采用水泥\石灰及细砂对污泥固化的研究

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摘要

污泥是污水处理厂在处理污水过程中产生的沉淀物，具高含水率、高有机物含量等特点，同时含有大量有毒、有害成分，如果不能对污泥进行妥善处理，容易对周围环境造成二次污染。根据污泥高含水率、高有机物量、无机固体颗粒成分少的特点，采用水泥、石灰、细砂作为污泥的水化、骨架材料进行固化，处理后污泥的物理、化学性质得到改善，污染物也得到一定的稳定。

关键词 污水处理厂污泥固化

一、引言

污泥是污水处理厂在处理污水过程中产生的沉淀物，具高含水率、高有机物含量等特点，同时含有大量有毒、有害成分，如果不能对污泥进行妥善处理，容易对周围环境造成二次污染。采用固化和稳定化的方法对污泥进行处理，固化后的污泥可作为填土材料、烧砖材料和填埋场的覆土材料等加以资源化利用[1―2]，或进入填埋场填埋处置[3]。

固化技术主要是通过水化反应形成的水化产物将污泥颗粒胶结、包裹，形成整体性较好的固化体[4]。

采用某城市生活污水处理厂脱水污泥（含水率75%―80%）进行试验。向该污泥试样添加一定配比的水泥、石灰、细砂，搅拌混匀后静置八天，通过测定样品含水率、有机物含量、COD浸出浓度、水分减量等参数对污泥固化效果进行研究。

二、试验材料和方法

1、试验思路

污水处理厂脱水后污泥的含水率为75%―80%，污泥成分还包含有机物、重金属、无机杂质及病原菌等。向该污泥中添加不同配比的水泥、石灰粉、细砂，通过搅拌、反应、静置后，测定其相关参数来探讨以下情况：

