小城鎮(zhèn)污水廠污泥快速固化處理技術(shù)研究.pdf

1、小城鎮(zhèn)污水廠量大、規(guī)模小，污泥產(chǎn)量小、分散，其污泥大部分運(yùn)至垃圾填埋場處置，由于其含水率高對(duì)垃圾填埋場的正常運(yùn)行造成影響，隨著我國大量小城鎮(zhèn)污水處理廠的建成運(yùn)行，以及垃圾填埋場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)的提高，妥善地處理處置小城鎮(zhèn)污水廠污泥成為當(dāng)務(wù)之急。小城鎮(zhèn)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)水平較低，需要簡易經(jīng)濟(jì)型污泥深度處理技術(shù)，而污泥固化技術(shù)簡易、成本較低，對(duì)污染物穩(wěn)定性高，是適合小城鎮(zhèn)的污泥處理技術(shù)。但現(xiàn)有固化技術(shù)存在養(yǎng)護(hù)時(shí)間長、占地面積大、固化體增容比大、處理成本較高

2、，以及低溫條件下效能低等問題，針對(duì)上述問題，開展小城鎮(zhèn)污水廠污泥高效低成本固化技術(shù)研究。運(yùn)用EDAX能譜法、原子吸收分光光譜法以及自動(dòng)熱量測試等多種方式，研究了污泥泥質(zhì)特征；針對(duì)其有機(jī)成分高、含水率高等特性，考慮降低含水率、提高早期強(qiáng)度、減薄雙電子層厚度，添加膨脹成分、提高pH值和改變有機(jī)物結(jié)構(gòu)等多種固化技術(shù)路線，通過固化效果和固化成本的比較，確定了污泥快速固化劑的配方；并采用響應(yīng)曲面分析方法，研究了多種因素的相互作用和固化強(qiáng)度、含水率

3、、pH和污染物浸出濃度等響應(yīng)值的影響，同時(shí)利用expertdesign軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、擬合，得到并利用響應(yīng)值與多種因素的函數(shù)表達(dá)式，建立了以含水率、抗壓強(qiáng)度為限制條件，固化成本、pH和浸出污染物濃度為目標(biāo)的污泥快速固化技術(shù)優(yōu)化模型，確定了不同的季節(jié)溫度下快速固化劑的合理配比和投加量，實(shí)現(xiàn)了污泥的快速固化，3d達(dá)到混合填埋標(biāo)準(zhǔn)；考察了堆放高度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和浸出方式對(duì)固化效果的影響，得出了最佳工況參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，采用電鏡掃描(SEM)/能

4、譜分析(EDS)及X射線衍射（XRD）研究了固化污泥微觀結(jié)構(gòu)和晶體成分及特征，同時(shí)配合差熱分析法（DSC）研究了固化體自由水和束縛水隨固化時(shí)間的分布及變化規(guī)律，并從石灰碳酸化和結(jié)晶反應(yīng)、復(fù)合水泥水化反應(yīng)、粉煤灰水化反應(yīng)等過程對(duì)污泥快速固化機(jī)理進(jìn)行了研究。研究得出了如下主要結(jié)論：
　　1)試驗(yàn)用脫水污泥含水率高達(dá)到81.1％，無法滿足混合填埋的含水率要求（<60%）且運(yùn)輸困難。污泥燒失量為71.04%，與其他城市污泥相比，有機(jī)物種類

5、更復(fù)雜、含量更高，會(huì)對(duì)固化效果產(chǎn)生不利影響。污泥中的重金屬含量較低，均滿足填埋標(biāo)準(zhǔn)，但浸出液中COD、氨氮、磷酸鹽值較高，不經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。
　　2)考慮降低含水率、提高早期強(qiáng)度、減薄雙電子層厚度，添加膨脹成分、提高pH值和改變有機(jī)物結(jié)構(gòu)等多種固化技術(shù)路線，通過固化強(qiáng)度和固化成本的比較，從硫鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、石灰、高錳酸鉀、早強(qiáng)減水劑、粉煤灰、膨潤土、氫氧化鈉、吸水樹脂多種固化劑組分中選定污泥快速固化劑的配方

6、為硫鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、石灰和粉煤灰。
　　3)選取石灰、硫鋁酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、粉煤灰和溫度5個(gè)影響因素，采用響應(yīng)曲面分析方法得出響應(yīng)值與多種因素的函數(shù)表達(dá)式，建立以含水率、抗壓強(qiáng)度為限制條件，固化成本、pH和浸出污染物濃度為目標(biāo)的污泥快速固化技術(shù)優(yōu)化模型，具體形式如下：
　　??min(cos,tCODNHpH,4,)???wqu60%???kpatdu50???3
　　通過模型計(jì)算得到相應(yīng)溫度下最佳的3d固

7、化劑配方：
　　10°C養(yǎng)護(hù)條件時(shí)，固化劑組分質(zhì)量比為污泥：石灰：硫鋁酸鹽水泥：硅酸鹽水泥：粉煤灰=100：1.9：6.1：3.7：6.0；
　　20°C養(yǎng)護(hù)條件時(shí)，固化劑組分質(zhì)量比為污泥：石灰：硫鋁酸鹽水泥：硅酸鹽水泥：粉煤灰=100：1.7：3.9：3.0：6.0；
　　30°C養(yǎng)護(hù)條件時(shí)，固化劑組分質(zhì)量比為污泥：石灰：硫鋁酸鹽水泥：硅酸鹽水泥：粉煤灰=100：1.2：3.0：3.0：4.7。
　　驗(yàn)證試驗(yàn)證

8、明多目標(biāo)優(yōu)化模型合理可靠，擬合程度良好，利用響應(yīng)面分析方法和優(yōu)化模型能對(duì)污泥快速固化進(jìn)行優(yōu)化和預(yù)測。
　　4)研究表明堆放高度和養(yǎng)護(hù)時(shí)間均對(duì)固化效果有較大影響。堆體高度為7cm，3d的養(yǎng)護(hù)時(shí)間即可滿足填埋要求；當(dāng)堆體若高度提高至10cm，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少應(yīng)延長至5天，才能達(dá)到混合填埋標(biāo)準(zhǔn)。
　　5)電鏡掃描和X衍射試驗(yàn)表明養(yǎng)護(hù)3d和7d的固化塊體微觀結(jié)構(gòu)致密，并存在針狀的鈣礬石、片狀的水化硅鋁酸鈣等膠凝物質(zhì)，多種膠凝物質(zhì)形成交織

9、狀的結(jié)晶體，配合鈣礬石的支架結(jié)構(gòu)和固化顆粒與污泥成分結(jié)合起來形成的共晶體，固化污泥的強(qiáng)度比脫水污泥有明顯提高，并從石灰碳酸化和結(jié)晶反應(yīng)、復(fù)合水泥水化反應(yīng)、粉煤灰水化反應(yīng)等過程對(duì)污泥快速固化機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　6)通過DSCS試驗(yàn)，得出了3d和7d固化體不同位置的水分分布規(guī)律，研究結(jié)果表明由于蒸發(fā)作用和水化反應(yīng)，總水量和自由水量由外部向內(nèi)部逐漸降低，而硫鋁酸鹽水泥和石灰水化反應(yīng)導(dǎo)致污泥的微生物絮體解散和有機(jī)物結(jié)構(gòu)破壞，使束縛水量由