【摘要】：隨著城市的迅猛發(fā)展,城市污泥的產(chǎn)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(jī)械力處理只能將其含水率降至80%左右,進(jìn)一步的干化通常采用熱干燥等手段,能耗較高,同時(shí)干化后的污泥遇水又轉(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)”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(fù)合實(shí)現(xiàn)礦渣的高效激發(fā),形成一種經(jīng)濟(jì)、有效的城市污泥干化劑,對(duì)經(jīng)城市污水廠機(jī)械脫水后的濕污泥(泥餅)進(jìn)行有效干化,降低污泥含水率的同時(shí)改變污泥膠狀親水性能并固化其中部分重金屬,實(shí)現(xiàn)污泥的“無害化、穩(wěn)定化”處置。同時(shí),通過污泥干化劑的加入調(diào)整污泥中無機(jī)物組分,從而代替部分粘土燒制污泥陶粒,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)污泥的“資源化”處置。 本文以武漢市某污水處理廠機(jī)械脫水后的濕污泥為研究對(duì)象,在對(duì)其自身理化特性、污染特征進(jìn)行全面測(cè)定和分析的基礎(chǔ)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(duì)污泥干化效果,并以HAS土壤固化劑及其相關(guān)的淤泥改性研究成果為基礎(chǔ)分別研究了兩類礦渣基HAS土壤固化劑對(duì)濕污泥的干化效果。在對(duì)上述四種材料的干化效果及機(jī)理進(jìn)行比較、分析的基礎(chǔ)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(fù)合配制污泥干化劑。通過對(duì)污泥干化劑干化效果的研究,分析了其應(yīng)用于濕污泥干化處理的可行性并結(jié)合XRD、SEM等技術(shù)對(duì)其干化機(jī)理進(jìn)行了探討。同時(shí),對(duì)半干化處理后污泥的耐水性及浸出毒性也進(jìn)行了研究。最后,以半干化污泥為原料進(jìn)行了污泥陶粒燒制試驗(yàn)并分析了污泥陶粒的性能與結(jié)構(gòu),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(nèi)容包括以下幾個(gè)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(duì)其干化效果的影響,對(duì)污泥干化劑的配方進(jìn)行了優(yōu)化研究,其中促凝劑質(zhì)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(yàn)和促凝劑摻量的優(yōu)化試驗(yàn)兩部分。四組分配方試驗(yàn)采用帶約束條件的配方均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)方法,通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的二次多項(xiàng)式回歸分析,建立了干化污泥含水率與四組分質(zhì)量含量間的回歸模型。同時(shí),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(fù)合形法優(yōu)化計(jì)算得出了四組分的最優(yōu)配比。在此基礎(chǔ)上,考慮經(jīng)濟(jì)性等因素后對(duì)配比進(jìn)行了進(jìn)一步調(diào)整,確定了四組分的最佳配比。促凝劑摻量優(yōu)化試驗(yàn)以四組分最佳配比為基礎(chǔ),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(yàn)結(jié)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(shí)外摻1%的促凝劑C。 (2)污泥干化劑的干化效果研究與機(jī)理探討 以最佳配比配制污泥干化劑進(jìn)行污泥干化試驗(yàn),從而研究污泥干化劑的干化效果并探討其干化機(jī)理。污泥干化試驗(yàn)主要研究干化劑干化污泥的含水率隨材料摻量和養(yǎng)護(hù)齡期的變化情況,并同生石灰的干化效果進(jìn)行分析、比較,同時(shí),結(jié)合干化劑凈漿樣品的XRD定性及半定量分析,進(jìn)一步探討污泥干化劑水化反應(yīng)及其干化污泥的機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)生石灰,污泥干化劑的干化效果有了較大提高,尤其適合應(yīng)用于目標(biāo)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(chǎn)物的生成,尤其是鈣礬石的大量生成,將污泥中自由水轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合水從而實(shí)現(xiàn)污泥干化。 (3)污泥干化劑改性效果研究與機(jī)理探討 按最佳配比配制污泥干化劑并對(duì)干化污泥進(jìn)行耐水性試驗(yàn)和毒性浸出試驗(yàn)。