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污水处理厂脱水污泥固化试验研究

文档作者：邹升升田伟王增长张弛文档来源：太原理工大学环境科学与工程学		点击数：	更新时间： 2024年03月05日
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2011年第l期(总第64期)
红源占予铭
ENERGY AND ENERGY CONSERVATl0N 2011年1月
栌-‘ 。：}辫
ii莓术研鸯i
污水处理厂脱水污泥固化试验研究
邹升升， 田伟， 王增长， 张弛
(太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024)
摘要： 污泥固化是当前处理污水厂脱水污泥的主要方法，但仍存在水泥用量大，固化后的污泥强度低等问题。提出了
加入水泥和黏土共同固化污泥的方法。试验结果表明，以黏土为骨料的固化污泥强度达到填埋和资源化利用的要求，可
防止其造成二次污染，达到变废为宝的目的。
关键词： 污泥固化；污泥强度；水泥；黏土
中图分类号：X703 文献标识码： A 文章编号：2095m802．(2011)01JD079_03
Experimental Study on Sewage Sludge Solidincation of Dewatered Sludge
ZOU Sheng—sheng， TIAN Wei， WANG Zeng—zhang， ZHANG Chi
(CoIIege of Envi唧nmentaI scince and Engin∞nng，T￡li)，u钔Unive噶ity of№hnoIogy，T￡Iiyu钔0300舛，Shan)d，Chi隐)
Abstract：Sewage sludge solidification is currently the min method of dewatered sludge treatment，but t}lere a陀8tiU rn粕y prob_
lems such硒large consumpti∞of cem衄t粕d low strength．So this study pmposed to join cement锄d clay to solve this 8ituation．
ne r郫ult8 showed tllat sludge soIid访cation strength which IIse clay髂ag目regate met the reqllireInents for l肌dfiⅡ锄d res伽rce utili—
zation． It c粕preVent∞condary pouuti∞粕d achieVe the pu巾。鸵of tuming waste into tre鹊ur；e．
Key words：sludge solid访cation；strengtIl；cenlent；clay
O 引言
随着污水处理厂的扩建与新建，污泥量也在不断
增加，其处理费用约占城市污水总运行费用的20％一
50％。城市污水厂产生的污泥含水率高，并含有机物，
微生物，重金属等，容易造成二次污染。污水厂污泥的
处理方法有填埋，焚烧，土地利用，做建筑材料等。填
埋法处理成本相对较低，操作也相对简单，所以，当前
中国大多数污水处理厂的污泥处置采用土地填埋法，
占污水处理厂的63．03％，但由于污泥含水量高、抗剪
切强度低、易被雨水冲刷成流态，影响了污泥在垃圾填
埋场的填埋操作。为此，有些填埋场在污泥中加如大
量砂、土等材料，但这又会大大增加污泥的体积，使填
埋费用大大增加。针对这个问题，本试验提出了在污
水厂脱水污泥中加人水泥和黏土增加其抗压强度的方
法，其中，水泥作为主要的固化材料，黏土作为骨料⋯。
单纯用水泥固化污泥的方法有处理成本高、强度低
等缺点，所以本试验在此基础上加入黏土与水泥反应，以
达到增加污泥抗压强度、降低处理成本的目的口引。
l试验材料及方法
试验中所用水泥为32．5号普通硅酸盐水泥，黏土
收稿日期：2010—10-lI
第一作者简介：邹升升，1987年生，男，山东潍坊人，2008年毕业于
青岛理工大学给水排水工程专业，太原理工大学在读硕士研究生。
在太原理工大学校内所取，污泥为太原某污水厂脱水
后污泥。黏土的塑限为22．3％，塑性指数为13．5％，含
水率为23．1％。污泥有机质含量为75．1％，含水率为
