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污水處理廠脫水污泥固化試驗(yàn)研究

文檔作者：鄒升升田偉王增長張弛文檔來源：太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年03月05日
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2011年第l期(總第64期)
紅源占予銘
ENERGY AND ENERGY CONSERVATl0N 2011年1月
櫨-‘ 。：}辮
ii莓術(shù)研鴦i
污水處理廠脫水污泥固化試驗(yàn)研究
鄒升升， 田偉， 王增長， 張弛
(太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024)
摘要： 污泥固化是當(dāng)前處理污水廠脫水污泥的主要方法，但仍存在水泥用量大，固化后的污泥強(qiáng)度低等問題。提出了
加入水泥和黏土共同固化污泥的方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，以黏土為骨料的固化污泥強(qiáng)度達(dá)到填埋和資源化利用的要求，可
防止其造成二次污染，達(dá)到變廢為寶的目的。
關(guān)鍵詞： 污泥固化；污泥強(qiáng)度；水泥；黏土
中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：2095m802．(2011)01JD079_03
Experimental Study on Sewage Sludge Solidincation of Dewatered Sludge
ZOU Sheng—sheng， TIAN Wei， WANG Zeng—zhang， ZHANG Chi
(CoIIege of Envi唧nmentaI scince and Engin∞nng，T￡li)，u鍆Unive噶ity of№hnoIogy，T￡Iiyu鍆0300舛，Shan)d，Chi隱)
Abstract：Sewage sludge solidification is currently the min method of dewatered sludge treatment，but t}lere a陀8tiU rn粕y prob_
lems such硒large consumpti∞of cem衄t粕d low strength．So this study pmposed to join cement鋤d clay to solve this 8ituation．
ne r郫ult8 showed tllat sludge soIid訪cation strength which IIse clay髂ag目regate met the reqllireInents for l肌dfiⅡ鋤d res伽rce utili—
zation． It c粕preVent∞condary pouuti∞粕d achieVe the pu巾。鴕of tuming waste into tre鵲ur；e．
Key words：sludge solid訪cation；strengtIl；cenlent；clay
O 引言
隨著污水處理廠的擴(kuò)建與新建，污泥量也在不斷
增加，其處理費(fèi)用約占城市污水總運(yùn)行費(fèi)用的20％一
50％。城市污水廠產(chǎn)生的污泥含水率高，并含有機(jī)物，
微生物，重金屬等，容易造成二次污染。污水廠污泥的
處理方法有填埋，焚燒，土地利用，做建筑材料等。填
埋法處理成本相對較低，操作也相對簡單，所以，當(dāng)前
中國大多數(shù)污水處理廠的污泥處置采用土地填埋法，
占污水處理廠的63．03％，但由于污泥含水量高、抗剪
切強(qiáng)度低、易被雨水沖刷成流態(tài)，影響了污泥在垃圾填
埋場的填埋操作。為此，有些填埋場在污泥中加如大
量砂、土等材料，但這又會大大增加污泥的體積，使填
埋費(fèi)用大大增加。針對這個(gè)問題，本試驗(yàn)提出了在污
水廠脫水污泥中加人水泥和黏土增加其抗壓強(qiáng)度的方
法，其中，水泥作為主要的固化材料，黏土作為骨料?。
單純用水泥固化污泥的方法有處理成本高、強(qiáng)度低
等缺點(diǎn)，所以本試驗(yàn)在此基礎(chǔ)上加入黏土與水泥反應(yīng)，以
