利用城市污水处理厂污泥生产生态水泥 6页

第*’卷第’期环!!境!!科!!学-7;B*’$,7B’’(""年’月=@CB$’(""+,-./0,1+,23456.+,6+利用城市污水处理厂污泥生产生态水泥!林奕明$周少奇$周德钧$吴彦瑜"华南理工大学环境科学与工程学院$广州!)"(((%#摘要!使用城市生活污水处理厂污泥作为水泥熟料煅烧过程中的添加剂$并以生产标号为VB0E’‘)的普通硅酸盐水泥作对比$研究了向单位生料掺入污泥量"质量分数#为(h((‘)(h("‘((h("‘)(h(’‘((h和’‘)(h时生产出水泥样品的性能B对水泥熟料_/W(显微结构(生料和熟料的粒度分析(物质变化以及水泥的凝结时间(比表面积(胶砂强度和浸出毒性试验的研究结果表明$制备的水泥样品强度与VB0E’‘)水泥标样基本一致$且随着污泥掺入量的增加$生料和熟料中的3;(=@(TG(18和2A元素的含量呈减少趋势$水泥的凝结时间增长$*?强度受到影响并降低$但在$?后基本恢复$而且强度较高B关键词!城市污泥’生态水泥’熟料’强度’粒度’重金属中图分类号!_$()!文献标识码!3!文章编号!(’)(D**(""’(""#(’D()’ED(%;)’4’W’(9)0%cF,)%IF)%&D&%F)6%()24F()"4#*9%1+&)0%2&+*#7)’+(+1/7+.7%6%()4.,YADFA8U$[\0X5:G7DdA$[\0XW@DH>8$bXYG8D<>"67;;@U@7R+8SAL78F@89G;5MA@8M@G8?+8UA8@@LA8U$57>9:6:A8GX8AS@LNA9<7R2@M:87;7U<$Z>G8Uc:7>)"(((%$6:A8G#<3,)&F7)!2:@GAF7R9:ANOGO@LQGN97N9>?<9:@@RR@M978M@F@89OL7O@L9NA8U7RF>8AMAOG;N@QGU@GNG??A9AS@A89:@OL7M@NN7RM;A8I@LC>L8A8UBTGN@?789:@N9G8?GL?NGFO;@VB0E’‘)RL7FM@F@89O;G89$9:@OL7O@L9A@N7R@M7DM@F@89NGFO;@NG??A8UF>8AMAOG;N@QGU@97>8A9LGQFG9@LAG;C<(h$(‘)(h$"‘((h$"‘)(h$’‘((h$’‘)(hL@NO@M9AS@;M9>L@$9:@OGL9AM;@NNAc@?@9@LFA8G9A78FG9@LAG;M:G8U@$9:@N@99A8U9AF@$NO@MARAMN>LRGM@GL@G$;@GM:A8U97JAMA9M9A78NQ@L@NAFA;GL979:@VB0E’‘)N9G8?GL?NGFO;@B2:@F@9G;A78M78M@89LG9A78N7R3;$=@$TG$18G8?2AA8M;A8I@LNG8?LGQFG9@LAG;?@ML@GN@?$9:@A8A9AG;G8?N@99A8U9AF@A8ML@GN@?$GNQ@;;GN9:@N9L@8U9:7R9:@OGN9@QA9:A89:@M>LA8U9AF@7R*?G8AMAOG;N@QGU@LG9A7B\7Q@S@L$GR9@L9:@M>LA8U7R$?G?U@DF7L9GL7L@S@8:AU:@LBA%GI+&*,!F>8AMAOG;N@QGU@’@M7DM@F@89’M;A8I@L’F7L9GLN9L@8U9:’OGL9AM;@DNAc@’:@GSG8Uc:7>;A8KNM>9B@?>BM8\n’期林奕明等!利用城市污水处理厂污泥生产生态水泥)’)本研究主要生产的水泥级别为VB0E’‘)普通"()r烘干$用球磨机细磨至’((目$而后于"()r硅酸盐水泥$实验所用到的石灰石(砂页岩(铁矿烘箱烘’E:后$测定其含水率并通过_/=测定各渣$生料(粉煤灰和石膏来自广州市某水泥厂$其中种原料的成分化学全分析B+")$"%,生料是厂方经过磨细和混合均匀用于生产该型号水实验生产的熟料率值的确定!