重金属污泥固化脱水技术方案汇总.docx
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重金属污泥固化脱水技术方案汇总
重金属污泥固化脱水技术方案
（30吨/日）
重金属污泥固化脱水技术方案
一、前言
1、重金属污泥
重金属污泥（以电镀污泥为例）主要来自于金属表面处理产业以及金属工业,其过程中产生的排放物，其中含有大量的铬、镉、铜、镍、锌等有毒重金属，成分十分复杂，被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。
因此污泥须进一步中间处置后方能掩埋。
由于固化方法之操作工程简单及设备成本低廉,因此国内传统上皆采用固化方式对重金属污泥进行中间处理。
2、固化/稳定化技术
在危险固体废物诸多处理手段中，固化技术是危险废物处理中的一项重要技术，通过固化剂和电镀污泥混合，将污泥内的重金属等有害物质封闭在固化体内而不被浸出，以达到消除污染的目的，具有固化材料易得、处理效果好、成本低的优势。
采用的固化材料有水泥、石灰、玻璃、HAS土壤固化剂和热塑料物质等。
二、固化/稳定化理论
1、固化
废物固化是用物理-化学方法将有害废物参合并包容在密实的惰性基材中，使其稳定化的一种过程。
通常被应用于以下方面：
（1）对具有毒性或强反应性等危险废物进行处理，使其满足填埋处置的要求。
（2）其他处理过程中产生的残渣，例如焚烧产生的灰份的无害化处理，其目的是最其进行最终处置。
（3）在大量土壤被有害污染物所污染的情况下对土壤进行去污。
因此，危险废物固化/稳定化处理的目的，是使危险废物中的所有污染组分呈现化学惰性或者被包容起来，以便运输、利用和处置。
在一般情况下，稳定化过程是选用某种适当的添加剂与废物混合，以降低废物的毒性和减小污染物自废物到生态圈的迁移率。
因而，它是一种将污染物全部或部分地固定于作为支持介质、粘结剂或其他形式的添加剂上的方法。
固化过程是一种利用添加剂改变废物的工程特性（例如渗透性、可压缩性和强度等）的过程。
固化可以看作是一种特定的稳定化过程，可以理解为稳定化的一个部分。
但从概念上是有区别的，无论是稳定化还是固化，其目的都是减小废物的毒性和可迁移性，同时改善被处理对象的工程特性。
危险废物固化/稳定化的途径是：
1）将污染物通过化学转变，引入到某种稳定固体物质的晶格中去；
2）通过物理过程把污染物直接掺入到惰性基材中去。
固定化具有固化和稳定化作用的过程
限定化将有毒化合物固定在固体粒子表面的过程
包容化用稳定剂/固化剂凝聚，将有毒物质或危险废物颗粒包容或覆盖的过程。
固化的产物是结构完整的整块密实固体。
2、稳定化
稳定化是将有毒有害废物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质的过程。
稳定化一般可分为化学稳定化和物理稳定化。
（1）化学稳定化是通过化学反应是使有毒物质变成不溶性化合物，使之在稳定的晶格内固定不动；
（2）物理稳定化是将污泥或半固体物质与一种疏松的物料（如粉煤灰）混合生成一种粗颗粒、有土壤状坚实度的固体。
目前常用的固化/稳定化方法有：
水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、有机聚合物固化、自胶结固化、熔融（玻璃）
3、固化技术对不同危险废物的适应性
危险废物种类繁多，并非所有的危险废物都适于固化处理。
固化技术最早是用来处理放射性污泥和蒸发浓缩液的。
固化技术特别适用于含重金属的废物。
4、固化处理的基本要求
（1）得到的产品应该是一种密实的、具有一定几何形状和较好物理性质、化学性质稳定的固体；
（2）处理过程必须简单，应有有效措施减少有毒有害物质的逸出；