84．2％。水泥的主要化学成分含量为Ca062．2％，
Si0224．3％，m2035．3％，Fe2033．2％，M901．8％。
试验时，将污泥、水泥和黏土按一定比例混合(见
表1)。搅拌均匀后按土工试验规范的要求分3层装入
直径39．1 mm，高度80 mm的模具中，每层振动2 min，
振动完成后将试样和模具放人恒温恒湿箱中养护，l天
后脱模，继续养护7 d，测其无侧限抗压强度。
表l试验方案单位为千克／千克
水泥掺入量黏土掺入量
0．1 0 0．2 O．4 0．8 1．2 1．6 2．0 2．4
0．2 0 O．2 O．4 0．8 1．2 1．6 2．O 2．4
0．4 O O．2 O．4 O．8 1．2 1．6 2．O 2．4
0．6 O O．2 O．4 O．8 1．2 1．6 2．0 2．4
2实验结果与分析
2．1 污泥强度
7天后的到得结果见图1、图2。
由两图可看出：
a)当水泥掺人量一定时，存在一个黏土掺入量的
峰值使污泥强度最大。以此为临界点，在此之前，污泥
强度随着黏土掺入量的增大污泥强度增加；在此之后，
随着黏土掺人量的增大有所下降。并且峰值的位置随
水泥掺入量的增大而向右移动。其原因是在此峰值之
·79·
万方数据
2011年第1期纷；夏与芋钍2011年1月
前，水泥的水化反应产物能与黏土中的矿物质发生反
应并形成坚固的骨架，使污泥强度增大；在此峰值之
后，水泥中的水化反应产物不足以与黏土中的矿物质
完全反应，导致污泥强度有所下降；水泥掺入量越大，
能与水泥水化反应产物反应的的黏土越多，导致峰值
的移动；
F碉
I—o．2k叭g|
I十o．4 kg佃I
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图l无侧限抗压强与黏土掺入量的关系
图2无侧限抗压强与水泥掺入量的关系
b)当黏土掺人量为0时，随着水泥掺人量的增加，
污泥强度逐渐增大，但整体强度都不高。掺入黏土之
后，污泥强度明显增大。可以认为，黏土作为固化污泥
的骨架，对污泥强度的作用明显；
c)当黏土掺入量一定时，固化污泥的强度与水泥
掺入量呈线性关系，随着水泥掺人量的增加，固化污泥
的强度增加。因为水泥的水化反应产物是污泥固化反
应主要材料。
3．2固化反应机理
水泥固化是一种废物固化处理方法，也是危险废
物无害化、稳定化处理的一种方法。水泥是一种无机
胶结材料，加水产生水化反应，反应后形成坚硬的水泥
块。水泥固化法常用于固化含有有害物质的污泥，水
泥同污泥中的水分发生反应产生凝胶化，把含有有害
物质的污泥微粒分别包覆而逐渐硬化，这种固化体的
结构主要是在水泥水化反应产生的3CaO·SiO：结晶
体之间包进了污泥的微粒，因此，即使固化体破裂或粉
碎并浸入水中，也可减少有害物质的浸出性。在水泥
固化过程中，由于废物组成的特殊性，常会遇到混合不
均匀，过早或过迟凝固，产品的浸出率较高、强度较低
等问题。为了改善固化物性能，在固化过程中可适当
·80·
加入一些添加剂，如沸石、黏土、缓凝剂或速凝剂、硬脂
酸丁酯等。
水泥的主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三
钙、铁铝酸四钙及少量石膏，与水产生化学反应形成有
结晶水的水化物及析出一点的氢氧化钙如：
3CaO·Si02+H20_CaO·2Si02·3H20+Ca
(OH)：。
2CaO·Si02+6H20=3CaO·2Si02·3H20+Ca
(OH)2。
3CaO·A1203+H20—妈CaO·A1203·6 H20。
4Ca0·A1203·Fe203+H20—}3CaO·A1203·6
H20+CaO·Fe203·H20。
最后的氢氧化钙与石膏在空气中继续炭化凝固。
污泥固化提高材料强度的机理主要是水泥水化反
应生成的水化硅酸钙对固体废物颗粒产生胶结作用。
污泥由于含水率高，其中的无机固体颗粒成分非常少，
固化处理后所形成的强度主要是依靠水泥水化反应形
成的水化产物，而污泥颗粒自身对强度的贡献很少，这
样就需要消耗大量的水泥才能获得一定的强度，所以
处理费用非常高昂，尚不能为国内市场所接受，影响了
这一技术在中国的推广和应用HJ。
污泥中的有机质和含水率是影响固化强度的主要
因素，有机质和水分过多使水泥固化作用微弱，单独使
用水泥固化效果不好。加入黏土使污泥中的有机物和
含水率大大降低，并且黏土中的矿物质与水泥的水化
反应产物反应，充当骨料，使污泥的强度大大增加。