達(dá)到增加污泥抗壓強(qiáng)度、降低處理成本的目的口引。
l試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)中所用水泥為32．5號普通硅酸鹽水泥，黏土
收稿日期：2010—10-lI
第一作者簡介：鄒升升，1987年生，男，山東濰坊人，2008年畢業(yè)于
青島理工大學(xué)給水排水工程專業(yè)，太原理工大學(xué)在讀碩士研究生。
在太原理工大學(xué)校內(nèi)所取，污泥為太原某污水廠脫水
后污泥。黏土的塑限為22．3％，塑性指數(shù)為13．5％，含
水率為23．1％。污泥有機(jī)質(zhì)含量為75．1％，含水率為
84．2％。水泥的主要化學(xué)成分含量為Ca062．2％，
Si0224．3％，m2035．3％，F(xiàn)e2033．2％，M901．8％。
試驗(yàn)時(shí)，將污泥、水泥和黏土按一定比例混合(見
表1)。攪拌均勻后按土工試驗(yàn)規(guī)范的要求分3層裝入
直徑39．1 mm，高度80 mm的模具中，每層振動2 min，
振動完成后將試樣和模具放人恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)，l天
后脫模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)7 d，測其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。
表l試驗(yàn)方案單位為千克／千克
水泥摻入量黏土摻入量
0．1 0 0．2 O．4 0．8 1．2 1．6 2．0 2．4
0．2 0 O．2 O．4 0．8 1．2 1．6 2．O 2．4
0．4 O O．2 O．4 O．8 1．2 1．6 2．O 2．4
0．6 O O．2 O．4 O．8 1．2 1．6 2．0 2．4
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1 污泥強(qiáng)度
7天后的到得結(jié)果見圖1、圖2。
由兩圖可看出：
a)當(dāng)水泥摻人量一定時(shí)，存在一個(gè)黏土摻入量的
峰值使污泥強(qiáng)度最大。以此為臨界點(diǎn)，在此之前，污泥
強(qiáng)度隨著黏土摻入量的增大污泥強(qiáng)度增加；在此之后，
隨著黏土摻人量的增大有所下降。并且峰值的位置隨
水泥摻入量的增大而向右移動。其原因是在此峰值之
·79·
萬方數(shù)據(jù)
2011年第1期紛；夏與芋釷2011年1月
前，水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)物能與黏土中的礦物質(zhì)發(fā)生反
應(yīng)并形成堅(jiān)固的骨架，使污泥強(qiáng)度增大；在此峰值之
后，水泥中的水化反應(yīng)產(chǎn)物不足以與黏土中的礦物質(zhì)
完全反應(yīng)，導(dǎo)致污泥強(qiáng)度有所下降；水泥摻入量越大，
能與水泥水化反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)的的黏土越多，導(dǎo)致峰值
的移動；
F碉
I—o．2k叭g|
I十o．4 kg佃I
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圖l無側(cè)限抗壓強(qiáng)與黏土摻入量的關(guān)系
圖2無側(cè)限抗壓強(qiáng)與水泥摻入量的關(guān)系
b)當(dāng)黏土摻人量為0時(shí)，隨著水泥摻人量的增加，
污泥強(qiáng)度逐漸增大，但整體強(qiáng)度都不高。摻入黏土之
后，污泥強(qiáng)度明顯增大。可以認(rèn)為，黏土作為固化污泥
的骨架，對污泥強(qiáng)度的作用明顯；
c)當(dāng)黏土摻入量一定時(shí)，固化污泥的強(qiáng)度與水泥
摻入量呈線性關(guān)系，隨著水泥摻人量的增加，固化污泥
的強(qiáng)度增加。因?yàn)樗嗟乃磻?yīng)產(chǎn)物是污泥固化反
應(yīng)主要材料。
3．2固化反應(yīng)機(jī)理
水泥固化是一種廢物固化處理方法，也是危險(xiǎn)廢
物無害化、穩(wěn)定化處理的一種方法。水泥是一種無機(jī)
