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1、精品论文推荐污泥固化/稳定化技术现场试验研究1朱伟 1，吉顺健 1，李磊 2，郑修军 31 河海大学环境科学与工程学院，南京 (210098)2 河海大学科学研究院，南京 (210098)；3 河海大学土木工程学院，南京 (210098)Email：jishunjian摘要：固化/稳定化技术能够解决污泥处理处置中的难题，是一种高效、经济的污泥处理 处置技术。但是目前对于固化/稳定化处理设备以及运行工艺方面缺少研究，对现场处理后 的效果也缺少相应的评价。结合苏州甪直污水处理厂污泥固化/稳定化处理现场中试试验的 需要，研制了一套污泥固化/稳定化处理设备，采用自主研发的固化/稳定化材料开展了污泥 固
2、化/稳定化处理的现场试验。现场研究的结果表明，所研制的设备及工艺能够满足污泥固 化/稳定化处理的要求，处理后的污泥能够进入填埋场进行安全填埋。 关键词：污泥；固化/稳定化；现场试验中图分类号：X70311. 引言由于污水管网收集率提高和污水厂污染物排放标准越来越严格，我国污泥产量呈不断增 加的趋势，目前我国每年排放干污泥约为 550 万600 万吨 1。污泥处理、处置的主要方法 有：填埋、堆肥、焚烧等，其中填埋处置时污泥含水率高、力学性质差，会引起填埋场滑坡 等工程灾害；污泥中含有重金属及病原菌是污泥堆肥时不可小视的问题；污泥焚烧设备及运 行费用昂贵，在我国目前的经济水平下能够投资运行的污水厂
3、并不多见。因此，寻找污泥处 理的新技术是十分迫切的。固化/稳定化方法是一种廉价、可行的污泥处理技术，可以降低 污泥流动性、提高污泥强度、稳定污泥中重金属等污染物，它不仅可作为污泥卫生填埋、最 终处置及利用的预处理方法2,3，而且可以将污泥转为土材料进行资源化再利用46。技术和 经济性两方面都表明污泥固化/稳定化技术是一种适合我国国情的污泥处理方法5。目前对污泥固化/稳定化技术的研究侧重于对固化/稳定化材料及固化/稳定化污泥含水 率、强度、重金属浸出毒性等指标进行研究79，但这些研究都局限于实验室，中试规模上的应用研究尚未见报道。由于现场应用和室内试验间存在“尺寸效应”，同时室内试验难以对 处理
4、设备及工艺开展研究，因此需要开展现场研究，解决实际工程中的设备、工艺问题，同时对现场研究成果进行检测。针对室内研究中存在的问题和不足，本项目研制一套污泥固化/稳定化处理设备，在甪 直污水处理厂开展现场应用研究。对现场处理效果进行检测，为污泥固化/稳定化设备的设 计及工艺优化提供依据。2. 甪直污水厂及污泥处理问题甪直镇是一个位于苏州城东的工业型乡镇，甪直镇污水处理厂主要处理来自工业企业排 放的废水，约占总量的 90%，工业废水中以印染废水为主。甪直污水处理厂的进入水质较 差，CODCr 有时超过 1500mg/L，色度为 200-300 倍，呈暗红色。甪直镇污水处理厂污泥主要来自二沉池和生物处
5、理构筑物，未经消化。脱水污泥含水率在 80%左右，含有病原微生物、有机污染物及铬、锌、铜等重金属。目前甪直镇污水处理 厂将污泥丢弃在洼地，这种处置方式污染地表水，甚至恶化地下水水质；散发的气体有害人1本课题得到江苏省社会发展计划项目(BS2007156)、天津市应用基础研究计划项目(07JCYBJC07600)资助。- 7 -体健康和污染大气。将甪直污水厂污泥进行焚烧处理所需运输和焚烧费用不菲，另外污泥中含有大量重金属，进行大规模堆肥处理也不可行。为了实现污泥安全处置，采用较为廉价的 固化/稳定化技术能够被与甪直污水处理厂情况相似的乡镇污水处理厂接受并推广应用。3. 设备及工艺研究3.1 污泥
6、固化/稳定化工艺及设备研制污泥固化/稳定化技术主要原理为：将脱水污泥和固化/稳定化材料搅拌均匀，材料中的 水泥遇水后发生水化反应，从而提高污泥抗压强度，降低含水率，稳定其中污染物。现场应 用采用具体工艺如下：脱水污泥堆放在储泥斗中，固化/稳定化材料放置在储料斗中，通过 进泥装置将储泥斗中的脱水污泥输送至搅拌桶中，开启加料装置和搅拌装置，加料和搅拌采 用可调速技术，搅拌均匀后开启出泥装置，将固化/稳定化污泥排出固化/稳定化设备。研制的污泥固化/稳定化设备采用钢结构，图 1 为设备结构图，主要包括以下装置：储 泥斗、螺旋进泥输送器、搅拌设备、加药设备、螺旋出泥输送器。储泥斗为上立方体，下锥体；进泥
