城市污泥固化试验研究

2024-09-29

城市污泥固化试验研究（精选3篇）

城市污泥固化试验研究篇1

污泥是污水处理后的产物, 是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高 (可高达99%以上) , 有机物含量高, 容易腐化发臭, 并且颗粒较细, 体积密度较小, 呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物, 可以用泵运输, 但它很难通过沉降进行固液分离, 我国每年污泥产量惊人, 污泥对周围环境造成的恶性影响不容小觑, 如何处理利用污泥是一个重大的问题。

近年来, 国内外众多专家学者对污泥固化这一领域, 研究成果颇丰。时亚飞, 杨家宽, 李亚林等对基于骨架构建的污泥固化技术做了相关研究[1]。王宇峰, 李瑞红, 王小强, 李仕文, 曹胜等, 使用水泥等添加剂对污泥固化技术做了大量试验研究[2,3,4]。

大量试验证明水泥是一种很好的固化剂, 但是水泥制品成本较高。本文提出仅使用生石灰和粉煤灰作为固化剂, 采用无侧限抗压强度这一指标评价固化效果。

1 原材料

1.1生石灰和粉煤灰

本试验用生石灰, 选取市面所售生石灰粉末, 主要化学成分为氧化钙, 试验所用粉煤灰取自某电厂燃料, 主要物质组成及其成分如表1所示。

1.2污泥

本试验所用黏土污泥, 由武汉某地污水处理厂提供, 其物质组成主要有Ca O, Si O2, Al2O3, Mg O, Fe2O3, 物质含量组成如表2所示。

1.3试样制备

将生石灰和粉煤灰, 分别按10%, 15%, 20%的质量比掺入污泥当中, 如表3所示, 污泥质量按脱水后质量计算。

2试验

将A、B、C组试样分别养护, 5 d、10 d、20 d, 3种不同的时间。采用YYW-II型电动石灰土无侧限压力仪, 参照土工试验方法标准GB_T50123-1999对所有试样开展无侧限抗压强度试验[5], 本次试验在常温下进行。

3 结果与讨论

将试验测得无侧限抗压强度数据整理汇总, 如表4所示。

的关系曲线, 生石灰和粉煤灰的含量与试样的无侧限抗压强度成正比, 试样无侧限抗压强度值随着生石灰图1给出了各组试样养护天数与无侧限抗压强度粉煤灰含量的升高不断增大, C组生石灰粉煤灰固化方案中, 在不同养护时间里, 无侧限抗压强度值均排在第一位, 因为, 随着生石灰粉煤灰的增加, 一方面, 粉煤灰具有很强的吸水性, 另一方面越来越多的Ca O参与化学反应, 消耗掉了污泥中的水分, 反应中并伴随有大量的热量产生, 进一步消耗了污泥中的水, 产生的Ca (OH) 2对污泥具有凝结作用, 进一步提高了试样的无侧限抗压强度。

从图1可知, 养护时间对增加试样强度也是一个重要的指标, 各组试样随着养护时间的增加, 无侧限抗压强度均成增大趋势, 本次试验中, 在30天养护时间里, 各组试样无侧限抗压强度最大, 这是因为, 在较长的养护时间里, 试样中的大量水分得以蒸发消耗, 化学物质得到了充分的反应, 而且凝结时间越长, 试样的强度也会有所提高。

图2给出了各组试样含水率随养护时间的变化曲线, 各组试样的含水率与养护时间成反比, 随着对试样的养护时间的增加, 试样的含水率不断减小。由图2可知, 生石灰和粉煤灰对试样含水率的影响也较为显著, 随着生石灰粉煤灰含量的增加, 试样的含水率随之减小。

4 结论

通过此项试验可以得出以下结论:

a.生石灰, 粉煤灰含量越大, 污泥的固化效果越好;

b.养护天数越长, 污泥中水分蒸发消耗量越大, 固化效果越好;

此外, 生石灰还具有杀菌消毒的作用, 能杀死污泥中大量有毒害细菌, 进一步净化周围环境。所以, 生石灰, 粉煤灰是一种良好的污泥固化材料。

参考文献

[1]时亚飞, 杨家宽, 李亚林等.基于骨架构建的污泥脱水/固化研究进展[J].环境科学与技术, 2011, 34 (11) :70-73.

[2]王宇峰, 李瑞红, 王小强等.城市污水污泥固化处理实验研究[J].应用化工, 2010, 39 (6) :854-856.

[3]李仕文, 宁寻安, 邓忠良等.造纸污泥固化/稳定化处理技术研究[J].环境工程学报, 2010, 4 (8) :1911-1915.

[4]曹胜, 董晓楠, 邢延峰.某城市污水处理厂污泥固化处理研究[J].环境科学与管理, 2014, 39 (8) :90-94.

