泥最好是经过消化处理的污泥，而且投海地点必须远离海岸。
投海的方法可用管道输送或船运，前者比较经济。
污染投海，在国外有成功的经验也有造成严重污染的教训，因此必须非常谨慎[12]。
1.4.3在农业上应用
生活污泥中含有植物所需要的营养成分和有机物，因此污泥应用在农业上是很好的处置方法。
污泥的肥效主要取决于污泥的组成和性质。
以生活污水的污泥为例，含氮量为2﹪～6﹪，含磷量1﹪～4﹪，含钾量为0.2﹪～0.4﹪。
从肥料的二要素来分析污泥的肥效，主要是利用其氮肥，其次是磷肥，钾肥的利用价值较小，污泥的氮、磷含量都比一般农家肥高，而且污泥中含有的硼、锰、锌等微量元素，对农业增产有重要作用。
因此可以说污泥是一种优质的有机肥料。
但污泥中含有的病菌、寄生虫、病原体及重金属离子，如直接用作肥料，会对植物有危害作用并进入食物链影响其他生物，而且不利于土壤吸收养分，因此在把污泥用作农田肥料前，应首先进行稳定化处理，使病菌、寄生虫和病原体等死亡或减少，稳定有机物、和减少臭气[13]。
2实验部分
2.1主要实验仪器及原料
2.1.1实验仪器
ROHS重金属测试仪器上海信任达仪器有限公司
电子搅拌器上海电动机械制造厂
电子天平上海天平仪器厂
电炉北京市光明医疗仪器厂
干燥箱沈阳电子仪器厂
蜂窝煤制备仪器（自制）
制砖模具（自制）辽宁石油化工大学化材学院实验室
坩埚江西玉华瓷器厂
标准筛子浙江上虞制筛厂
计时器上海电子仪器厂
千斤顶天津医疗仪器厂
2.1.2主要实验原料
生活污泥抚顺望花区某生活小区排水渠
原煤抚顺西露天煤
锅炉灰渣抚顺锅炉厂
页岩油残灰抚顺页岩油炼油厂
黄泥抚顺高湾建筑工地
水泥抚顺大伙房水库420号水泥
2.2实验方案设计图
针对城市生活小区水沟内排放的污水池泥，本试验主要采用在生活污泥中掺入一定量的煤，同时加入到电炉中燃烧，成为煤灰，最后剩余下来的残渣还可以用来做砖。
具体过程见图2-1：
燃烧
图2-1实验过程图
Fig2-1TheTestprocessdiagram
2.3实验装置
2.3.1实验制备仪器
图2-2蜂窝煤制备仪器
Fig.2-2Thebeehivecoalmakinginstrument
图中制备蜂窝煤煤孔用的铁制扳手，方便制煤打眼进行上下活动。
铁板制的的柱形煤壁，下面是空心的，它的作用是脱煤。
煤壁内焊接有8号铁钉，作打空用，此仪器共有4个铁钉构成。
其中仪器外层是一个铁板制的圆柱框架，包围着煤壁，主要用于固定蜂窝煤的形状。
经过按一定比例配比搅拌混合成的煤泥，用蜂窝煤制备仪器固定成型，上下活动扳手对成型的煤泥打孔眼，同时进行脱煤，把脱下的煤再用干燥箱进行干燥，干燥后的蜂窝煤就可以直接用于实验了。
2.3.2柱形蜂窝煤
图2-3成型蜂窝煤
Fig2-3Modelbeehivecoal
蜂窝煤是由实验室自制仪器加工而成的，成柱形状，形状比普通蜂窝煤较小，其中有4个孔眼，直径大约5厘米，高度3厘米左右，特点是加工简单，适宜燃烧。
2.3.3实验燃烧装置
图2-4蜂窝煤燃烧装置
Fig2-4Beehivecoalcombustionequip
日常生活用的小型电炉，通电后可以直接进行加热。
实验用的坩埚，它起到加热传导中介作用。
把制成的成型蜂窝煤放在坩埚内，进行加热燃烧实验。
自制成型蜂窝煤燃烧后，剩下在坩埚内的灰烬可以拿来用进行实验燃烧性质测定分析。
2.4实验设计内容
2.4.1各种添加物的燃烧实验
将原煤，锅炉灰，页岩油渣分别作为添加物加入生活污泥中进行燃烧试验，观察现象和数据，进行讨论，确定最佳添加物。