（3）最终用产品的体积尽可能小于掺入的固体废物的体积；
（4）残品中有害物质的水分或其他指定浸提剂所浸析出的量不能超过容许水平或浸出毒性标准。
（5）处理费用低廉；
（6）对于固化放射性废物产生的固化产品，
（7）还应有较好的导热性和热稳定性。
5、固化产品性能的判定标准
（1）浸出率
测定各类废物固化体的抗浸出性能，预测其在长期贮存条件下的安全性。
选择聚乙烯或聚丙烯作为浸出容器材料，以去离子水或合成海水作为浸出剂，将一定尺寸的试验样品用尼龙丝悬挂于浸出容器中，在25±5℃；40±2℃；70±2℃；90±2℃的浸出温度下进行浸出至在试验误差范围内浸出率实际恒定不变。
一般从开始试验的第1,3,7,10,14,21,28,35和42天后更换浸出剂，以后每一个月更换一次。
然后对浸出液（包括溶解的、悬浮的、沉积的和吸附的）进行分析，从而确定固化体的类型或组成。
（2）体积变化因数
即固化处理前后危险废物的体积比。
也可以称为减容比、体积缩小因数,体积扩大因数。
（3）抗压强度
避免出现破碎和散裂，从而增加暴露的表面积和污染环境的可能性。
6、水泥固化技术
水泥是最常用的危险废物稳定剂。
水泥是建筑用胶凝材料,按化学组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥三大类。
硅酸盐水泥是普遍常用的水泥,又称波特兰水泥,铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥是特种用途的水泥。
水泥的发明
1824年10月21日,英国利兹（Leeds）城的泥水匠阿斯普丁（J.Aspdin）获得英国第5022号的“波特兰水泥”专利证书,从而一举成为流芳百世的水泥发明人。
他的专利证书上叙述的“波特兰水泥”制造方法是,“把石灰石捣成细粉,配合一定量黏土,掺水后以人工或机械搅和均匀成泥浆。
置泥浆于盘上,加热干燥。
将干料打击成块,然后装入石灰窑煅烧,烧至石灰石内碳酸气全部逸出。
煅烧后的烧块再将其冷却和打碎磨细,制成水泥。
使用水泥时加入少量水分,拌和成适当稠度的砂浆,可应用于各种不同的工作场合。
”该水泥水化硬化后的颜色类似英国波特兰地区建筑用石料的颜色,所以被称之为“波特兰水泥”。
适用对象
以水泥为基本材料的固化技术最适用于无机类型的废物，尤其是含有重金属污染物的废物。
由于水泥所具有的高pH值，使得几乎所有的重金属形成不溶性的氢氧化物或碳酸盐形式而被固定在固化体中。
但是汞仍然要以物理封闭的微包容形式与生态圈进行隔离，铅主要沉积于水泥水化物颗粒的外表面，而铬则较为均匀的分布于整个水化物的颗粒之中。
有机物对于水化过程有干扰作用，使得最终产物的强度减小，并使稳定化过程变得困难。
用水泥固化的主要缺点是对于一定的污染物较为敏感，会由于某些污染物的存在而推迟固化时间，甚至影响最终的硬结效果。
①pH值要注意pH值过高时会形成带负电荷的羟基络合物，导致溶解度升高。
②水、水泥和废物的量的比水分少无法保证水泥的充分水合作用；水分过大会出现泌水现象，影响固化体的强度。
③凝固时间为确保混合浆料有足够的时间进行运输等操作，必须适当控制初凝和终凝时间。
7、其它固化方法
（1）石灰固化指以石灰、垃圾焚烧飞灰、水泥窑灰以及熔矿炉炉渣等具有波索来反应的物质为固化基材而进行的危险废物固化的操作。
（2）塑性材料固化
①热固性塑料包容：
热固性塑料指的是在加热时会从液体变成固体并硬化的材料。
这种材料即使以后再次加热也不会重新液化或软化，实际上是一种从小分子变成大分子的交链聚合过程。
主要是在每个废物颗粒的周围形成一层不透水的保护膜，由于大多数废物不与包封材料发生反应，所以包封的效果仅取决于废物自身的形态以及进行聚合的条件。
优点：