耐水性試驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)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(hù)3d后,在水中浸泡7d時(shí)其結(jié)構(gòu)仍保持一定的強(qiáng)度,不會(huì)解體,因而干化污泥體系發(fā)生的膠凝反應(yīng)不僅可有效降低污泥含水率,而且水化產(chǎn)物的大量生成可以改變濕污泥中固體顆粒的結(jié)構(gòu),從而削弱污泥中膠體物質(zhì)的親水性,并增加干化污泥強(qiáng)度。此外,重金屬浸出試驗(yàn)結(jié)果表明,摻加10%污泥干化劑養(yǎng)護(hù)3d后的污泥其中各重金屬浸出濃度已滿足《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)中的要求,且污泥干化劑固化效果遠(yuǎn)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(chǔ),通過對(duì)濕污泥干化效果與機(jī)理進(jìn)行分析,提出以半干化污泥替代部分粘土進(jìn)行污泥陶粒燒制試驗(yàn)。前期資料的查閱和試燒實(shí)驗(yàn)首先確定了污泥陶粒燒成的基本技術(shù)路線,之后進(jìn)行正交試驗(yàn)研究了污泥干化劑質(zhì)量、粘土質(zhì)量、焙燒溫度和焙燒時(shí)間四因素對(duì)污泥陶粒的表觀密度、顆�？箟簭�(qiáng)度和吸水率三個(gè)性能指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,陶粒的表觀密度、顆�？箟簭�(qiáng)度和吸水率均隨污泥干化劑摻加量的增加而降低；而隨著粘土質(zhì)量、焙燒溫度和時(shí)間的增加,陶粒的表觀密度和顆�？箟簭�(qiáng)度均增加,吸水率均減小。從陶粒綜合性能出發(fā),對(duì)三個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)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(zhì)量比為0.05,粘土與濕污泥質(zhì)量比為2.4,焙燒溫度為1180℃,焙燒時(shí)間為15min。 (5)污泥陶粒性能檢測(cè)與安全性評(píng)價(jià) 為分析半干化污泥燒制陶粒技術(shù)的可行性,按《輕集料及其試驗(yàn)方法第二部分：輕集料試驗(yàn)方法》(GB/T 17431.2-1998)對(duì)優(yōu)化方案燒制出的污泥陶粒的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定,并對(duì)陶粒重金屬浸出毒性進(jìn)行試驗(yàn)研究,以評(píng)價(jià)污泥陶粒使用時(shí)的環(huán)境安全性,同時(shí),結(jié)合XRD和SEM技術(shù)分析了污泥陶粒的物相組成與內(nèi)部結(jié)構(gòu)并探討了半干化預(yù)處理對(duì)陶粒性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,污泥陶粒的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過《輕集料及其試驗(yàn)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(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-1996)中規(guī)定的最高允許濃度,不會(huì)對(duì)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(qiáng)度,而半干化過程中鈣礬石晶體的生成可促進(jìn)污泥陶粒的膨脹,改善其內(nèi)部孔型結(jié)構(gòu),從而提高陶粒強(qiáng)度并降低其吸水率。 本文所提出的污泥干化劑對(duì)濕污泥有很好的干化及改性效果,同時(shí)半干化后的污泥可應(yīng)用于燒制污泥陶粒,其各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足輕集料標(biāo)準(zhǔn),且不會(huì)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(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中可實(shí)現(xiàn)污泥的“無害化、穩(wěn)定化、資源化”處置,其對(duì)于保護(hù)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(wǎng))的逐步完善而急劇增加(圖1一1)" 對(duì)城市污水處理率達(dá)到 10 % 的城市, 污泥產(chǎn)量 (泥餅) 可能高達(dá)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(chǎn)量3]l另一方面, 城市污泥的成分非常復(fù)雜, 除含有大量水分外, 還包括大量的有機(jī)質(zhì)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(huì)造成嚴(yán)重的二次污染, 因此污泥的處理與處置問題已成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的焦

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2643360