7、采用螺旋输送进泥器，从储泥斗底部进泥，在搅拌桶上方出泥；圆形搅拌桶内采用 交错双螺旋搅拌浆叶，可进行正反搅拌，确保污泥与固化/稳定化材料混合均匀，底部留有应急出泥口；储料斗为锥体，位于搅拌桶上方，储料斗底部配置加料装置，可调整加料速度；排泥也采用螺旋输送器，从搅拌桶底部将固化/稳定化污泥排出，排泥口高于地面 1.8 米，下 方可停放运输工具；另外，还配有设备运行控制箱。965317842 侧视图352197864 俯视图1:储泥斗、2:进泥管、3:螺旋进泥机、4:搅拌桶、5:搅拌装置、6:储料斗、7:加药装置、8:排泥管、9:螺旋输 出机图 1 污泥固化/稳定化处理设备结构图Fig.1 Str
8、uctural drawing of solidification/stabilization equipment3.2 设备性能将固化/稳定化处理设备在甪直污水处理厂进行现场运行调试，对工艺进行优化，选择 满足甪直污水处理厂污泥处理要求的设备运行参数。经过多次现场试验，将满足实际工程需 要的设备主要性能参数确定为：储泥斗容积为 4 m3、搅拌桶容积为 2 m3、螺旋进泥装置进 泥速度为 3 t/h、材料投加速度为 0.1 t/min，搅拌时间 3 min，处理量 30 t/d。4. 污泥固化/稳定化现场试验4.1 试验材料试验所用污泥为甪直镇污水厂脱水污泥，污泥基本性质见表 1；辅助添加剂为
9、自主研制 的 B01 型辅助添加材料；所用水泥为标号 32.5#的普通硅酸盐水泥。表 1 污泥基本性质Tab.1 Basic characteristics of sludge含水率%密度g/cm3有机质%Cu mg/kgPb mg/kgZn mg/kg80.71.0153.253443.15274.2 试验方法4.2.1 现场固化/稳定化处理污泥在室内研究成果基础上，现场每次试验时污泥量定为 1 t ，水泥量定为 0.2 t ，现场应 用研究时固化/稳定化处理采用配比见表 2。表 2 固化/稳定化方案Tab.2 Project of solidification/stabilization污
10、泥/t水泥/t辅助添加剂 B01/t10.20.10.20.30.44.2.2 现场固化/稳定化污泥性质的检测污泥填埋处置时必须满足以下要求：含水率小于 65%，抗压强度大于 50kPa2，Cu、Zn、 Cr 浸出浓度不超过限定值（Cu:75mg/L，Zn:75mg/L，Cr:12mg/L）10。污泥固化/稳定化处 理后，从含水率、无侧限抗压强度和重金属浸出量来评价固化/稳定化污泥是否满足填埋要 求。固化/稳定化污泥达到 7 天龄期时，依据土工试验方法标准(GB/T50123-1999)取 3 个平行样，测定含水率和无侧限抗压强度；将上述取样后剩余泥样置于阴凉通风处风干，按 锥体四分法取 10
11、.000 g 风干样品，按照固体废物浸出毒性浸出方法- 水平振荡法 (GB5086.2-1997)进行毒性浸出试验，用原子吸收分光光度计测溶液中铜、锌、铬的浓度， 浸出试验设置 3 个平行样。4.3 固化/稳定化处理的效果4.3.1 固化/稳定化对含水率影响研究120100qu/kPa806040200室内现场0.1 0.2 0.3 0.4B01添加量/t图 2 含水率与 B01 添加量的关系Fig.2 Relationship between water percent and B01 content不同 B01 添加量时固化/稳定化污泥含水率如图 2 所示，现场含水率比室内试验含水率小，两