^\n(‘#"g泥的产品B污泥采自广州市某生活污水厂经离心脱(‘("$51n’‘’g(‘"$31n"‘’g(‘"$45=n(‘#"g水后的污泥$河沙采自河沙专卖场B将各种原料在(‘"(‘生料和各种原料成分见表"B表JK实验原料化学全分析"质量分数#Ph2GC;@"!67FO;@9@M:@FAMG;G8G;9A787RLGQFG9@LAG;G8?M;A8I@L\n)’%环!!境!!科!!学*’卷的易烧性B从图""C#可以看出$熟料在粒径小于或中可以看出%种熟料的图谱和标准样品的图谱相等于*("((*((%((#(*F时所占的累计质量分数同$主要含有的物质是65(65(63(63=$其它*’*E分别为*‘)’h(’$‘)(h(%#‘%%h(&#‘%"h和物质还包括了6G(=@(3;和少量1U的混合物$另#&‘"%h且W)(为"$‘$(*FB得出虽然粒径在(j外还检测到6G0的小峰值B但各种熟料图谱中的衍+’",*(*F段为’$‘)(h"k*(h#$但已经较接近’射线强弱和尖锐程度不同$从图’可以看出3((而在"(jE(*F段为E’‘"%h"lE(h#$*(j%(*F3(3(3衍射线较强$特别是3达到最大$而3"*EE’段为"#‘’(h"k’)h#$l%(*F段为"‘&Eh远小和3则相对来说与标准样大致相同B造成这种原因)于)h$这说明这种粒径分布满足水泥生产的要求B可能是加入污泥后由于物质成分发生了变化从而增NLN!熟料的_/W试验强了生料的易烧性和晶体的结晶度$具体情况需要图’是%种熟料和标准样的_/W图谱$3(进一步进行实验论证B(3(3(3(3和3的污泥掺入量分别为(h(NLM!熟料的局部显微结构分析"’*E)(‘)(h("‘((h("‘)(h(’‘((h和’‘)(hB从图’图*是将块状熟料经过磨光后用"‘(h氯化铵水溶液浸蚀后在E((倍显微镜下的照片B从图*中看出掺入污泥量为(h和’‘((h的熟料总体上相+’’,同B根据有关水泥熟料岩相的研究$可以判断出其中蓝色的物质为3矿$从图*"C#可看出彩色的一点为RD6G0B另外从显微镜下观察熟料时可以明显地看到熟料中RD6G0的分布呈从颗粒周边向中心增多的规律$这可能是由于熟料在急冷时熟料外面和底部温度变化的快慢所造成的$所以在水泥熟料生产时必须注意水泥熟料的急冷温度B图MK水泥熟料的显微结构"sE((#=AUB*!1AML7NM7OAMN9L>M9>L@7R9:@M@F@89M;A8I@LNLR!水泥的砂胶物理性能试验水泥砂胶试验和水泥熟料中游离氧化钙试验的结果分别见表’和图E$同熟料标样一样$将块状的熟料(粉煤灰和石膏按&(hw)hw")h的比例放入球磨机中粉磨$水泥与标准砂"w’‘)质量比$水灰比为(‘)做成试件"尺寸为E(FFsE(FFs"%(FF#进行养护并试验B从实验结果上得到水泥中比表面积和熟料中的游离氧化钙都能够达到水泥日常生产+’E,图NK水泥熟料的B\5图谱的要求$其中游离氧化钙相对于标样基本在标样=AUB’!_/WNO@M9L>F7R9:@M@F@89M;A8I@L值上下波动$且变化不大$这与熟料的煅烧和急冷过\n’期林奕明等!利用城市污水处理厂污泥生产生态水泥)’$程有关$而比表面积则相对于标样稍微大一些$这是泥的掺入量达到’‘)(h时*?的抗压强度才受到了由于在实验阶段研磨过程比较精细而使之达到要影响$而在$?(’&?的强度则不受影响B水泥的*?求B从水泥的凝结时间看出$在污泥掺入量k"‘((h抗折强度受到较大影响"图E#$并随着污泥加入量时水泥初凝时间比标样的时间快$这是由于该水泥的增加而增长$而$?(’&?受到的影响则不是很样比标样粒度细而水化速度比其快所致B但随着污大$这是由于污泥的带入改变了熟料中的晶体形式泥掺入量的增加$水泥试样的凝结时间也随着增加$而导致了水泥的水化时间的增加$而在稍后则很快+’*,这可能是污泥加入时$带入其它成分所造成的$也可得到恢复从而使水泥样品强度合格B另一方面也能是由于污泥的加入量导致了熟料中原有某些成分是因为污泥的加入导致了熟料中.D65总量的增’发生了变化所致B从表’看到试样凝结时间的增加加$从而降低了水泥强度$但$?和’&?