膠結(jié)材料，加水產(chǎn)生水化反應(yīng)，反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥
塊。水泥固化法常用于固化含有有害物質(zhì)的污泥，水
泥同污泥中的水分發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生凝膠化，把含有有害
物質(zhì)的污泥微粒分別包覆而逐漸硬化，這種固化體的
結(jié)構(gòu)主要是在水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的3CaO·SiO：結(jié)晶
體之間包進(jìn)了污泥的微粒，因此，即使固化體破裂或粉
碎并浸入水中，也可減少有害物質(zhì)的浸出性。在水泥
固化過程中，由于廢物組成的特殊性，常會遇到混合不
均勻，過早或過遲凝固，產(chǎn)品的浸出率較高、強(qiáng)度較低
等問題。為了改善固化物性能，在固化過程中可適當(dāng)
·80·
加入一些添加劑，如沸石、黏土、緩凝劑或速凝劑、硬脂
酸丁酯等。
水泥的主要成分有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三
鈣、鐵鋁酸四鈣及少量石膏，與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成有
結(jié)晶水的水化物及析出一點(diǎn)的氫氧化鈣如：
3CaO·Si02+H20_CaO·2Si02·3H20+Ca
(OH)：。
2CaO·Si02+6H20=3CaO·2Si02·3H20+Ca
(OH)2。
3CaO·A1203+H20—媽CaO·A1203·6 H20。
4Ca0·A1203·Fe203+H20—}3CaO·A1203·6
H20+CaO·Fe203·H20。
最后的氫氧化鈣與石膏在空氣中繼續(xù)炭化凝固。
污泥固化提高材料強(qiáng)度的機(jī)理主要是水泥水化反
應(yīng)生成的水化硅酸鈣對固體廢物顆粒產(chǎn)生膠結(jié)作用。
污泥由于含水率高，其中的無機(jī)固體顆粒成分非常少，
固化處理后所形成的強(qiáng)度主要是依靠水泥水化反應(yīng)形
成的水化產(chǎn)物，而污泥顆粒自身對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)很少，這
樣就需要消耗大量的水泥才能獲得一定的強(qiáng)度，所以
處理費(fèi)用非常高昂，尚不能為國內(nèi)市場所接受，影響了
這一技術(shù)在中國的推廣和應(yīng)用HJ。
污泥中的有機(jī)質(zhì)和含水率是影響固化強(qiáng)度的主要
因素，有機(jī)質(zhì)和水分過多使水泥固化作用微弱，單獨(dú)使
用水泥固化效果不好。加入黏土使污泥中的有機(jī)物和
含水率大大降低，并且黏土中的礦物質(zhì)與水泥的水化
反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)，充當(dāng)骨料，使污泥的強(qiáng)度大大增加。
3．3污泥體積
污泥同化過程中要加入水泥和黏土，使固化后的
污泥的質(zhì)量和體積都增大。當(dāng)污泥體積增加過大時(shí)．
污泥處理的費(fèi)用就會增大，如填埋場需要更大的空間
填埋固化后體積變大的污泥。因此對污泥固化前后的
體積進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)水泥和黏土摻加量與固話污泥
的體積增加呈線性關(guān)系。
記固化前污泥體積為K，固化后污泥體積為K，
△y=％一K，水泥摻加量兒，黏土摻人量脅，其中，水泥
摻人量對固化污泥的體積影響較小，影響系數(shù)約為
0．3；黏土摻人量對固化污泥的體積影響較大，影響系
數(shù)約為O．8，以公式表示是
△y一0．札。+0．甌￡。(1)
由于固化污泥體積的變化，所以要綜合考慮固化
污泥強(qiáng)度與污泥體積來決定黏土和水泥的摻人量”]。
3．4最佳摻入比
固化后的污泥不同的處理方法所需要的抗壓強(qiáng)度
不同，如果用作填埋一般認(rèn)為需要無側(cè)限抗壓強(qiáng)度>
50 kPa，作為建筑填土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度>200 kPa，影響
固化強(qiáng)度的因素水泥摻人量>黏土摻入量?？紤]到固
