污泥原位固化-稳定化处理中试研究.pdf

污泥原位固化 － 稳定化处理中试研究 * 张会文1， 2， 3朱伟1， 2包建平1， 2， 3魏代伟2， 3舒实2， 3 1. 河海大学环境学院， 南京 210098; 2. 河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心， 南京 210098; 3. 南京河海科技有限公司， 南京 210098 摘要 为了探讨固化 － 稳定化技术的可行性以及后续环境安全问题， 对污泥堆置场进行了原位固化处理试验。经过试 验和监测分析表明 使用原位固化 － 稳定化处理工艺可以有效地进行原位处理， 处理后经过一个星期污泥强度达到 100 kPa 以上， 含水率小于 50， 重金属的浸出量达到 GB 89782002 污水综合排放标准 的要求。如将原位处理后 的场地作为一个污泥单独填埋场封场或污染场地修复的角度进行评估， 原位固化 － 稳定化处理能够满足相关技术指 标的要求。 关键词 污泥; 原位固化 － 稳定化; 重金属; 工程应用 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201408024 PILOT STUDY ON IN- SITU SOLIDIFICATION/STABILIZATION TECHNOLOGY OF SEWAGE SLUDGE Zhang Huiwen1， 2， 3Zhu Wei1， 2Bao Jianping1， 2， 3Wei Daiwei2， 3Shu Shi2， 3 1. College of Environment，Hohai University，Nanjing 210098，China; 2. National Engineering Ｒesearch Center of Water Ｒesource Efficient Utilization and Engineering Safety，Hohai University，Nanjing 210098，China; 3. Nanjing Hohai Technology Company，Nanjing 210098，China AbstractIt was curried out a test of in- situ solidification- stabilization of sludge yard to discuss the feasibility of the technology and the following environmental safety． It was indicated through the test and monitor analysis that the solidification- stabilization technology was used effectively for sludge in- situ treatment． After a week of curing process，the intensity of treated sludge could reach 100 kPa，and the moisture content was less than 50，the heavy metals of leachate met“Integrated Wastewater Discharge Standard” GB 89782002 ．In- situ solidification- stabilization could meet the requirements of the relevant technical indicators，when assessing the technology from the purpose of the treated sludge yard used as a separate closed landfill or the restoration of polluted land． Keywordssludge;in- situ solidification/stabilization;heavy metal;engineering application * 海洋公益性行业科研专项经费重点项目 201105024 ; 水专项 “十二 五” 巢湖项目 2012ZX07103- 005 。 收稿日期 2013 －09 －22 0引言 长期以来， 受污水处理界“重水轻泥” 倾向的影 响， 我国 90以上污水处理厂没有污泥处理配套设 施， 60以上污泥没有经过任何处理就直接投弃［1 ］。 本次试验对象的污泥弃置场是某开发区污水厂的污 泥经长期弃置在一个小型湖泊相邻的洼地之中， 形成 了一个开放式的污泥弃置场。 我国污泥的卫生化、 无害化处理处置问题一直未 受到重视和解决， 目前关注到的类似简易污泥弃置场 的处理处置方式主要有 1 脱水后进入填埋场卫生 填埋， 缺点是污泥运转及脱水耗费较高， 性质较难达 到填埋要求， 填埋场容量有限 ［2 ］; 2 污泥焚烧， 缺点 是污泥弃置场污泥热值低， 处理成本费用昂贵 ［3 ］; 3 污泥农用处置， 存在二次污染风险， 危害周边生态 安全 ［4 ］; 4 封场［5 ］， 占用较多土地资源。综上所述， 不难发现如果能够开发一种原位的、 成本较低、 污染 物控制效果好、 不占用土地资源的污泥处理处置措 施， 对我国现有的大量污泥弃置场的处理处置将有至 关重要的推动作用。 