采用水泥-石灰及细砂对污泥固化的研究

采用水泥\石灰及细砂对污泥固化的研究
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 12.9
7 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）。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。