后则恢复并+"($"*,对相应的水泥沙胶抗压强度影响不大$只有在当污超越了原有强度B表NK水泥熟料游离氧化钙及物理性能实验结果2GC;@’!2@N9L@N>;97RRD6G0A89:@M;A8I@LG8?O:997JAMA918,AVC585L2A-[8醋酸溶液E‘%)(‘$$/(‘’#/(‘*$//E‘%")‘’’(‘’’/(‘(&"O\n’‘%Eg(‘()#蒸馏水"’‘"&(‘%(/(‘"&////(‘(&%‘*%(‘(’//ZT)(&)‘*D’(($/"(("")"(())////"(("#)/*表示检测不到或没有规定$下同\n)’&环!!境!!科!!学*’卷a"表RK熟料和污泥中的重金属含量PFU.IUa"2GC;@E!\@GS?U@PFU.IU样品TG6?6L6>18,AVC585L2A-[8污泥)*)‘*$/"#)‘$**&"‘%*#E$‘&*"*)‘#E""&‘&#)(*&‘&E&#‘)$$"*‘’&’E‘)(""$)‘(#熟料EE%‘’(E‘’&*$‘(’"’‘)%’*’#‘((*‘($"&‘)"E*)E‘(’"%*‘#""$%%‘%(*‘)’"(("‘&ENL!!熟料的中物质变化及分析由于条件的限制实验未能对水泥的其它性能(图)显示了生料和熟料中3;(=@(TG(18和水泥烟气排放污染和对水泥设备的损坏情况等方面2A元素的含量变化B从图)可看出$随着污泥掺入进行深入研究B量的增加$生产的熟料中这)种元素的含量都随着MK结论减少$其中3;和TG元素的减少量不大$而=@(18和2A元素的减少量比较明显B因为硅酸盐水泥熟料""#利用城市污泥厂污泥作为水泥生产的添加在’&?水化时的速度为63l63=l65l剂制备了%种水泥熟料并制成相应的水泥样品$制*E*+"%,65$所以从图)中看出$由于3;和=@元素的减备的水泥样品强度与VB0E’‘)水泥标样基本一致$’少则造成了63和63=物质水化$从而导致了水且随着污泥量的增加$水泥样品的凝结时间增加$*E泥样品凝结速度的减慢$所以其强度也就随着降低B*?抗折强度降低$抗压强度影响不大$$?后水泥因此也进一步解释了’‘E节中随着污泥掺入量的增强度不受影响B加$相应水泥的凝结时间增加$水泥产品的*?抗折"’#随着污泥加入量的增加$水泥生料和熟料强度降低B图)中TG(18和2A元素的变化也可能中的3;(=@(TG(18和2A含量减少B在水泥熟料急冷过程中引起了水泥熟料中物质晶体"*#从水泥强度(浸出毒性的研究得出$利用水的变化$从而也导致了水泥样品水化速度的变泥厂生产水泥熟料的过程处理污泥是可行的B+’&$’#,参考文献#化B+",!李亚东$李海波$梁浩B污水处理厂污泥的再利用集成技术+],B环境污染治理技术与设备$’(()$!")#!)%D)&‘+’,!邓志光B污泥含水特性及处理处置途径+],B技术交流$’((#$""(#!"’D"*‘+*,!马培东$王里奥$黄川$等B改性污泥用作垃圾填埋场日覆盖材料的研究+],B中国给水排水$’(($$NM"’*#!*&DE’‘+E,!李雪松$张锋$刘愚B污泥处理处置技术新进展及发展趋势+],B市政公用建设$’((#$"E#!E"DE*‘+),!周少奇B城市污泥处理处置资源化+1,B广州!华南理工大学出版社$’((’B)D"’B+%,!马培东$王里奥$周在江$等B水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥的污染物排放研究+],B环境工程学报$’((#$M"##!"%&*D"%&%‘+$,!杨玉飞$黄启飞$张霞$等B废物水泥窑共处置产品中重金属释放量研究+],B环境科学$’((#$MP")#!")*#D")EE‘图QK生料和熟料中<4&8%&D’&O(和XF元素的含量变化+&,!杨力远$杨俊$马军涛B利用污水厂污泥配料煅烧水泥熟料=AUB)!6:G8U@N7R3;$=@$2A$18$G8?TG@;@F@89G;M789@89N研究+],B武汉理工大学学报$’(($$NU"""#!""D"*‘A8LGQFG9@LAG;G8?9:@M;A8I@L+#,!饶姗姗$汪喜生$邹庐泉$等B干法水泥窑处理市政污泥的运行分析+],B给水排水$’((&$MR"[’#!")’D"))‘!NLS!