[5]GBT50123-1999, 中华人民共和国国家标准土工试验方法标准[S].

城市污泥固化试验研究篇2

电镀污泥与海滩淤泥复合烧制陶粒重金属固化效果的试验分析

探索了电镀污泥掺量对电镀污泥与海滩淤泥复合烧制陶粒的外观质量和塑性造粒性能的影响规律,系统分析了高温烧制陶粒工艺对电镀污泥重金属铜、锌、镍、铬的固化效率.试验和分析结果表明,海滩淤泥中掺加30%电镀污泥可以在1200℃烧成陶粒,其铜、锌的固化率达到100%,镍、铬的固化率与浸出液的种类有关,重金属的固化率按铜(锌)、镍、铬的`顺序降低.重金属在蒸馏水或饱和Ca(OH)2溶液中的浸出浓度均满足GB 5085.3-1996对危险废物规定的浸出液最高允许浓度值.

作者：严捍东 Yan Handong 作者单位：华侨大学土木工程学院,泉州,362021刊名：化工进展 ISTIC PKU英文刊名：CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS年，卷(期)：200524(4)分类号：X781关键词：电镀污泥海滩淤泥陶粒重金属固化率

城市污泥固化性能试验研究篇3

有关污泥的稳定化和资源化, 应梅娟等[2]利用石灰解决污泥的无害化, 研究认为添加5%的石灰便可杀菌, 如要使污泥的含水率降低到60%以下, 需掺入超过30%的石灰。郑修军等[3]对几种固化材料进行了研究, 结果表明, 硅酸盐固化材料和碱性固化材料对固化污泥强度形成起主要作用。常方强等[4]对水泥和石灰固化污泥效果进行了对比试验, 研究发现, 相同条件下水泥的固化效果要好于石灰, 前者固化强度约为后者的2~5倍。李磊等[5]对干湿循环条件下固化污泥的物理稳定性进行了研究, 认为水泥的掺入是提高固化体干湿耐久性的主要因素。孙家瑛等[6]利用污泥配制混凝土, 在混凝土中掺加一定量的污泥, 可以配制出强度达40 MPa以上的混凝土。

本研究的目的是通过污泥中掺入硅酸盐类固化材料, 提高污泥的强度, 以满足作为路基等回填材料的要求。

1 试验材料和方案

1.1 试验材料

污泥为某污水厂的脱水污泥, 含水率达345%, 有机质含量为42%, 并且污泥中含有较高的Ca、Al和Si等, 其中Ca的含量为35.5%, 主要以Ca O的形式存在, 含量达49.64%。其元素和氧化物组成如表1和表2所示。

为了提高固化效果, 还需掺入自来水厂污泥, 自来水厂污泥的含水率为133%, 成分主要以无机物为主, 还含有少量的有机物, 无机物主要为Si O2、Al2O3和Fe2O3, 此外还含有少量的Ca O、Mg O、Na2O、K2O和Mn O2等成分。

固化材料为杭州钱潮水泥公司产42.5级硅酸盐水泥。

1.2 试验方案和性能测试方法

试验方案:污水厂污泥与自来水厂污泥以出厂时的含水率按1∶1质量比混合 (混合物的初始含水率为239%) , 然后分别添加5%、10%、15%和20%的水泥, 制成直径为3.91 cm、高度为8 cm的试样, 制样完成后放置于标准养护室内, 1 d后脱模, 测试其在不同龄期的无侧限抗压强度。含水率和无侧限抗压强度按照GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》进行测试。无侧限抗压强度测试仪器为YYW型试验仪。

养护方式的影响试验:固定水泥掺量为20%, 分别在3种条件下进行养护, 研究养护条件对固化体不同龄期无侧限抗压强度的影响。标准养护:指在室温20℃、相对湿度90%的环境下养护;袋装养护:指搅拌均匀制样后装入塑料袋密封, 放入20℃的环境温度中养护, 不与外界有水分交流;标准养护+浸水1 h养护:指在室温20℃、相对湿度90%的环境下养护, 试验前1 h浸入水中。

2 试验结果

2.1 水泥掺量对固化体无侧限抗压强度的影响

标准养护条件下水泥掺量对固化体无侧限抗压强度的影响见图1。

从图1可以看出, 随着水泥掺量的增加, 固化体的无侧限抗压强度提高, 两者基本呈线性关系。水泥掺量为5%时, 7、14、28 d的无侧限抗压强度分别为11.2、29.1、40.0 k Pa;当水泥掺量为20%时, 7、14、28 d的无侧限抗压强度提高到61.5、100.1、270.8 k Pa, 分别为水泥掺量为5%时固化体的5.5、3.4、6.0倍。