热固性塑料包封法在过去曾是固化低水平有机放射性废物（如放射性离子交换树脂）的重要方法之一，同时也可用于稳定非蒸发性的、液体状态的有机危险废物。
缺点是操作过程复杂，热固性材料本身价格高昂，操作过程容易引起燃烧起火。
②热塑性材料包容：
主要有沥青、石蜡、聚乙烯、聚丙烯等。
以沥青为例：
固化的工艺主要包括三个部分，固体废物的预处理、废物与沥青的热混合以及二次整齐的净化处理。
（3）熔融固化技术，也可以成为玻璃化技术。
该技术是将待处理的危险废物与细小的玻璃质，如玻璃屑、玻璃粉混合。
经混合造粒成型后，在1000-1100℃高温熔融下形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保固化体的永久稳定。
缺点是需要很高的能源消耗，优点是可以得到高质量的建筑材料。
（4）自胶结固化技术
自胶结固化是利用废物自身的胶结特性来达到固化目的的方法。
该技术主要用来处理含有大量硫酸钙和亚硫酸钙的废物，如磷石膏、烟道气脱硫废渣等。
在废物中的二水合石膏的含量最好高于80%。
（5）药剂稳定化
药剂稳定化技术以处理重金属废物为主，主要包括下列处理技术,
①重金属的药剂稳定化技术，包括批pH值控制技术、氧化还原电势控制技术、沉淀技术等；
②吸附技术；
③离子交换技术；
④其他技术药剂稳定化技术的重要应用
对于常规的固化技术，存在一些不可忽视的问题，如废物经固化处理后体积都有不同程度的增加，有的会成倍的胀大。
另一个重要问题是废物的长期稳定性，很多研究都证明了固化/稳定化的主要机理，是废物和凝结剂之间的化学键结合力、凝结剂对废物的物理包容及凝结水合产物对废物的吸收作用。
而确切的包容机理和固化体在不同化学环境中的长期行为的认识还很不够。
用药剂稳定化技术处理危险废物，可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置系统的总体效果和经济性。
同时，可以通过改进螯合剂的构造和性能，使之与废物中危险成分之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。
三、技术方案
重金属污泥主要来自重金属废水的处理过程。
对重金属污泥的处理应首先考虑回收利用；经回收利用后的污泥如其浸出毒性超过一定的限值就必须进行固化/稳定化处理，达到无害化的条件后填埋处理或其他利用。
1、技术描述
JD污泥固化/稳定化处理技术，是利用污泥的物化改性的机理破坏污泥中微生物细胞结构，促使胞内水的释放，并通过一系列复杂的物理化学反应（如水化反应），将有毒有害的物质固定在固化形成的网链（晶格）中，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，从而降低污泥的持水性，加速污泥脱水的进程。
污泥物化改性处理技术既可用作特殊工业污泥，如含重金属污泥，含油污泥，电镀污泥、印染污泥等危险废物的固化处理，也可用于城市污水处理厂产生的普通污泥的固化处理。
污泥与改性剂会发生下列反应，进而致使污泥干化。
①水化反应
固化剂与污泥中的水分发生水化反应，产生热量（温度升至60～80℃）致使污泥中的水分蒸发。
在反应过程中破坏微生物细胞结构，促使胞内水分释放。
②离子交换反应
带负电荷的污泥颗粒与石灰中的钙离子固化剂中正离子发生结合，使悬浮的污泥颗粒发生沉淀凝聚。
③普查兰（灰结）反应
凝聚土颗粒与固化剂阳离子反应形成结晶产生硬化。
④碳化反应
固化剂与污泥中的碳酸和空气中的二氧化碳发生反应生成固化碳酸盐。
由于碳酸盐基本不溶于水，一旦产生碳酸盐化，则污泥就不再泥化。
2、技术特点
根据上述机理，将几种矿物按设计配方煅烧活化并复配，必要时加入促凝剂和防水剂，配制了一种新型污泥改性剂。
针对污泥的干化处理，优点如下：