再用确定的最佳添加物和生活污泥的不同比例进行燃烧实验，观察现象和数据，参考着经济因素，进行讨论，确定最佳添加物。
2.4.2与其他蜂窝煤的比较实验
与市面上的蜂窝煤同时进行实验，观察实验现象及结果，从中进行对比讨论，得出参考价值。
2.4.3污泥灰制砖
收集一定量污泥燃烧后剩余的残渣，加入少量黄泥、水泥和水进行配比制砖。
2.5试验步骤
（1）取样：
收集生活污泥。
从城市生活小区下水道排放污口处采集和收取。
（2）将生活污泥进行搅拌，并混匀，再向其中加入水，分别加入煤粉、锅炉灰、页岩油渣，制成蜂窝煤。
（3）将混合成的燃煤进行燃烧实验。
将按各比例制成的煤，进行燃烧。
（4）观察燃烧现象。
（5）对各配比的污泥燃煤燃烧后，根据其配比和剩余残渣量的经济价值，来确定最佳配比方案。
（6）污泥燃煤燃烧残渣制砖。
3.结果与讨论
3.1实验分析
3.1.1生活污泥的处理化
通过查阅资料得到，在我国经济快速发展的时代，与此同时城市垃圾的排放量也在迅速增加，并以每年8%左右的速度增长着，每年的产量达1.5亿吨。
其中每年生活垃圾产量的15%都是通过人为因素直接被堆放到河流边，此时，这些生活垃圾在河流中与水和河流床下的污泥混合在一起，又经过长时间的积压和发生化学作用，从而成为了含有大量有机物和有毒物质的生活污泥，这些生活污泥在土壤的分解能力较低，不易分解，如果不经过处理，它会被填埋在土壤中数年，经过长时间的无氧发酵，对土壤和动植物都会有害而大于益[14]。
资料表明相关的生活污泥的处理与处置和环境等方面问题，了解到我国目前处理生活污泥主要有卫生填埋，焚烧，堆肥等方法。
为了克服处理生活污泥各种方法的不足。
许多固体废物含有潜在的能量，可通过焚烧回收利用。
固体废物经过焚烧，体积一般可减少80-90%，而在一些新设计的焚烧装置中，焚烧后的废物体积只是原体积的5%或更少。
一些有害固体废物通过焚烧，可以破坏其组织结构或杀死病原菌，达到解毒、除害的目的。
所以通过研究将生活污泥制成一种工艺和设备要求相对简单，成本较低，同时带来经济效益的燃煤。
表3.1城市垃圾的典型组成表
Table3.1Thetypicalmodelofcitygarbageconstitutes
范围（Kg）
典型值（Kg）
含水量（％）
典型热值
食品废物
6－26
15
70
4650KJ/Kg
纸
25－45
40
6
16750KJ/Kg
塑料
2－8
3
2
32560KJ/Kg
织物
0－4
2
10
17450KJ/Kg
橡胶
0－2
0．5
2
23260KJ/Kg
皮革
0－2
0．5
10
17450KJ/Kg
树枝杂草
0－20
12
60
6510KJ/Kg
木材
1－4
2
20
18610KJ/Kg
可以看出焚烧是一条重要的处理、处置固体废物的途径。
但是直接燃烧会导致环境被污染，从中寻求使它达到减量化、无害化和资源化的统一。
得出可利用生活污泥制成蜂窝煤型块状燃料，在燃烧炉里燃烧来解决生活污泥堆放的问题，从而解决环境污染的目的，又能带来经济效益。
3.1.2生活污泥配比添加剂的讨论
此外，本实验不用任何添加剂，因为加入添加剂之后，对实验结果都会产生影响，在我们分析污泥燃烧时间、燃烧剩余量、燃烧时产生的火焰颜色等一些数据的时候，也会给我们的一定的误差。
另外，生活污泥本身就有粘结性，粘结效果很好，和散煤能很快地粘结在一起，分配
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