可行性分析+"(,!4A8^4$4A86YB\?U@GN:从实验可以得出在不影响原有水泥产品质量的>9A;Ac@?GNLGQM@F@89FG9@LAG;+],B6@F@89G8?678ML@9@情况下加入’‘((h以内的污泥量是可行的$可以估/@N@GLM:$’(()$MQ""(#!"###D’(($‘+"",!69G8?1$6;GN9L@NVB2@M:87;7UAMG;G8?@8SAL78F@89G;算$一个年生产水泥熟料"((万9的水泥厂年将可C@:GSA7L7RN@QGU@N;>?U@GN:"553#A8M@F@89DCGN@?FG9@LAG;N处理’万9城市干污泥$按污泥含水为&)h计算则+],B6@F@89G8?678ML@9@/@N@GLM:$’(($$MS"&#!"’$&D年可处理污泥"*‘*万9$减少城市污水处理过程中"’&#‘产生大量污泥的压力B+"’,!4A8^4$4A8W=$4>7\4B.8R;>@8M@7RO:7NO:G9@7R9:@QGN9@\n’期林奕明等!利用城市污水处理厂污泥生产生态水泥)’#N;>?U@789:@:L8G;中国建筑工业出版社$"#&)B"&"‘7R\GcGL?7>N1G9@LAG;N$’((#$J!T"’D*#!""()D"""(‘+’’,!肖飞燕$谢峻林B高硫煤对硅酸盐水泥熟料烧成及显微结构+"*,!4A8^4$6:AG8U^Y$4A86YB\?U@GN:9:G9ANL@>N@?A8@M7DM@F@89M;A8I@LN+],B+’*,!4>7\4$4A8W=$^>7b2B2:@@RR@M9N7R8G87DFG9@LAG;N786@F@89G8?678ML@9@/@N@GLM:$’(()$MQ"%#!"($ED"(&"‘9:@C@:GSA7LN7RN;>?U@F7L9GLNO@MAF@8N+],BbG9@L5MA@8M@G8?+"E,!3O@?GA;@+B3O@LNO@M9AS@78CA7N7;A?NFG8GU@F@89+],B2@M:87;7U<$’((E$QP"##!)$D%)‘6G8G?AG8]7>L8G;7R.8R@M9A7>NWAN@GN@NG8?1@?AMG;+’E,!ZT"$)D’(($$通用硅酸盐水泥+5,B1AML7CA7;7U<$’(("$JN"E#!"’D’)‘+’),!杨志泉$周少奇B广州大田山垃圾填埋场渗滤液有害成分的+"),!王君伟$李祖尚B水泥生产工艺计算手册+1,B北京!中国检测分析+],B化工学报$’(()$Q!"""#!’"&*D’"&&‘建材工业出版社$’(("‘"D))‘+’%,!刘凤枝$刘潇威B土壤和固体废弃物监测分析技术+1,B北+"%,!王复生B现代水泥生产基本知识+1,B北京!中国建材工业京!化学工业出版社$’(($‘出版社$’((E‘"$D’)$"’)$"*#D"%"‘+’$,!王宇峰$高俊发$侯晓峰$等B污泥的重金属含量及浸出毒+"$,!ZTP2"$%D’((&$水泥化学分析方法+5,B性测定与资源化利用的研究+],B应用化工$’((&$MS")#!+"&,!蒋建国$许鑫$张妍B城市垃圾焚烧飞灰的硅酸盐水泥稳定)$%D)$&‘化效果研究+],B环境科学$’((%$NS""’#!’)%ED’)%#‘+’&,!VG85BXN@7RN@QGU@N;>?U@GN:GNRA8@GUUL@UG9@G8?O7cc7;G8A8+"#,!\]P2*((D’(($$固体废物浸出毒性浸出方法!醋酸缓冲溶液V7L9;G8?M@F@89F7L9GL+],B]7>L8G;7R57;A?bGN9@2@M:87;7U<法+5,BG8?1G8GU@F@89$’((’$NT"*#!"’"D"*(‘+’(,!ZT)(&%‘"D"##$$固体废物浸出毒性浸出方法!水平振荡法+’#,!VG856$2N@8UW\$4@@66$"#$%B.8R;>@8M@7RRA8@8@NN7R+5,BN@QGU@N;>?U@GN:789:@F7L9GLOL7O@L9A@N+],B6@F@89G8?+’",!建筑材料科学研究院B水泥物理检测+1,B"第三版#B北京!678ML@9@/@N@GLM:$’((*$MM"""#!"$E#D"$)E‘