污泥固化 － 稳定化就是在污泥中添加固化剂， 使 其转变为不可流动或紧密固体， 将污染物转变为低溶 101 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal 解性、 低迁移性及低毒性的过程。固化是指将污泥中 加入固化材料改善污泥的力学性质， 提高其抗压强 度、 改善其压缩特性和渗透特性［6- 7 ］; 稳定化是指在处 理过程中， 污泥中的重金属污染物、 持久性有毒有害 物质等通过络合、 包裹、 吸附、 螯合等作用进入更加稳 定的状态， 从而降低二次污染的风险 ［8- 9 ］。固化 － 稳 定化方法是一种廉价的污泥处理技术， 它能较好地解 决污泥的处理问题， 同时可实现对污泥处理的资源化 利用， 因此是一种很有前景的污泥处理技术［10 ］。 原位固化 － 稳定化技术是在保证其处理的效果 基础上， 原位对污泥固化 － 稳定化处理使其达到一定 的强度， 降低含水率， 污染物得到控制。有效节省污 泥在固化 － 稳定化过程中二次运转及回填费用， 同时 降低污泥在运移过程中的臭气的释放， 避免处理场地 中污泥的洒落， 减少对周边环境生态的影响， 改善施 工卫生环境; 处理后获得固化土可以考虑作为土地资 源进行利用; 此外， 在一些工况较差、 无充足施工场地 的简易污泥弃置场中， 原位固化稳定化技术也能发挥 更好的技术优势。 采用原位固化 － 稳定化的工艺对简易污泥弃置场 中的污泥进行处理， 固化材料通过输送系统将固化材料 定量输送至搅拌区域， 经搅拌装置搅拌均匀后养护压 实， 完成污泥固化 －稳定化处理。其在实际工程中目前 还未有应用， 本文针对原位固化 －稳定化技术在污泥处 理中工程应用展开中试试验， 探讨了原位固化 －稳定化 技术的基本工艺及对污泥的处理效果， 为原位固化 －稳 定化技术在实际工程中的应用奠定了基础。 1污泥的现状调差 1. 1采样点布置及指标分析方法 为了了解试验污泥弃置场中污泥的污染现状， 对 污泥弃置场进行了现场调查。污泥弃置场的平面分 布如图 1 所示， 形成了面积约 2 000 m2弃置区域， 深 度 2 ～6 m 的污泥坑， 下部为黏土地层， 侧向 50 m 外 是一个小型湖泊 见图 1 ， 场地经处理后可能作为绿 化用地使用。为了了解弃置污泥的性质， 进行了采样 分析。采样点共 5 个， 分布如图 2 所示。 对污泥样品进行含水率、 有机质、 pH、 液塑限、 重 金属等指标进行检测分析， 分析方法如表 1 所示。 1. 2检测结果 对各个采样点采取的样品进行常规的理化分析 检测， 检测结果如表 2 所示， 重金属的检测分析结果 如表 3 所示。 图 1中试简易污泥弃置场 Fig．1The selected sludge yard for pilot test 图 2采样点分布示意 Fig．2The sketch of sampling points distribution 表 1理化指标分析方法 Table 1The analysis of physical and chemical index 分析项目分析方法备注 含水率含水率测定法GB/T 501231999 有机质灼烧法CJ/T 961999 pH 值 玻璃电极法环境监测分析方法 液塑限液塑限联合测定法GB/T 501231999 铜 Cu 、 锌 Zn 、 铅 Pb 、 铬 Cr 、 镉 Cd 、 镍 Ni 、 砷 As ICP 法 JY/T 0151996 氢氟 酸 － 高氯酸 － 硝酸 － 盐酸消解 表 2常规理化指标检测结果 Table 2The detected results of conventional physical and chemical index 项目含水率/有机质/pH 值液限/塑限/ 采样点均值88. 3250. 245. 50284. 5653. 8 参考 CJ 302593城市污水处理厂污泥排放标 准 及 GB 156181995土壤环境质量标准 ， 结合以 上检测数据， 可以总结试验污泥堆置场污泥的基本 情况 201 环境工程 Environmental Engineering 表 3简易污泥弃置场污泥重金属检测结果 Table 3The detected results of heavy metal in the sludge of the landfillmg/L 检测点CuZnPbCrCdNi 1 号 72. 57625. 0133. 28178. 161. 5935. 25 2 号 89. 34620. 4040. 21170. 241. 6526. 95 3 号 90. 26640. 1050. 14166. 251. 6821. 14 4 号108. 25 873. 6340. 25207. 882. 2629. 28 5 号112. 34 751. 3556. 88210. 252. 5026. 05 1污泥的物理性质 污泥堆置场中的污泥含水 率很高， 同时， 伴随较低的液塑限， 属于流动状态。 2 有机质情况 由于污泥中含有较多的有机污 染物质， 在自然堆积过程中经自然缓慢发酵产生一些 酸性物质， 呈现弱酸性。有机质含量中污泥固化 － 稳 定化处理中需要考虑的一个重要因素。 3 重金属污染情况 污泥中的重金属 Cd 和 Zn 甚至超过了 GB 156181995 中的三级标准值， 且各 项重金属含量均远高于 CJ 302593 中的二级标准 值， 如果不经过有效的处理， 重金属会伴随淋滤液渗 入地下水和地下土壤， 或径流进入地表水。 