城镇污水处理厂污水污泥固化处理研究.doc

第一章绪论
课题研究背景
城市污水污泥是城镇污水处理厂对污水进行处理过程中产生的沉淀物质以及污水表面漂出的浮沫, 其成分复杂, 含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物等, 如处理不善将会造成严重的二次污染, 如何对污泥进行处理成为世界各国关注的重点课题之一。目前, 国内外污水污泥最终处理与资源化利用的主要方法是填埋、土地利用、热能利用(焚烧)、建材利用等。但是由于污泥本身含水率高、工程性质差, 并含有多种污染物, 上述的处理手段受到了不同程度的限制。固化是指将液态物质、污泥或结构松散的物质变成固化整体, 从而将污染物包裹在具有结构完整的固化整体中, 最大程度的减少污染物释放到环境中去, 同时又提高废物的土工力学性质[1]。将污泥通过固化技术处理成为可以再生资源利用的土工材料或者作为填埋处置的预处理手段能够解决污泥处理中的一系列难题, 是一种极有市场前景和应用前途的污泥处理和资源化手段[2]。对污泥进行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, 影响了这一技术在我国的推广和应用[3]。
课题研究目的
针对上述问题, 本实验通过添加本地土与水泥反应, 形成骨架, 达到提高固化污泥强度, 降低处理成本的技术目标。添加本地土具有材料资源广泛、价格便宜、固化体强度高的优点。
第二章污泥的产生与固化技术研究现状
固化的定义其实包含着两方面含义,即固化和稳定化,为了叙述方面往往在****惯中统称为固化。美国环保署对固化/稳定化的概念解释如下:
固化是指在废弃物中添加固化剂,使其形成固体或变为不可流动性的过程,而不管是否有化学结合在废弃物与固化剂间产生。
稳定化是指将有毒、有害污染物转变成低毒性、低溶解性及低移动性的物质,以减少有害物污染潜力的技术[4]
污泥的来源
随着人口的日益增加和全球社会城镇化的日益加剧,城市污水的产生量也不断增加,生态环境面临严峻的压力,存在着日益遭到严重破坏的可能,因此,城镇污水的处理就显得刻不容缓、势在必行。在城镇污水处理及废水处理中,污泥是不可避免的副产品,它是一种极其复杂的非均质体,其主要由有机残片、无机颗粒、细菌菌体、胶体等组成。污泥主要来源于污水处理厂的初级沉淀池的沉淀物与二级沉淀池的剩余活性污泥。
污泥的产量
按体积计算,%~%,按质量计算则为污水处理量的1%~2%,~1倍左右。污泥的产量也会随着污水处理效率的提高而增大。据估计,全球一年可能产生高达1亿吨左右的干污泥量[5]。我国也有着相当可观的污泥产量,目前我国每年产生超过300万吨的污泥,并且每年的增长速度达到10%左右。
污泥固化处理方法的分类
按照不同的固化剂划分,固化技术可分为水泥固化、石灰固化、熔融固化、沥青固化、玻璃固化等。处理大量的无机废物时适用前两种方法。其余各种方法一般有着比较高的处理成本[6]。

水泥为一种无机胶结剂,坚硬的水泥块能在水化反应后形成,其可以将砂、石等添加牢固地粘结在一起。利用水泥的这一特征,可以用水泥固化有害废物。进行有害污泥的固化时,凝胶由水泥与污泥中水分发生水化反应生成,可将有害污泥微粒包容,并逐步硬化而形成污泥固化体。水泥的水化反应物3CaO·SO3是这种固化体的主要结构,水化结晶体内包进了污泥微粒,使得固化体内封闭了污泥中的有害物质,从而达到无害化、稳定化的处理要求。通过实践证明,处理各种含有重金属的污泥时采用水泥固化方法是十分有效的。由于水泥在固化过程中产生较高的pH值,使得在碱性条件下污泥中的重金属离子生成的氢氧化物或碳酸盐等难溶于水。水泥基体的晶格中可以固定某些金属离子,重金属的浸出可以得到有效的控制。
具体水化反应如下:
硅酸三钙的水合反应
3CaO·SiO2+xH2O → 2CaO·SiO2·yH2O+Ca(OH)2
→ CaO·SiO2·mH2O+2Ca(OH)2
2CaO·SiO2+xH2O → 3CaO·2SiO2+3Ca(OH)2
→ 2CaO·SiO2·mH2O+4Ca(OH)2
(2)硅酸二钙的水合反应
2CaO·SiO2+xH2O → 2CaO·SiO2·xH2O
→ CaO·SiO2·mH2O+Ca(OH)2
2CaO·SiO2+xH2O → 3CaO·2SiO2·yH2O+Ca(OH)2
→