12、者都随 B01 添加量增加而降低。从图中可以看出，含水率随 B01 添加量增加呈直线降低趋势。污泥中添加 B01 后，固 体含量增加；另外，B01 可促进水泥水化反应，将更多的自由水转化为结晶水和矿物水9， 所以 B01 添加量越多，固化/稳定化污泥的含水率就越低。现场试验含水率结果比室内结果低，差距不超过 2%。现场试验搅拌功率和浆叶剪切力 大于室内设备，对污泥菌胶团的破坏力也大于室内搅拌设备，污泥中菌胶团破坏后内部包含 的水分被释放，污泥脱水性能增加11，所以现场试验中释放的水分量高于室内试验，引起 水泥水化反应 (1)、(2)中 Ca(OH)2 溶液饱和度低于室内试验，反应 (1)、(2
13、)更易正向进2(3CaOSiO2) + 6H2O3CaO2SiO23H2O + 3Ca(OH)2(1)2(2CaOSiO2) + 4H2O3CaO2SiO23H2O + Ca(OH)2(2)行，更多自由水转变为化学结合水，所以现场试验含水率结果比室内结果低。污泥填埋时含水率应小于 65%，从图 3 可以看出，现场试验中辅助添加剂 B01 添加量 达到 0.2 t 后，固化/稳定化污泥的含水率低于 65%，满足填埋处置的含水率要求。4.3.2 固化/稳定化对抗压强度影响研究90 现场室内807060w/%504030201000.1 0.2 0.3 0.4B01添加量/t图 3 无侧限抗压强度与
14、 B01 添加量的关系Fig.3 Relationship between unconfined compressive strength and B01 content不同 B01 添加量时固化/稳定化污泥无侧限抗压强度如图 3 所示，抗压强度随 B01 添加 量增加而提高，并且室内试验无侧限抗压强度高于现场试验结果。从图中可以看出，固化/稳定化污泥抗压强度随 B01 添加量增加而提高。污泥含水率过 高不利于水泥水化物的形成，因为水量过高水泥颗粒过于分散，颗粒水化反应后将不能连成 整体，从而不能形成骨架架构，因此固化体得强度难于形成12,13。添加 B01 后，一方面通 过 B01 的强吸水
15、性和凝聚作用，减少水泥颗粒在空隙水中分布的距离，促进水泥颗粒在水 化反应后形成整体，最终提高强度；另一方面 B01 中含有无机粘土矿物，它的掺入为污泥 提供了骨架，因此有利于在水泥水化产物通过胶结作用将这些无机骨架颗粒连成整体骨架， 最终形成固化/稳定化污泥的强度，所以，随着 B01 添加量增加，固化/稳定化污泥的抗压强 度也不断提高5。另外，室内试验无侧限抗压强度高于现场试验结果。现场试验搅拌设备对污泥菌胶团的 破坏力大于室内搅拌设备，从而现场试验中释放的水分量高于室内试验，造成固化/稳定化 污泥中水灰比提高，水泥凝结时间延长14，无侧限抗压强度降低15。因此在现场应用中， 要做到搅拌均匀所
16、需时间越短越好，减少对菌胶团的破坏。室内试验的抗压强度约为现场试验结果的 1.6 倍，将 1.6 称为修正系数，在以后的研究中可以根据室内试验结果，除以修正系数，折算出现场试验固化/稳定化的抗压强度。现场试验中，B01 添加量达到 0.2 t 后，固化/稳定化污泥无侧限抗压强度大于 50 kPa，满足填埋 处置的抗压强度要求。4.3.3 固化/稳定化对 Cu、Zn、Cr 浸出毒性影响研究10CrLCuZnL L8Cr6Fc/mg/L42CuZnF F0.20.10.00.10.20.30.4B01添加量/t图 4 重金属浸出量与 B01 添加量的(210098)关系(L:lab ; F:fie
17、ld)Fig.5 Relationship between leaching of heavy metal and B01 content(L:lab ; F:field)不同 B01 添加量时固化/稳定化污泥 Cr、Cu、Zn 浸出量如图 4 所示，其中 Cu 浸出毒性 最大，Cr 次之，Zn 最小。B01 添加量低于 0.2 t 时现场试验重金属浸出量低于室内试验结果， 添加量超过 0.2 t 后两者无明显差距。从图中可以看出，三种重金属浸出量都随 B01 添加量增加而减少。水泥水化反应时， 重金属会同 OH-或硅酸盐结合成含钙的盐类、吸附在高比表面积的 C-S-H 粒子上、或进入晶 体结
