污水厂污泥D介质脱水技术研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着污水处理率的不断提高，导致污泥产量显著增长，并带来日益严重的环境污染问题。按照我国国家发展纲要的规划，到2010 年，我国的污水处理量将达到200亿吨/年。目前，江苏省l3个省辖市产生的污水处理厂污泥为20万吨/年。长期以来，由于我国的污水处理界普遍受到重污水处理，轻污泥处置倾向的影响，致使城镇产生的大量污泥难以处置，严重影响我们环境安全，受到社会的高度关注和重视。

由于高效低费的污泥脱水技术能够大幅度降低污泥处理的整体费用，所以选择一种新型高效的污泥脱水与燃料化技术，强化污泥脱水，减轻后续处理负担，使污泥直接燃料化，即降低污泥处理总费用又可以对污泥进行热能回收，对城市污泥处理处置具有重要的意义。在取得环境效益的同时，也取得经济效益和社会效益。

针对我国污泥机械脱水含水率较高的问题（含水率P=80％）,采用溶剂D介质为载体，利用D介质特有的性质（20℃，1大气压气态；临界压力0.6MPa以上，液态），开发出适合于城市下水污泥的D介质溶剂深度脱水与燃料化技术。有效降低污泥含水率，含水率可降至50%以下，能量消耗低，为普通蒸发脱水能耗的一半，因此可以大幅度降低污水厂污泥处理成本（约下降一半），从而从根本上解决污泥处置难的问题，对污水厂污泥的脱水技术升级改造具有极其重要的现实意义，使城市下水污泥成为燃料资源充分利用，符合国家节能减排产业政策。

2. 国内外研究现状分析

1988年，化学工作者H.HOLLDORFF在研究中发现，D介质可以溶解水分。常温下DME是无色、无毒可燃性气体,但D介质易液化，超过临界压力0.6MPa，D介质就可被液化。日本电力中央研究所研究员神田利用液态D介质干燥劣质褐煤（含水率40%），采用溶剂D介质为载体，使褐煤与液态D介质接触，由于水分在液态D介质中有一定的溶解度（20℃，6.7gH₂O/100g D介质）,褐煤的水分会部分溶解在D介质中，形成高含水率的D介质液化混合物。经过1.5h的反应时间后，分离褐煤与D介质液化混合物，褐煤中的水几乎全部脱除。然后适当降低混合器压力，混合液中液态D介质气化，气体D介质和水分分离，D介质可回收加压冷却再用。利用D介质脱除褐煤中水分，其能耗约为1100kJ/kg水，比常规的蒸发脱水能耗（2100kJ/kg水）降低50%左右。

神田还对D介质溶剂去除油污染土壤中的油，以及超吸收性聚合物脱水进行了研究，研究表明D介质可以有效去除土壤中的油，也可有效地对超吸收性聚合物脱水。日本京都大学大下和辙副教授利用D介质溶剂进行了河道底泥的多氯联苯和水分去除实验，发现在D介质/底泥的体积比为60ml/g,接触时间为70分钟时，可去除底泥中97%的水分和99%的多氯联苯，同时91%的D介质可通过加压回收再次利用。美国EPA国家环境风险管理研究所Endalkachew Sable-Demessie研究员研究了用D介质去除污染土壤中二噁英，发现在48℃、160-250psi压力条件下，总二噁英毒性（TCDD-TEQ）去除率达到95.9%。

目前，由于污泥D介质深度脱水技术属于新兴的一门污泥深度脱水技术，研究处在刚刚起步阶段，因而污泥D介质深度脱水技术利用国家较少。仅有日本在进行研发，目前主要是利用D介质对劣质褐煤进行脱水，对褐煤的D介质深度脱水技术已通过中试，并获得日本工业技术大奖。

3. 研究的基本内容与计划

一：对原污泥性质进行分析，包括分析总含水率, 自由水含率，束缚水含率；总固体ts，挥发性固体vs，悬浮固体ss，挥发性悬浮固体vss, 溶解性scod，tcod，ph，重金属含量等。自由水和束缚水有差示扫描量热仪dsc/dta进行测定。总含水率根据土壤水分测定的国家标准进行测定。

二：实验确定对污水厂污泥（含水率80%左右）的高效脱水过程。确定最适的d介质/污泥的液固比，d介质溶剂流量，d介质溶剂的压力，脱水反应时间。实验比较各种脱水条件下脱水后泥饼的含水量，热值，确定d介质深度脱水的最佳工艺参数。并考察d介质在城市污泥深度脱水中的其他性能：除臭，脱色等。d介质溶剂在一定的压力下，输入d介质与污泥的反应装置。反应结束后，d介质溶剂与污泥分离后，d介质溶剂减压呈气态输出，余下污泥脱除水分，气态d介质加压液化回收。

三：对d介质溶剂的脱水反应进行动力学机理研究，研究不同污泥，不同d介质/污泥液固比、d介质e溶剂的压力，脱水反应时间条件下，脱水率的变化规律与影响因素。定量研究带有萃取反应的传质过程，研究萃取脱水反应速率，结合萃取化学平衡、物质收支，建立d介质对污泥的连续萃取脱水动力学模型。

四：优化小试实验流程，开发一套适用于城市下水污泥的中试技术装置。

4. 研究创新点

一：国内首次采用D介质溶剂对城市下水污泥进行深度脱水与燃料化技术研究。由于D介质溶剂具有价格低廉（4000元/吨），来源广泛，环保清洁，易于工业化生产等优点，本项目可实现城市下水污泥深度脱水与燃料化的大规模生产。

二：利用溶剂对污泥进行深度脱水，不仅可以实现污泥含水率的大幅度降低，还可以使污泥成为燃料进行资源化利用。在取得环境效益的同时，又能使污泥处理企业获得经济效益，实现经济的可持续发展和环境保护的双赢。