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(环境工程专业论文)有机污泥固化稳定化处理技术研究.pdf.pdf 免费下载
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正交试验,把污泥固化块力学性质作为考察目标,获得水 泥、粉煤灰、煤渣和养护天数等影响因素的试验主次顺序,并在此基础上探讨不同辅 助添加剂的掺入量和养护天数对污泥固化稳定化效果的影响;最终获得最佳配方,使 污泥固化块的理化性质符合填埋场的进场标准同时降低污泥预处理成本。 本次研究所选取的造纸污泥含水率为7 8 5 8 0 0 , 4 ,有机质含量约为5 8 6 4 ,污泥浸 出液中c o d 浓度约为1 2 0 0m g l ,各重金属浓度均低于相关标准的最低限值要求。但造 纸污泥的力学性质和含水率仍未达到填埋场的进场标准。 根据正交试验结果可知,本试验研究过程中各影响因素的试验主次顺序为:水泥 养护天数 煤渣 粉煤灰,得到最优组合为:水泥( 0 1 0 k g k g ) 、养护天数( 6 d ) 、 煤渣( o 1 0 k g k g ) 、粉煤灰( o 0 2 k g k g ) 。 根据优化试验结果可知,水泥、粉煤灰和煤渣的掺量分别为0 1 2 k g k g 、0 0 2 k g k g 和0 1 0 k g k g ,养护天数为6 d 时,固化块抗压强度达至l j 3 6 0 k p a 。水泥和煤渣对提高造纸 污泥固化块的抗压强度具有促进作用,而它们与粉煤灰对造纸污泥中的有机质和重金 属均具有一定的稳定化作用。其中煤渣的添加起到了骨料添加剂和吸附剂的作用,对 提高固化块的力学性质和稳定各种污染物具有较为明显的作用。 在最佳配方的条件下,固化块浸出液中c o d 浓度为1 1 5 7m g l ,重金属质量浓度满 足国家标准。经养护后的固化块含水率均保持在3 5 左右,符合填埋场的进场标准。 广东工业大学硕士学位论文 同时,采用上述配方预处理造纸污泥的综合成本为5 2 元吨,仅占造纸污泥的处理处置 成本的1 1 3 。综上所述,采用本课题研究所获得最佳配方对造纸污泥进行固化稳定化 处理在技术和经济上是可行的。 关键词:造纸污泥,固化,稳定化,重金属,抗压强度 玎 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ,a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i o e c o n o m i c ,s o l i dw a s t eb r i n g s s e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ,a n ds l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s a lh a sr e c e i v e di n c r e a s i n g a t t e n t i o n a l t h o u g ht h es o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o nt r e a t m e n tt e c h n o l o g yf o ri t sp r o v i d e s e f f e c t i v et e c h n i c a ls u p p o r t ,b u ta tt h ep r e s e n t ,t h eo b j e c to ft h es o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o n t r e a t m e n tt e c h n o l o g yr e s e a r c hi sh e a v ym e t a ls l u d g ea n do i ls l u d g e ,a n dt h es t u d yo f o r g a n i c s l u d g ei sr e l a t i v e l yr a r e ,s u c ha sp a p e r m a k i n gs l u d g e ,p r i n t i n gs l u d g e ,d y e i n gs l u d g e ,l e a t h e r e t c w i t ht h en u m b e ro fs l u d g ei si n c r e a s i n g t h er e s e a r c ho ft h ed i s p o s a lt e c h n o l o g yo f s l u d g em a i n l yc o n f i n e dt oi n c i n e r a t i o nt e c h n o l o g y , m o s to ft h ed e v e l o p i n gr e g i o n sw i l l c h o o s et h et e c h n o l o g yo ft od i s p o s i n gs l u d g e ,b u tt h ei n c i n e r a