（1）通过测定并计算出样品COD浸出量，反映污泥固化并形成资源后对环境是否造成二次污染；

（2）通过测定水分减量，反映污泥固化后减量的程度；

（3）通过测定样品本身含水率、挥发性有机物含量（MLVSS），反映固化污泥的特性；

（4）根据最适配比估算吨泥固化成本（材料成本）。

2、说明

（1）计算COD浸出量，先测定出COD浸出浓度；试验期间，该厂日均进出水CODCr浓度分别为186mg/L、21mg/L；

（2）测定样品COD浸出浓度前，均取适量样品溶于500mL蒸馏水中，样品浸泡时间为48h（经重复性试验，48h后，COD浸出浓度变化很小，故取该值为试验时间）；

（3）试验后污泥的重量等于总重减去试验前水泥、石灰及细砂的重量。

3、试验材料

本试验需要的器材有：搅拌装置、称重仪器、化验仪器及药品、水泥、石灰、细砂、生污泥。

4、试验方法

本试验初步采用6种不同的配比，并进行空白比对。具体如表1所示。

表1污泥固化实验配比表（单位：kg）

编号 污泥量 复合硅酸盐

水泥量 石灰粉量 细砂量 比例 备注

1 2.0 0 0 0 / 空白

2 2.0 0.2 0.4 0 1:10%:20% 污泥：水泥：石灰（质量比）

3 2.0 0.4 0.4 0 1:20%:20%

4 2.0 0.6 0.4 0 1:30%:20%

5 2.0 0.2 0.4 0.4 1:10%:20%:20% 污泥：水泥：石灰：细砂（质量比）

6 2.0 0.4 0.4 0.4 1:20%:20%:20%

7 2.0 0.6 0.4 0.4 1:30%:20%:20%

三、分析与讨论

1、试验数据记录

（1）取试验后污泥固化样品，测定COD浸出浓度，数据记录如表2所示。

表2污泥固化试验COD浸出浓度及样品质量记录表

1 2 3 4 5

COD浸出浓度（mg/L） 80 980 650 544 502

样品质量（g） 9.0204 12.5095 16.3281 10.2734 10.9128

6 7

COD浸出浓度（mg/L） 384 205

样品质量（g） 14.8029 11.3421

（2）试验前后各个试样的重量记录，数据如表3所示。

表3污泥固化试验试样重量记录表（单位：kg）

1 2 3 4 5 6 7

试验前 2.0 2.6 2.8 3.0 3.0 3.2 3.4

试验后 0.9 1.7 2.0 2.0 2.3 2.2 2.3

（3）污泥固化试验试样含水率及MLVSS数据记录，以1g污泥计，数据如表4所示。

表4污泥固化试验试样含水率及MLVSS记录表

1 2 3 4 5 6 7

含水率 66% 42% 44% 41% 26% 37% 28%

MLVSS 42% 18% 14% 15% 11% 9% 8%

2、分析与讨论

根据试验数据记录，计算并整理出各种参数的统计表，如表5所示。

表5污泥固化试验参数统计表

序号 COD

浸出量（mg/g） 污泥减量（kg） 固化污泥特性 备注

试验前 试验后 减量 含水率 MLVSS

1 4.43 2.0 0.9 55% 66% 42% 空白

2 39.17 2.0 1.1 45% 42% 18%

3 19.90 2.0 1.2 40% 44% 14%

4 26.48 2.0 1.0 50% 41% 15%

5 23.00 2.0 1.3 35% 26% 11%

6 12.97 2.0 1.0 50% 37% 9%

7 9.04 2.0 0.9 55% 28% 8%

从表5可以看出，污水处理厂脱水污泥加入一定量的固化物质后，其COD浸出量、含水率、MLVSS发生了明显的变化。加入不同配比的水泥、石灰、细砂，其各种样品的特性也存在一定差异。具体表现在以下三个方面。

（1）COD浸出量

从图1可以看出，向污泥中加入水泥量越大，COD浸出量越小；添加细砂后，污泥固化体COD浸出量减小；添加10%―20%水泥后污泥固化体的COD浸出量比添加20%―30%水泥的值下降趋势明显，斜率较大，说明在该试验条件下，添加水泥的线性最低值在20%―30%之间。

空白试样COD浸出量较小，均小于5.0mg/g。添加固化物质后，试样COD浸出量反而较大，是因为在污泥中加入这些物质后，通过搅拌、水化反应，微生物细胞壁破解，更多的可溶性COD溶解于水中。

（2）污泥减量

从图2可以看出，污泥添加固化物质后，经过自然静置，其重量减小35%―55%，添加水泥量越大，水分减少量越多。两个空白试样水分减少量分别为55%、60%。

（3）含水率及MLVSS

含水率及MLVSS可以准确反映污泥固化体自身的特性。从图3可以得出，添加固化物质后，污泥的性质得到改善，污泥固化体的含水率及MLVSS明显降低；水泥添加量越大，此两参数值越小；添加细砂后，污泥固化体的含水率及MLVSS进一步降低。

空白试样的COD浸出量较小，水分减量也达到55%以上，但是其本身的含水率与MLVSS最高，导致其资源化利用受到前提限制。添加固化物质后，污泥固化体达到资源化利用的条件，但是需要通过合适的配比，使其COD浸出量降到最低，从而降低对环境造成二次污染。

（4）经济成本

目前，1kg复合硅酸盐水泥的市场价格为0.38元，1kg石灰的市场价格为0.35元，1m3细砂的市场价格为30元，据此估算不同配比下固化材料的成本价格如表6所示：

表6污泥固化成本（材料）表

编号 成本（元/吨泥） 配比 备注

1 / / 空白

2 108 1:10%:20% 污泥：水泥：石灰（质量比）

3 146 1:20%:20%

4 184 1:30%:20%

5 112 1:10%:20%:20% 污泥：水泥：石灰：细砂（质量比）

6 150 1:20%:20%:20%

7 188 1:30%:20%:20%

四、试验结论

1、水泥量越大，污泥固化体COD浸出量越小；添加细砂后可以进一步降低COD浸出量；固化污泥资源化后根据不同的具体用途以及由于雨水、地下水的影响，很可能对环境造成二次污染，只是污染程度可能不同；

2、污泥添加固化物质后，经过自然静置，其重量均会减小50%左右；

3、添加水泥、石灰及细砂后，污泥可以得到一定程度的固化，固化效果比较明显。水泥添加量越大，污泥固化体的含水率及MLVSS越小，添加细砂后，此两参数值进一步降低；

4、添加固化物质后，污泥固化体的强度随着时间的推移而增大，其色、臭也得到明显改善；

5、推荐采用第6编号的配比，可以较好达到污泥固化的效果。

6、第6编号的配比，估算其吨泥固化成本为150元（材料成本）。

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