【摘要】：隨著城市的迅猛發(fā)展,城市污泥的產出量迅速增加,其含水率高且呈現(xiàn)一種穩(wěn)定的液-固相混合漿態(tài)特征,僅靠城市污水處理廠的機械力處理只能將其含水率降至80%左右,進一步的干化通常采用熱干燥等手段,能耗較高,同時干化后的污泥遇水又轉變?yōu)槟酀{態(tài),且其中重金屬可能浸出造成環(huán)境的二次污染。本文從“節(jié)能減排”和“循環(huán)經濟”角度出發(fā),提出以工業(yè)廢渣—礦渣為主要原料,通過多種激發(fā)劑復合實現(xiàn)礦渣的高效激發(fā),形成一種經濟、有效的城市污泥干化劑,對經城市污水廠機械脫水后的濕污泥(泥餅)進行有效干化,降低污泥含水率的同時改變污泥膠狀親水性能并固化其中部分重金屬,實現(xiàn)污泥的“無害化、穩(wěn)定化”處置。同時,通過污泥干化劑的加入調整污泥中無機物組分,從而代替部分粘土燒制污泥陶粒,進一步實現(xiàn)污泥的“資源化”處置。 本文以武漢市某污水處理廠機械脫水后的濕污泥為研究對象,在對其自身理化特性、污染特征進行全面測定和分析的基礎上,首先研究了生石灰和普通硅酸鹽水泥等單一膠凝材料對污泥干化效果,并以HAS土壤固化劑及其相關的淤泥改性研究成果為基礎分別研究了兩類礦渣基HAS土壤固化劑對濕污泥的干化效果。在對上述四種材料的干化效果及機理進行比較、分析的基礎上,提出采用礦渣、生石灰、二水石膏、活性激發(fā)劑A及促凝劑五組分復合配制污泥干化劑。通過對污泥干化劑干化效果的研究,分析了其應用于濕污泥干化處理的可行性并結合XRD、SEM等技術對其干化機理進行了探討。同時,對半干化處理后污泥的耐水性及浸出毒性也進行了研究。最后,以半干化污泥為原料進行了污泥陶粒燒制試驗并分析了污泥陶粒的性能與結構,探索了其資源化利用的可行性和安全性。本文的主要研究內容包括以下幾個方面： (1)污泥干化劑配方優(yōu)化研究 為分析污泥干化劑各組分配比對其干化效果的影響,對污泥干化劑的配方進行了優(yōu)化研究,其中促凝劑質量含量很小,采用外摻方式,因此污泥干化劑的配方研究主要分為礦渣、生石灰、二水石膏、活性激發(fā)劑A的四組分配方試驗和促凝劑摻量的優(yōu)化試驗兩部分。四組分配方試驗采用帶約束條件的配方均勻實驗設計方法,通過對試驗結果的二次多項式回歸分析,建立了干化污泥含水率與四組分質量含量間的回歸模型。同時,根據(jù)各因素的約束條件,建立了配方優(yōu)化模型,并通過復合形法優(yōu)化計算得出了四組分的最優(yōu)配比。在此基礎上,考慮經濟性等因素后對配比進行了進一步調整,確定了四組分的最佳配比。促凝劑摻量優(yōu)化試驗以四組分最佳配比為基礎,比較了外摻促凝劑B和C及不同摻量條件下干化污泥含水率高低,從而確定了促凝劑的種類和最優(yōu)摻量。兩試驗結果表明,污泥干化劑的最佳配比為：40%的礦渣+21.09%的生石灰+30.91%石膏+8%的活性激發(fā)劑A,同時外摻1%的促凝劑C。 (2)污泥干化劑的干化效果研究與機理探討 以最佳配比配制污泥干化劑進行污泥干化試驗,從而研究污泥干化劑的干化效果并探討其干化機理。污泥干化試驗主要研究干化劑干化污泥的含水率隨材料摻量和養(yǎng)護齡期的變化情況,并同生石灰的干化效果進行分析、比較,同時,結合干化劑凈漿樣品的XRD定性及半定量分析,進一步探討污泥干化劑水化反應及其干化污泥的機理。實驗結果表明,相對生石灰,污泥干化劑的干化效果有了較大提高,尤其適合應用于目標含水率在40%-60%間的污泥半干化處理。XRD分析表明,污泥干化劑主要通過鈣礬石和水化硅酸鈣等水化產物的生成,尤其是鈣礬石的大量生成,將污泥中自由水轉變?yōu)榻Y合水從而實現(xiàn)污泥干化。 (3)污泥干化劑改性效果研究與機理探討 按最佳配比配制污泥干化劑并對干化污泥進行耐水性試驗和毒性浸出試驗。耐水性試驗結果表明,相對生石灰,污泥干化劑能顯著改變污泥的親水性能,干化劑摻量20%的干化污泥養(yǎng)護3d后,在水中浸泡7d時其結構仍保持一定的強度,不會解體,因而干化污泥體系發(fā)生的膠凝反應不僅可有效降低污泥含水率,而且水化產物的大量生成可以改變濕污泥中固體顆粒的結構,從而削弱污泥中膠體物質的親水性,并增加干化污泥強度。