t i o nt e c h n o l o g yi sn o ts u i t a b l e f o rt h e s ea r e a s t h i ss l u d g ec a nn o tb el a n g f i l l e dd i r e c t l ya st h ep h y s i c a la n dc h e m i c a l p r o p e r t i e s o fo r g a n i c s l u d g e ,s ot h es t u d yo n t h e t e c h n o l o g yo fo r g a n i cs l u d g e s o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o nc a l ln o tb ed e l a y e d t h i ss t u d yi sb a s e do ny a n g j i a n gi n d u s t r i a ls o l i dw a s t ed i s p o s a lc e n t e r ( h e r e i n a f t e r r e f e r r e dt oa st h es o l i dw a s t ec e n t e r ) ,p r e t r e a t i n go r g a n i cs l u d g eb ys o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o nt r e a t m e n tt e c h n o l o g y t h ep a p e r m a k i n gs l u d g e ( h y 0 3 ) i sc h o s e da st h er e s e a r c h o b j e c ti nt h i sr e s e a r c h , f i r s t l y , t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fp a p e r m a k i n gs l u d g e w a sa n a l y z e d ,a n dt h er a wm a t e r i a l si nt h ep r e t r e a t m e n ti n c l u d i n gc e m e n t ,p f aa n dc i n d e r s e c o n d l y , t h el 9 ( 3 4 ) o r t h o g o n a lt e s tw a se s t a b l i s h e d i nt h er e s e a r c h ,t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fs o l i d i f i c a t i o nb l o c ka st h ei n v e s t i g a t i o nt a r g e td u r i n gt h es t u d y , a n dt h et e s t p r i o r i t i z eo f i n f l u e n c ef a c t o r ss u c ha sc e m e n t ,p f a ,c i n d e ra n dc u r i n gd a y sw a so b t a i n e d , a n do nt h i sb a s i c ,e f f e c t so fd i f f e r e n ta u x i l i a r i e sa n d c u r i n gd a y s o nt h e s o l i d i f i c a t i o n s t a b i l i z a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d ;f i n a l l y , t h eb e s tf o r m u l aw a so b t a i n e d ,a n dt h e p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fs l u d g eb l o c km e tt h ea d m i s s i o ns t a n d a r d sf o rl a n d f i l l a n dr e d u c et h ec o s t a c c o r d i n gt oo r t h o g o n a lt e s tr e s u l t s :t h et e s t i n gp r i o r i t i z ei n t h i ss t u d yi sc e m e n t c u r i n gd a y s c i n d e r s p f 八t h eo p t i m a lc o m b i n a t i o ni sc e m e n t ( 0 1o k g k g ) 、c u r i n g d a y s ( 6 d ) 、c i n d e r s ( o 1 0 k g k g ) 、p f