3．3污泥体积
污泥同化过程中要加入水泥和黏土，使固化后的
污泥的质量和体积都增大。当污泥体积增加过大时．
污泥处理的费用就会增大，如填埋场需要更大的空间
填埋固化后体积变大的污泥。因此对污泥固化前后的
体积进行了比较，发现水泥和黏土掺加量与固话污泥
的体积增加呈线性关系。
记固化前污泥体积为K，固化后污泥体积为K，
△y=％一K，水泥掺加量儿，黏土掺人量胁，其中，水泥
掺人量对固化污泥的体积影响较小，影响系数约为
0．3；黏土掺人量对固化污泥的体积影响较大，影响系
数约为O．8，以公式表示是
△y一0．札。+0．瓯￡。(1)
由于固化污泥体积的变化，所以要综合考虑固化
污泥强度与污泥体积来决定黏土和水泥的掺人量”]。
3．4最佳掺入比
固化后的污泥不同的处理方法所需要的抗压强度
不同，如果用作填埋一般认为需要无侧限抗压强度>
50 kPa，作为建筑填土无侧限抗压强度>200 kPa，影响
固化强度的因素水泥掺人量>黏土掺入量。考虑到固
化污泥的体积变化、固化费用等因素，以固化后体积增
加小为优；水泥价格较高，是影响固化费用的主要因
万方数据
2011年第1期邹升升，等：污水处理厂脱水污泥同化试验研究2011年1月
素，所以以水泥掺入量小为优。综合考虑以上因素，用
作填埋的最佳固化剂掺入量为水泥O．11 kg／kg，黏土
0．21 kg／kg；用作建筑填土的最佳固化剂掺入量为水泥
0．28 kg／kg，黏土0．45 kg／kg。
4结论
a)用水泥和黏土共同固化污泥，比单独用水泥固
化污泥的污泥强度明显提高，处理费用大大降低；
b)存在一个黏土掺入的峰值，该峰值受水泥掺入
量的影响。水泥掺人量越大，该峰值就越大；
c)黏土掺入量比水泥掺入量对固化污泥的体积影
响大。所以黏土也不宜加入过多；
d)用作填埋的最佳固化剂掺人量为水泥
0．1lkg／l【g，黏土0．21 kg／kg；用作建筑填土的最佳固化
剂掺人量为水泥0．28 kg／kg，黏土0．45 kg／kg。
参考文献：
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(责任编辑：耿建华)
骆息资磁
世行成立新基金资助发展中国家碳交易
中图分类号： F124．5 文献标识码：C 文章编号：2095_0802一(2011)01J0081旬1
ne WorⅪBaIll【Found New F哪d to Endow the Carbon Trading of DeVeloping Co岫tri晒
2010年12月9日，在联合国气候变化框架公约坎
昆会议期间举行的一个启动仪式上，世界银行行长佐
利克宣布建立“市场准备伙伴基金”。
该伙伴基金获得澳大利亚(1 000 x 104澳元)、欧
盟(500×104欧元)和美国(500×104美元)共计2 000
多万美元的资金承诺，此前，挪威也承诺了500×104美
元。此外，德国、日本和英国也表示了为该举措提供资
金支持的意向。
该伙伴基金的目标是总共筹集l×108美元，预计
2011年初开始运作，支持包括技术、政策和制度干预在
内的各种碳市场准备度举措。
佐利克指出：“这个新的伙伴基金联合了发达国家
和发展中国家，将帮助各国准备好建立国内交易体系
和利用其他市场手段实现国家的减排目标。发展中国
家寻找市场准备度资助这一事实就是国家层面积极推
动气候应对措施的明证，这些国家没有在坐等，他们已
将此作为自身发展目标的一部分。”
中国、智利、印尼、墨西哥等国都在探索利用碳市
场工具和排放交易机制，作为鼓励投资发展碳排放替
代技术的一种方式。这些国家基于过去10年《京都议
定书》下的清洁发展机制，总结和吸收经验教训，根据
本国情况因地制宜。例如，智利政府在探索建立一个
国内排放交易制度；同样，印度也在积极建立可再生能
源和能效证书的交易制度。
此外，中国也加入了伙伴基金。国家发展改革委
副主任解振华说：“中国已在5个城市和8个省开展了
低碳经济试点。中国准备探索利用国内排放交易制度
实现减排的可行性。‘市场准备伙伴基金’将为这个举
措提供及时的支持。”
在宣布提供l 000×104澳元捐助时，澳大利亚气
候变化与能效部长康贝特说：“广大和运行良好的碳市
场有助于以最公平、最高效和最经济的方式减少碳污
染。澳大利亚期待着与其他合作伙伴共同进行能力建
设，建立和扩大碳市场。”
(张君摘编)

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