2原位固化 －稳定化中试方案 由于污泥含水率较高， 具有较高的流动性， 为防 止在施工过程中， 在固化 － 稳定化处理的过程中， 会 由于挤压及密度变化等因素， 使得其在固化 － 稳定化 处理的过程中， 周边尚未处理的污泥会逐渐覆盖已经 固化的区域， 不易控制污泥固化 － 稳定化处理过程中 的固化材料的掺入量。因此， 在实际的施工过程中， 添加围堰系统分区施工， 阻碍污泥的流动。整个施工 过程的工艺流程如图 3 所示。 图 3污泥原位固化 － 稳定化处理工艺流程 Fig．3The flow chart of in- situ solidification/stabilization process of sludge 污泥固化 － 稳定化处理所使用的设备、 固化材料 及后续养护资源化利用方法等如下 1 原位固化 － 稳定化设备 本次中试设备采用 固化处理机进行 专利号 ZL200920037964. 8 ， 每套 设备配备进料系统、 储料仓、 输送系统以及搅拌装置。 固化材料 A、 B 通过管路系统输送至搅拌装置位置， 通过搅拌装置将固化材料 A、 B 按照相应配比均匀掺 入待固化处理的污泥中。原位固化 － 稳定化处理可 以降低污泥的二次运转费用， 提高处理效率。 2 固化材料 基于骨架构建的污泥固化机理， 采 用新型快速固化材料 A 专利申请号 201210066210.1 为主， 并配合硅酸盐和少量激发剂为主的复合型固化 材料 B 专利号 ZL03113373. 8 ， 按照一定的混合比 例掺入待固化污泥中; A、 B 主要成分为硅酸盐水泥、 硫铝酸盐水泥、 石灰、 粉煤灰等成分按照一定的质量 配比配合而成， C 主要为一些粉黏土、 建筑废弃土等 材料， 增加提高无机颗粒并优化固化效果。试验中所 采用的固化材料满足环境保护的要求， 是一种成本低 廉绿色环保的新型材料。根据固化处理后作为土地 利用的需求， 结合现场及实验室试验共同确定每方污 泥中固化材料 A 的掺入量为 160 ～ 200 kg/m3， 固化 材料 B 的掺入量为 80 ～100 kg/m3， 辅助材料 C 的掺 入量为 100 ～150 kg/m3。 3 养护及后续利用 对处理后得到的固化土养护 1 周后 随天气温度的变化稍有调整， 温度低于 30 ℃ 时适当延长养护时间 ， 利用机械将固化区域压实， 防 止降水入渗。如图 4 所示， 经过短时间的养护后即可 压实， 进行后续施工。固化土各项性质如表 4 所示， 此 时固化土的无侧限抗压强度均可达到100 kPa 以上。 图 4养护压实进行后续施工 Fig．4The operation of compaction of sludge after curing 表 4固化土的性质指标 Table 4The inds of the treated sludge 指标 固化土 表层中层下层 含水率/33. 24 37. 9340. 97 有机质/50. 90 50. 2548. 29 pH 值 11. 2510. 959. 65 无侧限抗压强度/kPa120. 84104. 04105. 36 渗透系数/ cm s －1 9. 8 10 －5 1. 36 10 －6 2. 04 10 －6 301 固废处理与处置 Solid Waste Treatment and Disposal 3原位固化 －稳定化技术对重金属的稳定作用 固化 － 稳定化技术对污泥中的重金属等污染物 可以起到稳定化的作用， 即通过固化材料的络合、 包 裹、 吸附、 螯合等作用进入更加稳定的状态， 降低重金 属的浸出毒性 ［11 ］。 为了满足试验污泥堆置场固化 － 稳定化处理后 作为土地利用的需求， 分不同的养护阶段对不同深度 的固化土进行收集采样， 经消解后测定固化样品的重 金属浸出情况， 检测结果如表 5 所示。 表 5固化污泥毒性浸出试验结果 Table 5The analysis results of heavy metal leaching test of the treated sludgemg/L 检测点CuZnPbCrCdNi 1 号 1. 311. 420. 831. 070. 080. 88 2 号 0. 911. 300. 721. 130. 080. 81 3 号 1. 011. 370. 850. 980. 060. 93 根据 GB 89782002污水综合排放标准 对污 水排放重金属标准值的规定， 结合试验污泥堆置场固 化污泥浸出液的检测结果， 可以评定污泥固化土已经 达到无害化利用标准， 未超出环境能够承受的污染 负荷。 4结论 1 原位固化 － 稳定化技术应用我国现有的大量 污泥弃置场是适宜于国情需求， 可以达到改善强度和 含水率、 控制污染物的处理效果。 2 使用原位固化 － 稳定化处理工艺可以有效地 进行原位处理， 处理 7 天后污泥强度达到 100 kPa 以 上， 含水率小于 50， 重金属的浸出量达到 GB 89782002 的要求。 3 如将原位处理后的场地作为一个污泥单独填 埋场封场或污染场地修复的角度进行评估， 原位固 化 － 稳定化处理能够满足相关技术指标的要求。 参考文献 ［1］Xue Wenyuan．The Pathways of sewage sludge treatment and disposal［J］． China Water ＆ Wastewater， 1992， 8 1 41- 45. ［2］Fouhy k，Moore S． Ｒaking money from muck［J］． Chem Eng， 1994 7 33- 37. ［3］Wang Shiyuan，Cui Yubo，Wang Yulan． The development of the sludge treatmenttechnology ［J］．