18、构中16，而且 B01 添加量增加后水化产物更易形成整体，重金属可以更多地被水化产 物吸附和包裹，所以随着辅助添加剂 B01 添加量的增加，Cu、Zn、Cr 浸出毒性都明显降低。B01 添加量低于 0.2 t 时现场试验重金属浸出量低于室内试验结果，可能是由于现场试 验中反应（1）、（2）更易正向进行，引起水化硅酸钙产量也多于室内试验，更多的重金属被 水化产物吸附和包裹。从图中看出，现场试验和室内试验固化/稳定化污泥的 Cu、Zn、Cr 浸出量都低于填埋场限制值（Cu:75mg/L，Zn:75mg/L，Cr:12mg/L）。4.4 固化/稳定化处理技术的经济性分析表 3 不同配比时固化/稳定化
19、成本/元吨-1Tab.3 Cost of different solidification/stabilization project/yuant-11:0.2:0.11:0.2:0.21:0.2:0.31:0.2:0.47288104120现场试验所用水泥的成本为 280 元/吨，自制辅助添加剂 B01 成本为 160 元/吨，不同配比的固化/稳定化材料成本见表 3。结合不同配比固化/稳定化污泥含水率、抗压强度和浸出 毒性，可以看出，1:0.2:0.2(污泥:水泥:B01)为现场应用中的推荐配比，此配比的固化/稳定化 材料成本为 88 元/吨。表 4 将固化/稳定化技术与焚烧、堆肥处理方式进
20、行经济性比较17，可 以看出污泥固化/稳定化处理技术是一种廉价的污泥处理方式，值得大规模推广。表 4 污泥不同处理方式经济性比较/元吨-1Tab.4 Cost of different disposing of sludge/yuant-1固化/稳定化焚烧堆肥8812080010003003505. 结论(1) 现场试验研究表明，本项目所研制的污泥固化/稳定化处理设备现场运行情况良好，能 够满足实际工程需要。(2) 污泥经过固化/稳定化处理后含水率得以降低，强度得到提高，并且对重金属类污染物 具有较好的稳定作用，能够满足填埋处置的要求。(3) 本项目所研发的固化/稳定化材料具有高效、廉价的特点
21、，每吨脱水污泥的固化/稳定 化材料成本为 88 元，较其他处理方式具有较强的成本优势，能够进行大规模推广。(4) 现场试验中较大搅拌功率和较长搅拌时间会破坏污泥絮凝态结构，导致固化/稳定化效 果的降低，在设备的研制中需要对此问题加以考虑。参考文献1 马娜, 陈玲, 何培松, 等. 城市污泥资源化利用研究J. 生态学杂志, 2004, 23(1): 86-89 2 赵乐军, 戴树桂, 辜显华. 污泥填埋技术应用进展J. 中国给水排水, 2004, 20(4): 27-30 3 王伟, 袁光钰. 我国固体废弃物处理处置现状与发展J. 环境科学, 1997, 18(2): 87-904 Gurjar
22、 B R. Sludge Treatment and DisposalM. The Netherlands: A A Balkema, 2001. 97-1015 李磊, 朱伟, 林城. 骨架构建法进行污泥固化处理的试验研究J. 中国给排水, 2005, 21(6): 41-436 Kamon M, Inazumi S, Rajasekaran G, et al. Evaluation of waste sludge compatibility for landfill cover application J. Soil and Foundations, JGS, 2002, 42(4): 1
23、3-277 石太宏, 汤兵. 印刷线路板厂含铜污泥固化处理工艺研究J. 环境工程, 2000, 18(3): 47-498 朱伟, 李磊, 林城. 生物与化学作用对污泥固化体渗透性的影响J. 岩土力学, 2006, 27(6): 933-9389 朱伟, 林城, 李磊, 等. 以膨润土为辅助添加剂固化/稳定化污泥的试验研究J. 环境科学, 2007, 28(5):1020-102510 GB18598-2001. 中华人民共和国国家标准S. 北京: 国家环境保护总局, 200111 薛向东, 金奇庭, 朱文芳, 等. 超声对污泥流变性及絮凝脱水性的影响J. 环境科学学报, 2006, 26(6
