某城市污水处理厂污泥固化处理研究 5页

第39卷第8期环境科学与管理V01．39No．82014年8月ENVIR0NMENTALSCⅡCEADMANAGEMENTAug．2014文章编号：1674—6139(2014)08-0090—05某城市污水处理厂污泥固化处理研究曹胜，董晓楠，邢延峰(黑龙江省环境监测中心站，黑龙江哈尔滨150056)摘要：课题依托哈尔滨某污水处理厂，通过建立(3)正交试验，选取水泥、石灰、煤灰掺入比例以及养护时间为主要影响因素，以固化块的抗压强度和COD浸出浓度为评价指标，得到各因素的影响度大小排序为：水泥>养护天数>石灰>煤灰，优化固化条件为水泥掺入比例15％，石灰掺入比例2％，煤灰10％养护天数6d。以此为基础进行延展实验，探讨以上因素对污泥固化效果的影响，获得最佳配方。关键词：污泥；固化；抗压强度；浸出液；重金属中图分类号：X703．1文献标志码：AResearchonSolidificationMethodforSludgefromaSewageTreatmentPlantCaoSheng，DongXiaonan，XingYanfeng(HeilongjiangEnvironmentalMonitoringStation，Harbin150056，China)Abstract：ThispapertakesasewagetreatmentplantinHarbinasallexample．Through(3)orthogonaltest，thestudyse-leetscement，limeandflyashmixedratioandcuringtimeasthemaininfluencefactors，takingcompressivestrengthofsolidifiedsludgeandCODconcentrationofleachingasevaluationindex．Theinfluenceofvariousfactorsareasfollows：cement>curingdays>lime>flyash．Theoptimizedcuringratioiscement15％，lime2％，flyash10％andcuringdays6d．Toextendtheex—perimentonthisbasis，thispaperdiscussestheeffectsoftheabovefactorsonthesludgesolidificationtoobtainthebestratioKeywords：sewagesludge；curing；compressivestrength；leachliquor；heavymetal并且尽可能的减少固化污泥的增容比，提高填埋场前言的利用率，最大限度的解决污泥出路问题。针对脱水污泥含水率较高，土力学性质较差的1材料与方法特性，在填埋之前必须经过固化等预处理进一步降低含水率和提高强度才能达到填埋标准。1．1试验材料固化技术最早在2O世纪5O年代用于处理放射试验污泥：试验用污泥取哈尔滨某生活污水处性废物，根据中国的国情，因地制宜资源化利用是理理厂脱水间脱水后的污泥(含水量为80％以下)取想的处理状态，但是就目前来看，填埋处置在全国的回后采用聚乙烯瓶封存，并排除空气，在密封、遮光污泥处置中还是占了很大的比例。基于以水泥基材的环境中保存，防止污泥失水和降解。进行的污泥固稳定化更是污泥进行填埋预处理1．2污泥固化效果指标测定的主要方法。本试验正是基于这样的理论基础，采为了改善污泥填埋性状，使污泥在土力学上满用煤灰和石灰作为水泥基材辅助添加材料对污泥进足填埋场处置要求，同时避免填埋场容积被填充料行固化，以降低污泥的含水率，增加固化体的强度，大量占用，有人用水泥、生石灰、粉煤灰、钢渣、疏浚淤泥等对污泥进行固化处理J。氯化钙和氢氧化钙能够促进水泥一污泥固化体系的凝结速度，固化收稿日期：2014—06—13作者简介：曹胜(1987一)，男，大学本科，助理工程师。