化污泥的體積變化、固化費(fèi)用等因素，以固化后體積增
加小為優(yōu)；水泥價(jià)格較高，是影響固化費(fèi)用的主要因
萬方數(shù)據(jù)
2011年第1期鄒升升，等：污水處理廠脫水污泥同化試驗(yàn)研究2011年1月
素，所以以水泥摻入量小為優(yōu)。綜合考慮以上因素，用
作填埋的最佳固化劑摻入量為水泥O．11 kg／kg，黏土
0．21 kg／kg；用作建筑填土的最佳固化劑摻入量為水泥
0．28 kg／kg，黏土0．45 kg／kg。
4結(jié)論
a)用水泥和黏土共同固化污泥，比單獨(dú)用水泥固
化污泥的污泥強(qiáng)度明顯提高，處理費(fèi)用大大降低；
b)存在一個(gè)黏土摻入的峰值，該峰值受水泥摻入
量的影響。水泥摻人量越大，該峰值就越大；
c)黏土摻入量比水泥摻入量對固化污泥的體積影
響大。所以黏土也不宜加入過多；
d)用作填埋的最佳固化劑摻人量為水泥
0．1lkg／l【g，黏土0．21 kg／kg；用作建筑填土的最佳固化
劑摻人量為水泥0．28 kg／kg，黏土0．45 kg／kg。
參考文獻(xiàn)：
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(責(zé)任編輯：耿建華)
駱息資磁
世行成立新基金資助發(fā)展中國家碳交易
中圖分類號： F124．5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C 文章編號：2095_0802一(2011)01J0081旬1
ne WorⅪBaIll【Found New F哪d to Endow the Carbon Trading of DeVeloping Co岫tri曬
2010年12月9日，在聯(lián)合國氣候變化框架公約坎
昆會議期間舉行的一個(gè)啟動儀式上，世界銀行行長佐
利克宣布建立“市場準(zhǔn)備伙伴基金”。
該伙伴基金獲得澳大利亞(1 000 x 104澳元)、歐
盟(500×104歐元)和美國(500×104美元)共計(jì)2 000
多萬美元的資金承諾，此前，挪威也承諾了500×104美
元。此外，德國、日本和英國也表示了為該舉措提供資
金支持的意向。
該伙伴基金的目標(biāo)是總共籌集l×108美元，預(yù)計(jì)
2011年初開始運(yùn)作，支持包括技術(shù)、政策和制度干預(yù)在
內(nèi)的各種碳市場準(zhǔn)備度舉措。
佐利克指出：“這個(gè)新的伙伴基金聯(lián)合了發(fā)達(dá)國家
和發(fā)展中國家，將幫助各國準(zhǔn)備好建立國內(nèi)交易體系
和利用其他市場手段實(shí)現(xiàn)國家的減排目標(biāo)。發(fā)展中國
家尋找市場準(zhǔn)備度資助這一事實(shí)就是國家層面積極推
動氣候應(yīng)對措施的明證，這些國家沒有在坐等，他們已
將此作為自身發(fā)展目標(biāo)的一部分。”
中國、智利、印尼、墨西哥等國都在探索利用碳市
場工具和排放交易機(jī)制，作為鼓勵投資發(fā)展碳排放替
代技術(shù)的一種方式。這些國家基于過去10年《京都議
定書》下的清潔發(fā)展機(jī)制，總結(jié)和吸收經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)
本國情況因地制宜。例如，智利政府在探索建立一個(gè)
國內(nèi)排放交易制度；同樣，印度也在積極建立可再生能
源和能效證書的交易制度。
此外，中國也加入了伙伴基金。國家發(fā)展改革委
副主任解振華說：“中國已在5個(gè)城市和8個(gè)省開展了
低碳經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)。中國準(zhǔn)備探索利用國內(nèi)排放交易制度
實(shí)現(xiàn)減排的可行性。‘市場準(zhǔn)備伙伴基金’將為這個(gè)舉
措提供及時(shí)的支持。”
在宣布提供l 000×104澳元捐助時(shí)，澳大利亞氣
候變化與能效部長康貝特說：“廣大和運(yùn)行良好的碳市
場有助于以最公平、最高效和最經(jīng)濟(jì)的方式減少碳污
染。澳大利亞期待著與其他合作伙伴共同進(jìn)行能力建
設(shè)，建立和擴(kuò)大碳市場?！?
(張君摘編)

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03-05