a ( 0 0 2 k g k g ) ! i i 广东工业大学硕士学位论文 暑詈皇皇詈墨富阜喜暑詈鲁詈詈毫詈暑詈= 皇詈皇=mb 暑詈皇詈暑昌鲁皇暑皇皇昌昌詈= 暑詈詈= 詈詈詈詈詈詈暑詈詈詈詈= 暑葛昌詈= 皇= 詈暑皇詈詈詈皇毒暑墨暑詈詈昌詈鲁暑皇皇暑= 詈詈詈鲁詈詈毫暑詈詈喜暑暑皇鼻鲁篁暑昌詈暑皇 a c c o r d i n gt oo p t i m i z a t i o nt e s tr e s u l t s :w i t ht h ed o s a g eo fc e m e n t ,p f aa n dc i n d e r , 0 12 k g k g ,o 0 2 k g k ga n do 1o k g k gr e s p e c t i v e l y , a n dc u r i n gt i m eo f6 d ,t h ec o m p r e s s i v e s t r e n g t ho ft h es o l i d i f i e ds l u d g eb l o c kr e a c h e d3 6 0 k p a r e s u l t ss h o w e dt h a ta d d i t i o no f c e m e n ta n dc i n d e rh a dg o o de f f e c t so nt 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p e r m a k i n g s l u d g eb ya b o v ef o r m u l ai s5 2y u a n t o n , o n l ya c c o u n t e df o rp a p e r m a k i n gs l u d g ed i s p o s a l c o s t so f11 3 i ns u m m a r y , t h eb e s tf o r m u l aw h i c ho b t a i n e di nt h i sr e s e a r c hi st e c h n i c a l l y a n de c o n o m i c a l l yf e a s i b l e k e y w o r d s :p a p e r m a k i n gs l u d g e ;s o l i d i f i c a t i o n ;s t a b i l i z a t i o n ;h e a v ym e t a l ; c o m p r e s s i v es t r e n g t h 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v c o n t e n t s v i i i 第一章绪论l 1 1 有机污泥的产生现状1 1 1 1 有机污泥的来源1 1 1 2 有机污泥的产量l 1 1 3 有机污泥对环境的危害2 1 2 国内外污泥处理处置技术的比较3 1 2 1 有机污泥的焚烧3 1 2 2 污泥的安全填埋4 1 3 污泥处理处置的现状及存在问题。5 1 3 1 污泥处理处置的现状5 1 3 2 污泥处理处置存在的问题5 1 4 污泥固化稳定化技术6 1 4 1 污泥固化稳定化技术国内外研究现状6 1 4 2 主要固化稳定化技术的对比7 1 4 3 以水泥为基材的固化稳定化技术研究9 1 4 4 辅助添加剂的研究1 l 1 4 5 污泥固化处理的骨架构建理论1 2 1 4 6 固化体强度机理研究13 1 5 研究的背景、思路及创新之处1 4 1 5 1 研究背景1 4 1 5 2 主要研究内容和基本思路1 4 v 广东工业大学硕士学位论文 1 5 3 本课题的创新点1 6 第二章试验材料、仪器和方法1 7 2 1 试验材料17 2 2 试验仪器18 2 3 试验方法和试验方案1 9 2 3 1 试验方法1 9 2 3 2 分析项目及测定方法2 0 2 3 3 试验方案2 2 第三章试验结果与分析2 5 3 1 正交试验结果与分析2 5 3 1 1 正交试验结果2 5 3 1 2j 下交试验极差分析2 6 3 2 优化试验结果与分析2 7 3 2 1 水泥掺量试验2 7 3 2 2 养护天数试验2 9 3 2 3 煤渣掺量试验3l 3 2 4 粉煤灰掺量试验。3 4 3 3 优化试验总结3 5 第四章煤渣吸附性能的试验结果与分析。3 7 4 1 煤渣对有机污染物吸附性能的试验结果与分析3 7 4 2 煤渣对重金属吸附性能的试验结果与分析3 8 4 3 小结3 9 第五章经济可行性分析4 0 结论与展望4 2 参考文献4 4 攻读硕士期间发表的论文及获得的成果4 9 独创性声明5 0 v i 目录 致谢51 v i i 广东工业大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h ep r o d u c e ds t a t u so f t h eo r g a n i cs l u d g e 1 1 1 1t h es o u r c eo f t h eo r g a n i cs l u d g e 1 1 1 2t h eo u t p u to f t h eo r g a n i cs l u d g