效果良好。采用水泥和煤灰固化污泥，固化块强度·9O·\n2第01349年卷第8月8期曹胜等·某城市污水处理厂污泥固化处理研究V01．39No．8Aug．2014和浸出毒性都可以满足建筑工业的要求_3J，采用生已知本地土和水泥的掺人量、污泥的质量和密石灰和钢渣固化污水处理厂污泥，产物可以作为填度，固化体的密度可以通过称重量以及测量体积的埋场盖板使用。结合哈尔滨市气候特点(低温天气方法计算获得，即可按照上述公式求出固化的增较多，冰点以下温度持续时间长)，基于污泥的固化容比。●-技术路线分析和前期资料研究，选定水泥、石灰、煤1．3污泥固化条件优化灰、三种固化剂展开研究。正交试验设计：正交试验设计(Orthogonalex—1．2．1固化污泥无侧限抗压强度测定perimentaldesign)是一种科学安排和分析试验的方固化污泥样块的无侧限抗压强度的原理进行法，它利用一套编好的正交表，从为数众多的多因素计算。的全面试验中，挑选出次数较少，但是很有代表性的P组合条件去作试验，通过较少的试验，并进行简单的g计算，以确定比较好的工艺条件或者最优的方其中：q：固化体在试验龄期的无侧限抗压强度案5J。正交试验的优势在于考虑因素及水平合理，(kPa)；P：固化样的破坏荷载(N)；A：固化体的承压分布均匀；不需要重复试验计算精度高。因此是研面积(mm)究多因素多水平的一种高效率、快速、经济的设计方采用Yh一2型无侧限压力仪(如图1所示)测法，是分式析设计的主要方法。本试验根据之前的定养护至适龄期的固化样品的无侧限抗压强度，以试验结果，以水泥、石灰、煤灰和养护时间作为因素。三个平行样品的平均值作为无侧限抗压强度值。在污泥固化实验过程中，以污泥固化后的抗压强度为研究指标，建立(3)的正交试验，在前期试验和文献阅读的基础上，确定该正交试验的水平因素，详见表1。表1正交实验水平因素设计表在正交试验的基础上，确定各实验因素的试验主次顺序，并确定正交试验过程中固化剂和养护时图1型无侧限压力仪间的最优组合，在此基础上对各影响因素进行扩展1．2．2固化污泥增容比测定试验，根据试验过程中所获得的污泥固化块的抗压在污泥固化满足无侧线抗压强度要求的同时，强度和固化块浸出液中COD浓度进行分析，确定固处理前后污泥体积的变化也是一个重要的指标]。化剂最佳添加量，以获取较佳的试验结果。固化污泥的体积增加过大，将会导致处置的费用过2结果与讨论高。所以把污泥固化体的体积变化作为一个重要指标进行了试验研究。假设固化处理前后的质量是守2．1正交试验法优化污泥固化条件恒的，固化体的增容比可以通过下述公式进行计算：本试验以无侧限抗压强度为考察指标，通过试验研究，以确定固化材料的最佳掺人比例。试验中A：=—兰×￡m1p2以水泥、石灰、煤灰的掺人比例为响应因素，根据表其中A：增容比；P1：污泥密度；P2：固化污泥密1不同的影响因子水平，试验得到相应固化块的抗度；m：污泥质量；m：固化污泥质量。压强度和含水率，并分析各因素的影响程度。正交·91·\n2第01349年卷第8月8期曹胜等·某城市污水处理厂污泥固化处理研究V0I．39No．8Aug．2014表设计及结果见表2。23456789抗R压强度呈上升趋势，从水泥掺入比例为0时(即只表2正交试验结果是用石灰和煤灰进行污泥固化)的66．2kPa升至水mmm：2：。8批92孤泥4掺人比例为20％时的215．4kPa，随着水泥掺入编号(％)(％)(％)，篓率(％)量的增加，固化污泥的强度有所增加。但在水泥掺2)人比例为12％后，固化块抗压强度的增幅较小。可56见水泥的掺入比例为12％时，固化块的胶结反应基8mm249矾35本达到平衡，此时水泥的掺人量较为合适。255与此同时，随着水泥掺入比例的增加，固化块浸86出液COD浓度呈下降趋势。浸出液COD浓度从20O0O6975O2一535．3mg／L降至289．5mg／L。这说明水泥的添加5对污泥中有机质的稳定化起到促进作用。