从图1还可以看出, 在水泥掺量相同时, 随着标准养护时间的延长, 无侧限抗压强度同样提高, 水泥掺量越多, 28 d无侧限抗压强度提高的幅度越大。

2.2 水泥掺量对固化体含水率的影响

标准养护条件下水泥掺量对固化体含水率的影响见图2。

初始含水率高会影响污泥的资源化和再利用。从图2可看出, 污泥中添加水泥后固化体的含水率呈线性下降。当水泥掺量为5%时, 含水率从混合时的179%下降到28 d时的109%, 下降幅度明显。固化体中水分的减少, 一方面是由于水化反应消耗了部分水, 以及长时间的养护部分水分蒸发, 使得固化体的含水率减小。

2.3 养护方式对固化体无侧限抗压强度的影响 (见图3)

从图3可知, 养护方式的不同对固化体的后期无侧限抗压强度产生的影响较大。在标准养护条件下, 固化体的无侧限抗压强度随养护龄期的延长而提高最多, 28 d无侧限抗压强度为7 d时的4.1倍;袋装养护条件下无侧限抗压强度增长缓慢, 28 d无侧限抗压强度为7 d时的1.1倍;标准养护+浸水1 h养护条件下, 无侧限抗压强度较标准养护时明显降低, 表明水中浸泡对固化体的强度有较大不利影响。

3种养护条件下, 固化体的28 d无侧限抗压强度分别为268.8、44.7、120.6 k Pa, 袋装养护仅为标准养护的16.6%, 表明固化体养护过程中标准养护是最合适的方法。

3 讨论与分析

3.1 强度发展机理

图1表明, 固化体中水泥掺量为5%~20%时, 在标准养护条件下, 无侧限抗压强度随养护龄期的延长而提高, 而且后期强度提高更明显。水泥是一种无机胶凝材料, 主要成分为硅酸三钙 (3Ca O·Si O2) 、硅酸二钙 (2Ca O·Si O2) 、铝酸三钙 (3Ca O·Al2O3) 和铁铝酸四钙 (4Ca O·Al2O3·Fe2O3) 。当污泥中掺加水泥后, 发生了式 (1) ~式 (6) 的水化反应生成胶凝体, 将污泥中的无机颗粒牢固地胶结在一起, 包裹住污泥颗粒, 形成整体性较好的固化体。

污泥中Si O2和Al2O3的含量很高, 与Ca (OH) 2发生了如式 (7) 和式 (8) 的火山灰反应, 使固化体的强度进一步提高。由于火山灰作用反应相对较慢, 时间较长, 表现为固化体的后期强度增长较大。

3.2 微观结构分析

水泥掺量15%时, 采用荷兰FEI公司的Tecnai G2 F30高分辨扫描电子显微镜得到的5000倍放大倍数下固化体在不同龄期的微观形貌见图4。

由图4 (a) 可知, 刚搅拌完成时固化体颗粒之间存在少量针状的晶体, 针状晶体为钙矾石, 钙矾石的出现说明水泥已经发生水化反应, 这可能是固化体刚搅拌好, 制作成样进行干燥, 而干燥进行了24 h, 这个过程中发生了部分水化反应。

7 d固化龄期[见图4 (b) ]时固化体出现了2种典型的微观形貌, 一种是微观形貌孔隙较大, 其中主要是由针状的钙矾石晶体和小团状C-S-H胶体以及无机颗粒, 针状的晶体连接着团粒与颗粒构成整个微观结构。

28 d固化龄期[见图4 (c) ]时固化体也出现了2种典型的微观形貌, 基本和7 d时的2种结构相似, 但是形成的空间结构完整性更强, 水泥胶结形成的团状胶体明显增多, 并且针状物明显减少。

从SEM图像可知, 随着养护龄期的延长, 针状物减少, 内部孔隙也减少, 因此抗压强度随养护龄期的延长而提高。

4 结论

(1) 固化体的无侧限抗压强度随着水泥掺量增加而提高, 若以满足填埋强度大于50 k Pa的要求, 水泥掺量10%就能满足。养护7 d后基本成颗粒状, 因此可用于路基回填材料。

(2) 养护方式对固化体的强度影响较大, 在标准养护的温度和湿度条件下, 对固化体的强度发展最有利。

(3) 随着养护龄期的延长, 固化体中针状物减少, 孔隙下降, 因此强度提高。

摘要：利用水泥对污水厂污泥和水厂污泥进行了固化, 研究了水泥掺量对固化体无侧限抗压强度和含水率的影响。试验结果表明, 水泥掺量为10%时, 固化体的无侧限抗压强度大于50 k Pa, 含水率小于100%, 满足填埋要求。并采用SEM分析了固化体的微观结构。