此外,重金屬浸出試驗結果表明,摻加10%污泥干化劑養(yǎng)護3d后的污泥其中各重金屬浸出濃度已滿足《危險廢物鑒別標準-浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)中的要求,且污泥干化劑固化效果遠優(yōu)于生石灰。 (4)污泥陶粒燒制的原料組成及熱工制度的優(yōu)化研究 以陶粒燒脹理論為基礎,通過對濕污泥干化效果與機理進行分析,提出以半干化污泥替代部分粘土進行污泥陶粒燒制試驗。前期資料的查閱和試燒實驗首先確定了污泥陶粒燒成的基本技術路線,之后進行正交試驗研究了污泥干化劑質量、粘土質量、焙燒溫度和焙燒時間四因素對污泥陶粒的表觀密度、顆�？箟簭姸群臀嗜齻�性能指標的影響。試驗結果表明,陶粒的表觀密度、顆�？箟簭姸群臀示S污泥干化劑摻加量的增加而降低；而隨著粘土質量、焙燒溫度和時間的增加,陶粒的表觀密度和顆�？箟簭姸染黾�,吸水率均減小。從陶粒綜合性能出發(fā),對三個性能指標進行分析研究后,確定污泥陶粒燒成工藝的最優(yōu)方案為污泥干化劑與濕污泥質量比為0.05,粘土與濕污泥質量比為2.4,焙燒溫度為1180℃,焙燒時間為15min。 (5)污泥陶粒性能檢測與安全性評價 為分析半干化污泥燒制陶粒技術的可行性,按《輕集料及其試驗方法第二部分：輕集料試驗方法》(GB/T 17431.2-1998)對優(yōu)化方案燒制出的污泥陶粒的各項性能指標進行了測定,并對陶粒重金屬浸出毒性進行試驗研究,以評價污泥陶粒使用時的環(huán)境安全性,同時,結合XRD和SEM技術分析了污泥陶粒的物相組成與內部結構并探討了半干化預處理對陶粒性能的影響。試驗結果表明,污泥陶粒的各項性能指標均達到或超過《輕集料及其試驗方法第一部分：輕集料》(GB/T 17431.1-1998)中的規(guī)定,且重金屬已被大部分固化在污泥陶粒中,其浸出濃度均低于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)中規(guī)定的最高允許濃度,不會對環(huán)境造成二次污染。此外,XRD和SEM分析表明,污泥中高含量的磷有利于污泥陶粒燒制過程中磷酸鋁的生成從而提高陶粒強度,而半干化過程中鈣礬石晶體的生成可促進污泥陶粒的膨脹,改善其內部孔型結構,從而提高陶粒強度并降低其吸水率。 本文所提出的污泥干化劑對濕污泥有很好的干化及改性效果,同時半干化后的污泥可應用于燒制污泥陶粒,其各項性能指標均滿足輕集料標準,且不會造成環(huán)境的二次污染。該種污泥干化劑取之于工業(yè)廢渣,應用于生產實踐中可實現(xiàn)污泥的“無害化、穩(wěn)定化、資源化”處置,其對于保護環(huán)境,合理利用資源有著重要的意義。
【圖文】：

俺鞘惺姓鋹枋?如雨 !污水管網)的逐步完善而急劇增加(圖1一1)" 對城市污水處理率達到 10 % 的城市, 污泥產量 (泥餅) 可能高達生活垃圾量的04 一06 % 2]l " 因此, 城市污泥已逐漸成為現(xiàn)代城市的主要廢棄物之一 "德國圖 1一1法國 荷蘭 葡萄牙 英國91 29 ~ 02 50 年歐洲主要國家干污泥產量3]l另一方面, 城市污泥的成分非常復雜, 除含有大量水分外, 還包括大量的有機質及病原微生物 ! 寄生蟲卵和重金屬等污染物, 若不采取任何措施直接排入環(huán)境會造成嚴重的二次污染, 因此污泥的處理與處置問題已成為國內外廣泛關注的焦

. 綠化3.54 %3.45%圖1一3 幾種污泥處置技術在國內所占比例就發(fā)展趨勢而言, 我國的污泥處理正由濃縮 ! 脫水 ! 露天簡易堆放等初級處理向堆肥發(fā)酵 ! 衛(wèi)生填埋 ! 焚燒發(fā)電! 能源利用 ! 生產各種建筑材料等各類資源化方向發(fā)展 "針對我國污泥發(fā)展現(xiàn)狀, 我們不僅要結合國情, 大力研究并推廣部分成熟的污泥處理處置技術, 還應從可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經濟的角度, 針對不同地域的特點來制定污泥處理政策并研發(fā)污泥處理! 利用新技術, 在控制污泥污染的同時, 加大城市污泥資源化利用的比例
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2643360