8，钾∞铊一2．3养护时间对污泥固化效果的影响269．79647253．973763259．4287．3有研究表明以水泥、粉煤灰和煤灰为固化剂处243．4286．7理城市污水处理厂的污泥，养护天数为7d时，其固26．333．7化块抗压强度远大于填埋处理要求。朱伟L6等以由表2可见，各因素的影响从大到小排序为：水水泥和膨润土作为固化剂处理城市污水处理厂的污泥>养护天数>石灰>煤灰。优化组合为水泥泥，养护天数为7d时，其固化块抗压强度最大可达(15％)，养护天数(6d)，石灰(2％)，煤灰(10％)。到500kPa，这表明养护龄期为7d时，污泥固化块在上述组合(即实验编号7)所得出的固化块抗压强基本上可满足填埋处理要求。结合哈尔滨市每天需度较好，含水率较低。以该组合中固化剂的添加量要接纳大量污泥的实际情况，在满足填埋处理要求为基础，对各固化剂的添加量进行延展实验，考察固的基础上尽量减少固化块养护天数，所以养护天数化剂添加量、养护时间对固化块抗压强度以及固化拟选取3、4、6、7、8天，考察养护天数对固化块抗压强块浸出液COD浓度的影响。度和固化块浸出液COD浓度的影响。(见图3)2．2水泥掺量对污泥固化效果的影响固定石灰和煤灰的掺人比例分别2％和10％，养护天数为6d，先以无水泥掺入进行空白实验，得出固化块抗压强度及固化块浸出液COD浓度分别陋一，I／暑矮8u为66．2kPa，535．3mg／L；然后以不同水泥掺人比例进行实验，其固化块抗压强度以及固化块浸出液COD浓度测定结果见图2。图3养护时间对污泥固化效果的影响在固定水泥、石灰、煤灰的比例后，随着养护天骥数增加，固化块抗压强度呈上升趋势，从养护时间为3d时的142．5kPa升至养护时间为8d时的250．1kPa，固化块抗压强度随养护时间的延长，呈增大趋势。可见养护时间对于固化块抗压强度的增加是有图2水泥添加比例对污泥固化效果的影响利的。当养护天数由4d增至6d时，固化块抗压强从图2中可以看出，随着水泥掺量增加，固化块度的增幅较大；养护天数超过6d时，固化块的抗压·92·\n第201349年卷第8月8期曹胜等·某城市污水处理厂污泥固化处理研究V01．39No．8Aug．2014一鞲螭O们OO∞OO{寻0垢Om00强度增幅较小，因此固化块养护天数为6d时效果固化块抗压强度以及固化块浸出液COD浓度分别较好，可见，随着水泥掺量的增加，固化块达到稳定为120．6kPa和310．9mg／L；然后以不同煤灰掺入所需的时间减少，即水泥的掺人对固化块的稳定有比例进行实验，固化块抗压强度以及固化块浸出液利。此外，随着养护天数增加，固化块浸出液CODCOD浓度的变化见图5。35035o浓度呈下降趋势，由4d时的503．1mg／L降至8d300300时的330．6mL，这说明固化块养护天数的增加有2502502002o0利于污泥中有机质的固定。综上所述，养护时间定巷垒i暖150150位6d，污泥固化效果较好。100l0o5O5O2．4石灰掺入量对污泥固化效果的影响0O固定水泥和煤灰的掺入比例分别为12％、10％，养护天数为6d，先以无石灰掺入进行空白实栅枷l罨季；呦枷m∞0图5煤灰对污泥固化效果的影响验，得到固化块抗压强度为260．4kPa，固化块浸出从图5可以看出，随着煤灰掺量增加，固化块抗液COD浓度为403．2mg／L，然后以不同比例石灰掺压强度呈上升趋势，从煤灰掺入量为0的时候人量考察固化块抗压强度以及固化块浸出液COD240．6kPa升至310．4kPa后略有降低的趋势；与此浓度变化，结果见图4。同时，随着粉煤灰掺量增加，固化块浸出液COD浓度呈下降趋势，浸出液COD浓度从310．9mg／L降＼至221．6mg／L，这说明粉煤灰有利于污泥中有机质bo稳定化，虽然煤灰的添加比例大于10％时固化块的爱口0抗压强度有下降的趋势，但是粉煤灰的添加对污泥U中的有机质固化作用较为明显，此时的COD浓度下降幅度较大。