JournalofJilinCollege Architecture Engineering， 2000 1 25- 28. ［4］Zhou Lixiang． Survival and control measures of sludge pastoral in farming land application［J］．Agro- Environmental Protection， 1995， 14 3 128- 131. ［5］李雄，徐迪民，赵由才，等． 生活垃圾填埋场封场后土地利用 ［J］． 环境工程， 2006， 24 6 64- 67. ［6］Li Lei， Zhu Wei， Zhang Chunlei． A Study of heavy metal pollution control in sludge solidify treatment ［J］． Journal of Yangtze Ｒiver Scientific Ｒesearch Institute， 2009， 26 62- 65. ［7］Lin Cheng，Zhu Wei，Zhang Chunlei． Basic mechanical behaviors of comet- solified sludge using clacium- bentonite as additive［C］∥ The 2th National Geotechnical Engineering Conference Proceedings， 2006 313- 317. ［8］ Sun Xiaohui，Zhu Wei，Xu Zhirong． A study on mechanism of strength in solidification/stabilization treatment of sludge［C］ ． ICESE， 2011 6 397- 400. ［9］ Qu Yang，Zhu Wei，Bao Jianping，et al． Application of polluted sediment solidification/stabilization technology in Ping Lake of Hengyang City［J］ ． Environmental Science ＆ Technology，2011， 34 6 137- 140. ［ 10］ Zhu Wei， Ji Shunjian， Li Lei， et al．Field experiment on solidification/stabilization of sludge［J］ ． Environmental Science ＆ Technology， 2009， 32 5 131- 134， 137. ［ 11］ 董兴玲，张虎元，王锦芳，等． 水泥固化污泥中重金属的浸出危 害性研究［ J］ ． 环境工程， 2008， 26 2 74- 76． 第一作者 张会文 1988 － ， 男， 硕士， 主要从事固体废弃物处理与资源 化利用研究。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 pawan08 sina． com 上接第 146 页 ［2］黄维秋． 油气回收基础理论及其应用［ M］ ． 北京 中国石化出版 社， 2011. ［3］GB 110592003 原油饱和蒸气压的测定 － 参比法［ S］ . ［4］李艳红， 王升宝， 常丽萍． 饱和蒸气压测定方法的评述［J］． 煤 化工， 2006， 126 5 44- 47. ［5］GB/T 80172012 石油产品蒸气压的测定雷德法［ S］ . ［6］赵洪霞， 马立新， 徐青， 等． 气相色谱法测定多溴联苯的蒸气压 ［J］． 色谱， 2006， 24 4 385- 388. ［7］Hoskovec M， Grygarova D， Cvacka J， et al． Determining the vapour pressures of plant volatiles from gas chromatographic retention data ［J］． Journal of Chromatography A， 2005， 1083 1/2 161- 172. ［8］黄维秋， 钟秦． 非稳态油品蒸发的数值分析Ⅱ数值分析及应用 实例［J］． 石油学报 石油加工 ， 2004， 20 1 52- 57. ［9］GB/T 65362010 石油产品常压蒸馏特性测定法［S］ . ［ 10］GB/T 18842000 原油和液体石油产品密度实验室测定法 密 度计法 ［S］ . ［ 11］石油静态和轻烃计量标准化技术归口单位． 石油产品标准密度 表［M］． 北京 中国标准出版社， 2005. ［ 12］黄维秋， 李峰， 王丹莉， 等． API 小呼吸油品蒸发损耗新旧计算 式比较与应用［J］． 油气储运， 2011， 30 11 859- 863. 第一作者 王英霞 1986 － ， 女， 硕士研究生， 研究方向为有机废气污 染控制及资源化技术的研究。farleader163． com 通讯作者 黄维秋 1965 － ， 男， 教授， 博士， 硕士生导师， 研究方向为 有机废气污染控制及资源化技术的研究等。hwq213 cczu． edu． cn 401 环境工程 Environmental Engineering