①干化时间短，可以在短期内（48-72h）使污泥干化，大幅降低污泥含水率；
②添加量少（10％～15％），同时可以抑制臭气的产生；
③不对污泥造成二次污染，并能改进污泥的性能，促进污泥的稳定化。
④干化过程简化，易于生产和施工；
在污泥干化过程中，改性剂与化学污泥中Al，Ca，Fe，Mg等离子发生胶凝反应后形成晶体，晶体形态主要为针状，长柱状，并且彼此相互交叉连结成网状结构，缩短了固化时间。
3、污泥处理流程
工艺过程说明：
1、在污泥储池内，由储池下部皮带输送机送入双螺旋搅拌机。
采用间歇式搅拌处理，内置料位控制器控制污泥加入量（同时起到计量作用）。
2、药剂放入药剂仓内，药剂仓与两台单螺旋输送机相连，通过单螺旋输送机计量送到双螺旋搅拌机内。
3、污泥与药剂在搅拌机中混合，使污泥与药剂最大面积的接触，将它们充分均匀地混合反应。
4、搅拌好的物料，由污泥泵打入压滤机中，单台机完成30t/d处理量。
5、经过搅拌压滤后的物料从压滤机底部出料口自由落在水平皮带输送机上，最后进入堆棚堆放或外运。
4、主要工艺设备
污泥调理压滤处理工艺流程中主要包括污泥调理系统和高压板框压滤系统。
（1）污泥调理系统
污泥调理系统包括污泥搅拌机、药剂存储车间、药剂定量送料螺旋。
药剂存储车间内设有固化剂料仓、螺旋输送机等设施。
这些设施可稳定高效地将车间内存储的固化剂输送到污泥搅拌设备中去。
污泥和固化剂按设计配比进入搅拌机，经搅拌混合均匀后由污泥泵送入压滤备料仓。
（2）高压板框压滤系统
高压板框压滤系统包括改性污泥备料仓、高压板框压滤机、污泥输送螺杆泵、污泥破碎机、皮带输送机等。
经过投加药剂搅拌改性后的污泥泵送入备料仓，以确保后续压滤设备的稳定运行。
备料仓内的改性污泥由污泥泵送入高压板框压滤机中，经加压脱水后，半干化污泥落至皮带传输机上，运入堆棚。
（3）辅助系统
湿污泥输入系统；
半干污泥输出系统；
废水处理排放系统；
厂房及供水、供电、供压缩气、照明、操作室、休息（更衣）室等配套设施，以及设备基础土建等部分。
5、主要工艺设备投资估算
日处理量30吨（含水率80%）的原泥，污泥改性和高压板框压滤脱水到污泥含水率50%-58%，成套设备投资约为95万元人民币（厂房、堆场、污泥池、污水池及设备承重基础土建费和给排水、供电照明、供压缩气等配套设施投资额除外）。
序号
主要设备名称
数量
价格（万元）
备注
1
湿泥输入设备
1套
4.5
不含污泥池
2
污泥调理设备
1套
8
3
高压板框压滤机
1台
50
50吨/台.日
4
半干泥输出设备
1套
6
5
各类泵阀仪表，电控设备
1套
5
6
各类管道及操作平台钢构
1套
5
7
其他辅助设备
1套
3.5
8
设备小计
82
9
设备运输安装及调试培训
8.2
设备部分10％
10
工程税金
4.92
设备部分6％
11
合计
95.12
不含土建
6、工程项目建设进度计划
月份
工作内容
1
2
3
4
5
6
施工图设计
土建施工
设备制作
安装调试
开车验收
7、有关说明
1.车间面积不少于200m2，污泥池不小于30m3，污水池不小于30m3，污泥堆场（棚）不小于100m2；
2.设备装机约50kw；
3.污泥调理及设备冲洗，日需自来水大约30m3，合计脱水产生约50m3废水需处理后达标排放或回送到污水处理集水（调节）池；
4.工作时间：
二班16小时，操作人员：
4-6人；
5.药剂费：
30—40元/吨污泥（80%含水率），常用药剂可市场采购；
6.污泥处理成本=药剂费+电费+滤布耗材+人工费+维修保养费=50-60元/吨污泥（80%含水率）；
7.建议当天污泥，当天处理完，减少污泥滞留发酵产生恶臭废气；
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