在满足污泥固化块填埋强度要求的基础上，适当加入煤灰可有效固定污泥中的有机质，粉图4石灰对污泥固化效果的影响煤灰掺量为10％较为合适。从图4中可以看出，固化块抗压强度从石灰掺2．6优化试验总结人比例为0的260．4kPa升至石灰掺人比例为2％由上述试验结果可以得出，污泥固化处理过程的309．5kPa；但是当煤灰掺^1人／量由蜒口28％增至6％时，中固化剂较优配比为：水泥12％，石灰2％，煤灰固化块抗压强度从317．4kPa增至317．5kPa，增幅10％，养护天数为6d。在该条件下所获得的污泥固较少，可见石灰作为固化剂掺入时，对固化块抗压强化块的各种理化性质见表3。度的增加起到一定的促进作用，但是随着石灰掺人表3污泥固化块基本理化性质量增多，固化块抗压强度增幅并不明显，所以石灰掺人比例为2％时较为适合。与此同时，随着煤灰掺量增加，固化块浸出液CO1浓度呈下降趋势，由掺人比例为0的403．2mg／L降至掺人比例为6％的278．1mg／L，这说明石灰对污泥中有机质的固定具有一定的促进作用。2．5煤灰掺入量对污泥固化效果的影响固定水泥和石灰的掺量分别为12％，2％，养护天数为6d，先以煤灰掺量为0进行空白实验，得出·93·\n2第01349年卷第8月8期曹胜等·某城市污水处理厂污泥固化处理研究VoL39No．8Aug．2014量以及养护天数进行延展实验，考察水泥、石灰、煤灰、养护时间对固化效果的影响。固化块的抗压强度随着水泥和煤灰的掺量增加而增加，且养护龄期越长，固化块抗压强度越高，但当水泥和煤灰的掺量和养护龄期增加到一定程度而继续增加时，污泥固化块的抗压强度增幅放缓，甚至趋于平稳。因此在保证污泥固化块获得较好的抗压强度前提下，选择图6污泥固化块合适的水泥和煤灰掺量以及养护龄期可以节约生产如图6所示，采用最佳试验配方固化处理污泥，成本及处理时间。结果表明水泥添加量为12％，石经6天养护后表观含水率低，上部与空气接触呈灰灰2％，煤灰10％，养护时间为6天。此时的固化污色并出现致密颗粒状物质，底部呈浅褐色，由于养护泥抗压强度为317．8kPa，浸出液COD浓度为350．6温度适中，固化体水分蒸发，体积收缩明显，局部没mg／kg。有出现细裂纹。综上所述，本课题研究采用水泥、石灰和煤灰固从表3中得知固化块均具有较好的物理力学性化污泥，得到的固化块具有较好的固定作用，在处理质，该条件下固化块抗压强度为317．8kPa，固化块技术上是可行的。含水率均保持在45．9％，符合填埋处理要求(即无侧限抗压强度须大于50kPa，含水率须低于60％)，参考文献：而固化块浸出液中COD浓度大约在480mg／L，由此[1]李俊才，赵泽三，高国瑞．水泥土的微结构特征及分可得污泥固化块填埋处理处置后，所产生的填埋场析[J]．成都理工学院学报，2011，27(4)：388—393．[2]李磊，朱伟，林城．骨架构建法进行污泥固化处理的渗滤液对污水处理系统的正常运行不会造成明显的试验研究[J]．中国给水排水，2012，21(6)：41—43．不利影响。[3]何灿芝，罗汉，喻胜华．应用统计[M]．湖南：湖南科3结论学技术出版社，2012，55—98．[4]李俊才，赵泽三，高国瑞．水泥土的微结构特征及分(1)通过正交试验研究表明，得到各因素的影析[J]．成都理工学院学报，2000，27(4)：388—393．响度从大到小排序为：水泥>养护天数>石灰>煤[5]LOMC．Solidification／Stabilizationofphenolicwasteu-灰，污泥的最佳固化配比为水泥添加比例12％，石singorganic—claycomplex[J]．JournalofEnvironmentalEngi-灰2％，煤灰10％，养护时间为6天。neefing，2012，122(9)：850—855．(2)以正交试验阶段得出的最优水平中固化剂[6]朱伟，李磊，林城．生物化学作用对污泥固化体渗透的添加比例和养护天数为基础，对各固化剂的添加性的影响[J]．岩土力学，2006，27(6)：93—99．·94·