24、):897-90212 Glasser F P. Fundamental Aspects of cement solidification and stabilizationJ. Journal of HazardousMaterials, 1997, 52:151-17013 Adaska W S, Tresouthick S W, West P B. Solidification and stabilization of wastes using Portland cementR.Skokei, Illinois: Portland Cement Association, 1991. 1-
25、1614 沈卫; 刘昌胜; 顾燕芳. 磷酸钙骨水泥的水化反应、凝结时间及抗压强度J. 硅酸盐学报, 1998, 26(2):129-13515 储诚富, 洪振舜, 刘松玉, 等. 用似水灰比对水泥土无侧限抗压强度的预测J. 岩土力学, 2005, 26(4):645-64916 Glasser F P. Chemistry and microstructure of solidified waste formsA. Chemistry and Microstructure ofSolidified Waste FormsC. Boca Raton:Lewis Publishers, 1993,
26、 1-3117 张义定, 高定, 陈同斌, 等. 城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析-以北京市为例J. 生态环境, 2006, 15(2): 234-238The Field Test Research Of Solidification/Stabilization ForSludgeZhu Wei1，Ji Shunjian1，Li Lei2，Zheng Xiujun31.School of Environmental Science and Engineering，HoHai University，Nanjing(210098)2.Research Academy，HoHai Univ
27、ersity，Nanjing(210098)3.School of Civil Engineering，HoHai University，Nanjing(210098)AbstractSolidification/Stabilization (S/S) is an efficient and economic treatment process can be applied to put the axe in the helve in disposing sludge. But the research on equipment and techniques of S/S and theeva
28、luation of effects of practical disposal are inexistent. According to practical medium scale experiments demand of S/S for Sludge In Luzhi Wastewater Treatment Plant, a S/S equipment fordisposing sludge is manufactured and the practical experiment is actualized with self-manufacturedmaterials for S/S. The results of practical experiment indicate that the equipment and techniques can carry S/Ss point and the solidified/stabilified sludge can be filled securely.Keywords：sludge，solidification/stabilization，practical experiment
