城市污水处理厂污泥固化处理技术研究

固化污泥

第8卷第3期安全与环境学报Vol.8　No.3

2008年6月JournalofSafetyandEnvironment　Jun,2008

文章编号:100926094(2008)0320056204

城市污水处理厂污泥

固化处理技术研究3

车承丹,朱南文,李艳林,赵　玲,叶　清

(上海交通大学环境科学与技术学院,上海200240)摘　要:以水泥、粉煤灰和煤渣为固化剂对城市污水处理厂的污泥进行固化处理。通过抗压强度和重金属浸出毒性来评价污泥固化块的力学性质和安全性能;采用XRD和SEM分析污泥固化块的组成和微观结构。结果表明,水泥、粉煤灰、煤渣对污泥固化块的抗压强度具有有利影响。当水泥掺量为0107kg/kg,粉煤灰掺量为0102kg/kg,煤渣掺量为0106kg/kg,即m(污泥)∶m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(煤渣)=

1∶0107∶0102∶0106时,养护7d的污泥固化块抗压强度约为118MPa。

心玻璃珠状,对重金属有很好的物理吸附作用。另外水泥浆

体的pH值高,粉煤灰和煤渣中的SiO2和Al2O3成分在碱的激发作用下具有活性,生成硅酸盐类和钙矾石类物质,使固化块强度增加。本文在前期工作的基础上,选择水泥、粉煤灰和煤渣配制新型固化剂,固化处理城市污水处理厂污泥,讨论有关药剂的合适配比,分析固化剂对重金属溶出等的影响,并对污泥固化块的化学成分和微观结构进行研究。

1　材料与方法

111　材　料

该配方的污泥固化块对重金属具有较好的固定效果,浸出液中重金属质量浓度满足国家标准。污泥的含水率对污泥固化效果具有不利影响。

关键词:环境工程;城市污水处理厂污泥;固化;;中图分类号:X506:A

0　引　言

,产

量巨大。我国每年约产生5000万t污泥(含水率为75%)[1],而且还在以每年10%的速率增加[2]。城市污水处理厂的污泥含水率高,并含有大量难降解有机物、病原微生物和寄生虫卵、重金属及氮、磷等,如不妥善处理,会造成严重的二次污[3]

染。目前,城市污水处理厂污泥处置的主要手段有填埋、土地利用、焚烧以及建材利用等。其中填埋处置因成本较低、操

[4]

作比较简便而被较多采用。但是污泥在卫生填埋过程中存在很多问题。如,脱水污泥的物理性状往往难以达到填埋场的土力学要求;污泥在填埋场经雨水浸泡后易变成泥浆状态;在污泥与垃圾共填埋的地区,雨水过后,污泥会随着渗滤液流出。因此,污泥填埋极大影响了填埋场的环境质量。为此,在污泥填埋过程中,经常需要对污泥添加大量砂、土等填充料。但这种处理方法会使填埋场有效容积至少降低50%以上。

为了改善污泥填埋性状,使污泥在土力学上满足填埋场处置要求,同时避免填埋场容积被填充料大量占用,有人用水泥、生石灰、粉煤灰、钢渣、疏浚淤泥等对污泥进行固化处理,效果很好[5-8]。水泥对城市污水处理厂污泥具有很好的固化效果[9]。氯化钙和氢氧化钙能够促进水泥-污泥固化体系的凝结速度[10]。采用水泥和飞灰固化污泥,固化块强度和浸出毒性都可以满足建筑工业的要求[11]。采用水泥和明矾石固化污泥,产物也可以用作建筑材料[12]。采用生石灰和钢渣固化污水处理厂污泥,产物可以作为填埋场盖板使用[8]。

水泥的水化反应产生Ca(OH)2、钙矾石和水化硅酸钙等水硬性物质,使固化产物具有很好的力学性质。粉煤灰呈空3收稿日期:2007-10-15

作者简介:车承丹,硕士研究生,从事固体废物的处置研究;朱南

文(通讯作者),教授,从事固体废物的处理与处置技术研究,nwzhu@sjtu.edu.cn。

污泥为上海市某城市污水处理厂的脱水污泥。含水率为71124%,挥发性有机质质量分数为50134%,pH值为8102,略呈碱性。水泥为P.O.5215R硅酸盐水泥。粉煤灰为上海市某火力发电厂的细灰。煤渣为上海交通大学燃煤煤渣,磨细过筛(筛孔直径01mm)。水泥、1。12(-)测,以衡量其力学性能。采用GB/T

[13]

508612—1997《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》进行样品浸出实验。采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(IrisAdvangtage1000,美国热电公司)测定浸出液中的重金属质量浓度。采用pH计(pHS-3C,上海智光仪器仪表有限公司)测定pH值。采用X射线衍射仪(D/max-2200/PC,JapanRigakuCorporation)和场发射扫描式电子显微镜(JSM-7401F,JEOL.Ltd.)分析污泥固化块化学成分和微观结构。

2　结果与讨论

211　固化剂掺量的确定

以水泥、粉煤灰、煤渣掺量为影响因素,以污泥固化块7d的抗压强度为指标,采用正交表L16(45),做3因素4水平正交实验。结果表明,较优的固化剂掺量为水泥0107kg/kg,粉煤灰0102kg/kg,煤渣0106kg/kg,即m(污泥)∶m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(煤渣)=1∶0107∶0102∶0106,此时固化快的抗压强度为11863MPa。各因素的影响按从大到小排序为:粉煤灰、水泥、煤渣。212　粉煤灰掺量对固化块抗压强度的影响

固定水泥和煤渣掺量分别为0107kg/kg和0106kg/kg,考察粉煤灰掺量对固化块抗压强度的影响。粉煤灰的掺量分别为0102kg/kg、0104kg/kg、0106kg/kg、0108kg/kg、0110kg/kg时,污泥固化块抗压强度的结果见图1。

从图1可以看出,不同龄期之间对比,固化块抗压强度与粉煤灰掺量的关系相近。随粉煤灰掺量增加,固化块抗压强度呈下降趋势。龄期为7d、14d、28d的固化块抗压强度从粉煤灰掺入0102kg/kg时的11785MPa、31409MPa、31830MPa,降

表1　水泥、粉煤灰和煤渣的化学组成

Table1　Chemicalproportionofcement,PFAandcinder

Si2O

Fe2O33134418412127

Al2O351113310121140

CaO6313321987195

MgO210601951122

%

水泥　粉煤灰煤渣　

231034913052114

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