e 1 1 1 3t h ee n v i r o n m e n t a lh a z a r d sf r o mt h eo r g a n i cs l u d g e 2 1 2d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc o m p a r i s o no f s l u d g ed i s p o s a lt e c h n o l o g y 3 1 2 1i n c i n e r a t i o no f t h eo r g a n i cs l u d g e 3 1 2 2t h es a f e t yo f s l u d g el a n d f i l l 4 1 3s l u d g ed i s p o s a lo f t h es t a t u sa n de x i s t i n gp r o b l e m s 5 1 3 1s l u d g ed i s p o s a ls t a t u s 5 1 3 2t h ep r o b l e m s o f s l u d g ed i s p o s a l 5 1 4t h et e c h n o l o g yo f s l u d g es o l i d i f i c a t i o na n ds t a b i l i a t i o n 6 1 4 1t h er e a e a r c hs i t u a t i o no f s l u d g es o l i d i f i c a t i o na n ds t a b i l i a t i o nt e c h n o l o g y 6 1 4 2t h ec o m p a r i s o no f m a i ns o l i d i f i c a t i o na n ds t a b i l i z a t i o nt e c h n o l o g y 7 1 4 3c e m e n tf o rt h eb a s em a t e r i a lo f s o l i d i f i c a t i o na n ds t a b i l i z a t i o nt e c h n o l o g y 9 1 4 4t h es t u d yo f a u x i l i a r ya d d i t i v e 11 1 4 5t h es k e l e t o nc o m t r u c t i o nt h e o r yo f s l u d g es o l i d i f i c a t i o n 1 2 1 4 6t h em e c h a n i s mr e s 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污泥是污水处理设施在处理污水过程产生的沉淀物和漂浮物,它含有大量的水分 及有机质,同时也含有大量的重金属、病原菌、病毒微生物和毒性有机物等有毒有害 物质,以及具有发臭、易腐烂的性质。因此,污泥如果处理不好或直接排放到环境中 容易造成对环境的二次污染。另外,污泥的产量与同俱增,加上污泥本身复杂的物理 化学性质使得污泥的妥善处理成为当今世界范围内的棘手问题。目前污泥的处理处置 方法包括填埋、焚烧、海洋倾弃以及土地利用等,但是由于污泥工程性质差异并含有 多种难降解污染物,使得上述手段受到不同程度的制约【l 】。 1 1 有机污泥的产生现状 1 1 1 有机污泥的来源 有机污泥多来源于造纸、制革( 熟皮制革工艺) 、发酵等耗水量较大的行业废水处 理过程以及城镇污水处理厂废水处理过程,主要产生于污水处理过程中的初级沉淀池 与二级沉淀池中。该类污泥是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其 复杂的非均质体,含有大量的水分及有机质,并且含有大量的病原菌、病毒微生物、 毒性有机物和少量重金属等有毒有害的物质。 1 1 2 有机污泥的产量 根据广东省环境保护基金会提供的资料,以我省的城市生活污水污泥为例,广东 全省现有污水处理设施每天排放的污泥( 含水率8 0 ) 为7 2 8 0 吨,加上在建的污水厂, 近期产生的污泥量将达到9 3 7 9n 屯i q ,相当于全省固体废物的总量的8 。按照广东省 环境保护规划以2 0 1 0 年城镇污水处理负荷1 8 0 3 万吨同测算,每天污泥产生量将达到 广东工业大学硕士学位论文 1 2 0 2 1 吨;而至2 0 2 0 年,城镇污水处理负荷2 8 0 3 万, 屯i q 计,每天污泥产生量将达到 1 8 6 9 6 吨,足足增长一倍,如此庞大的污泥量,成为环境的一大负荷【2 】。 除了上述提到的城市生活污水污泥外,工业污水处理过程中污泥的产生量也较为 惊人。单单以东莞市中堂镇造纸产业基地为例,该基地现有造纸企业2 9 家,主要生产 瓦楞纸、挂面纸、仿牛卡纸和白板纸,造纸污泥的产生量为5 2 2 2 2 吨年( 含水率8 0 ) 【3 】。由此可见,工业污泥的处理处置也给工业的发展带来了较大的压力。 1 1 3 有机污泥对环境的危害 有机污泥中的盐分、病原菌、有机污染物和少量重金属等有毒有害物质可通过对 地表水、地下水、土壤等的污染,从而对人类及动植物造成较大的危害。 ( 1 )盐分的污染:污泥的盐分含量较高,会明显提高土壤的电导率、破坏植物 的养分平衡、抑制植物对养分的吸收,甚至对植物的根系造成直接伤害。 ( 2 )病原微生物:主要有细菌类、病毒和虫卵等。常见的细菌有沙门氏菌、志 贺氏菌、致病性大肠杆菌、耶尔森氏菌和梭状芽包杆菌等,常见的病毒有肝类病毒、 呼肠病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、轮状病毒等,常见的虫卵有蛔虫卵、绦虫 卵等。人类接触到这些病原微生物会患肝炎、脑膜炎等各种疾病。 ( 3 ) 有机污染物:城市污泥主要的有机污染物包括:氯酚( c p s ) 、氯苯( c b s ) 、硝 基苯f n a s ) 、多氯联苯( p c b s ) 、多氯代二苯并二恶英吠哺( p c d d f s ) 、邻苯二甲酸酷 ( p e s ) 、多环芳烃( p a h s ) 和有机农药等。许多有机污染物具有生物放大效应,并有“三 致”( 致癌、致畸、致基因突变) 作用而日益引起了人们的普遍关注。美国国家环保局列 出的1 2 9 种“优控污染物”中就有1 1 4 种是有机污染物。而我国对污泥中有机污染物控 制的研究还处于起步阶段【l 】。 ( 4 ) 重金属:在我国生活污水常混有一定量的工业污水,这使得污泥中含有较 多的重金属,如c r ,c d 常来源于印染废水及电镀废水等。重金属的性质稳定、难降解, 难以去除容易在食物链中累计,从而危害人们的身体健康。而我国城市污泥的重金属 以c u ,z n 为主,其超标率最高 4 1 。污水管道使用镀锌材料是使污泥中z n 含量较高的 主要原因5 1 。 2 第一章绪论 1 2 国内外污泥处理处置技术的比较 目前来说,针对有机污泥的处理处置方法主要有堆肥、填埋以及焚烧等。对于城 市生活污水处理厂产生的污泥,一般采用堆肥技术对其进行综合回收利用。然而,一 般的工业有机污泥,如造纸污泥、制革污泥以及印染污泥等则不适合采用堆肥技术处 理。所以,填埋与焚烧成为了处理工业有机污泥的主要方法。 1 2 1 有机污泥的焚烧 焚烧法是一种高温热处理技术,即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚 烧炉内进行氧化分解反应,废物中的有毒有害物质在高温中氧化热解而被破坏。焚烧 处置的特点是可以实现无害化、减量化、资源化。焚烧的主要目的是尽可能地焚烧废 物,使被焚烧的物质变成无害和最大限度的减容,并尽量减少新的污染物产生,避免 造成二次污染【6 】。 尽管焚烧技术能够在短时间内实现污泥的无害化、减量化、资源化等优点,但是 综合各方面来说,焚烧技术有一定的限制性。如: ( 1 ) 高含水率有机污泥具有较高的含水率,一般来说,污泥经过机械脱水后 含水率一般在7 0 8 0 。正是由于有机污泥的高含水率,使其难以资源化利用。同时 污泥含水率决定了发热值的高低,污泥含水率太高不能产生有效热能,在流化床或混 合燃料锅炉焚烧的污泥需进一步脱水达到5 0 以上千度,并对废弃物进行分拣,才能 产生有效热能满足焚烧要求【7 】。所以有机污泥在进炉前必须进行预处理以降低含水率。 ( 2 ) 污泥的干化处理污泥焚烧前必须进行污泥的干化处理,其主要目的是降 低污泥的含水率,使其适宜在焚烧炉中与其它助燃剂一起燃烧。污泥干化的形式主要 有直接干化与间接干化两种。直接干化法被大量采用,其燃烧设备向干化设备提供热 风和烟气,污泥与热风和烟气直接接触,在高温作用下污泥中的水分被蒸发、被降温 的热风和烟气与蒸汽共同离开干化设备。与此相对应的是间接干化法,由加热设备提 供的蒸汽或热油首先加热容器,再通过容器表面将热传递给污泥,污泥中的水分进而 被蒸发【8 j 。 目前来说,污泥的干化主要是利用焚烧炉或热电厂的烟气余热,该途径有利于实 现以废治废和节能减排的目的。以些有机污泥为例,污泥干化后,绝干污泥的平均 广东工业大学硕士学位论文 低位热值为1 0 3 6 3 7k j k g ,相当于褐煤的热值,即使污泥的含固率为7 0 左右,其平 均低位热值也达到7 2 4 7 0 8k j k g 。污泥的热值与污泥中富含有机质有关【9 】。 尽管污泥经过干化处理后有利于实现污泥的资源化,并且回收利用的能耗,但是 该工艺在运行过程中产生大量的恶臭气体,影响厂房周边的卫生环境。同时该工艺需 要完善的配套设施,其造价与管理成本偏高,不适合在欠发达地区推广使用。 ( 3 ) 尾气处理污泥经过焚烧后产生大量的尾气,其中包括烟尘、二氧化硫、 氮氧化物、二恶英等物质,所以必须严格按照国家的相关标准对其进行处理并达标排 放,使得尾气的处理技术以及设备的要求相对较高。 综合来说,污泥焚烧是一种有效的污泥最终处置方法,它可破坏全部有机质,杀 掉一切病原体,并最大限度减少污泥体积,污泥处置速度快,不需长期储存,污泥可 就地焚烧,不需长距离运输,此法适用于所有城市污泥处置,但它的致命缺点是投资 庞大,运转费用高昂【l o 】,成本是其它处理处置工艺的2 4 倍【1 1 1 ,同时,污泥的焚烧技 术在我国起步较晚,技术尚未成熟,特别在某些领域缺乏基础性的研究。 1 2 2 污泥的安全填埋 污泥的卫生填埋始于二十世纪6 0 年代,是在传统填埋的基础上从保护环境角度出 发,经过科学
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