重金屬市政污泥固化穩(wěn)定化技術(shù)研究

畢濤，王文茜，3，周海韻，楊偉

(1.天津生態(tài)城環(huán)保有限公司，天津 300467;2.天津市污染場地治理修復(fù)技術(shù)工程中心，天津 300467;3.天津生態(tài)城環(huán)境檢測中心有限公司，天津 300467)

城市污水處理廠、企業(yè)污水處理站的興建和運營對水污染控制起到積極的作用，另一方面，一個潛在的問題也會隨之而來，即如何有效地處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，尤其是含有重金屬成分的污泥［1］?，F(xiàn)有污水處理設(shè)施中具備污泥處理設(shè)施的不足1/4，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的還不到1/10［2］。我國僅有的十幾座污泥消化池中，能夠正常運行的為數(shù)不多，少部分城市污水廠污泥直接堆放或丟棄，造成水環(huán)境的二次污染，嚴重威脅人民生活用水安全。重金屬與其它污染物不同，不能被微生物所降解，一旦進入土壤，容易被土壤吸收，而且會在植物體內(nèi)累積，最終通過食物鏈對人畜產(chǎn)生危害。如何有效去除重金屬是解決污泥處理處置和資源化利用的關(guān)鍵性問題。

目前，國內(nèi)外對重金屬污泥的處理方法，主要是將其進行固化處理，然后再考慮資源化綜合利用。固化技術(shù)首先是從處理放射性廢物發(fā)展起來的，歐洲、日本已應(yīng)用多年，近年來，美國也很重視此技術(shù)。今天，固化技術(shù)已應(yīng)用于處理電鍍污泥、砷渣、汞渣、鉻渣等。日本法規(guī)規(guī)定固化技術(shù)處理的危險廢物包括含Hg、Cd、Cr、As、PCBS 的污泥，美國環(huán)境保護局(EPA)對固化技術(shù)適用于處理的危險廢物種類有煉油廠污泥及鉻渣、電爐煉鋼產(chǎn)生的灰渣及污泥、鉛基引爆劑生產(chǎn)產(chǎn)生水處理污泥、電鍍污泥、金屬表面處理產(chǎn)生的重金屬污泥等，在美國超級基金的污染場址中的183 處應(yīng)用該技術(shù)進行治理。我國已將該技術(shù)應(yīng)用于處理電鍍污泥方面。

固化處理是將一定污泥和固化穩(wěn)定劑均勻混合，并發(fā)生反應(yīng)，在一定濕度下養(yǎng)護、逐漸硬化，其方法包括固化和穩(wěn)定化兩個過程，固化是指固化穩(wěn)定劑與廢棄物混合后使廢棄物變?yōu)椴豢闪鲃有魏途o密性固體的過程;穩(wěn)定化是指固化穩(wěn)定劑與廢棄物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使廢棄物中的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑浴⒌鸵苿有院偷投拘缘奈镔|(zhì)［3］。前者是物理過程，后者是化學(xué)過程，在固化過程中兩者經(jīng)常是同時發(fā)生的。固化法不僅對含重金屬的廢物處理有效，而且固化工藝和設(shè)備比較簡單、設(shè)備和運行費用低、固化穩(wěn)定劑原料便宜易得，對含水高的污泥可以直接固化。采用的固化穩(wěn)定劑包括水泥、粉煤灰、石灰新型固化穩(wěn)定劑及其混合物［4-6］。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

某污水處理站污泥(Cd 1. 0 ～4. 0 mg/kg，Cu 500.0 ～3 000.0 mg/kg，As 12.0 ～30.0 mg/kg，Hg 25.0 ～52.0 mg/kg);固化穩(wěn)定劑，工業(yè)品。

JJ-3 六聯(lián)攪拌器;CBR-1 型承載比實驗儀;7500CX ICP-MS。

1.2 實驗方法

將污泥與固化穩(wěn)定劑按照一定比例混合，攪拌3 min。將攪拌均勻的混合物注入7. 07 cm ×7.07 cm×7.07 cm 的試模中，經(jīng)振實后在室溫下養(yǎng)護24 h。成型后脫模，將試體放入(20 ±2)℃、濕度大于90%的恒溫恒濕箱中分別養(yǎng)護至7，14 d 和28 d。不同養(yǎng)護齡期拆模取出試樣，測量無側(cè)限抗壓強度;并將14 d 的固化體在水中浸泡24 h，測定水穩(wěn)定性。破碎后的試塊浸入無水乙醇-丙酮的混合液中洗滌，結(jié)束其水化反應(yīng)，然后在70 ～80 ℃烘干4 h，破碎到相應(yīng)粒度，進行重金屬毒性浸出測試。為減小誤差，每個攪拌后的樣品制作3 個平行試模，取平均值作為結(jié)果。

1.3 分析測試

1.3.1 無側(cè)限抗壓強度參照JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》中相關(guān)方法和條件。

1.3.2 水穩(wěn)定性參照JTG E40—2007《公路土工試驗規(guī)程》中相關(guān)方法和條件。

1.3.3 重金屬浸出毒性參照HJ/T 299—2007 和HJ/T 300—2007 相關(guān)方法和條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 無側(cè)限壓抗壓強度

污泥固化7，14 d 和28 d 的無側(cè)限抗壓強度見表1。

表1 固化體養(yǎng)護無測壓抗壓強度Table 1 Unconfined compressive strength of the sample

由表1 可知，當固化穩(wěn)定劑為60%時，28 d 無側(cè)限抗壓強度超過了0.2 MPa，可以達到路基填料要求。此外，無側(cè)限抗壓強度并不隨著藥劑添加量的增大而增強，其原因在于試塊中水分過多，會導(dǎo)致試樣無法完全水化，造成抗壓強度變低。

2.2 水穩(wěn)定性

養(yǎng)護14 d 固化體24 h 浸泡后抗壓強度見表2。

表2 固化體養(yǎng)護14 d 后水穩(wěn)定性Table 2 14 d Hydrodynamic stability of the sample

由表2 可知，浸水24 h 后，固化體抗壓強度均低于浸泡前，但總體下降不明顯。

2.3 重金屬浸出毒性

對養(yǎng)護7 d 和28 d 后的污泥固化體進行測試。結(jié)果表明，幾種固化體中重金屬浸出濃度均遠低于GB 5085.3—2007 標準值，固化體可作為一般固體廢棄物處理。

2.4 滲透性

28 d 固化穩(wěn)定污泥的滲透系數(shù)測定數(shù)據(jù)見表3。

表3 固化穩(wěn)定化28 d 滲透系數(shù)Table 3 28 d Coefficient of permeability of the sample

根據(jù)污泥填埋的相關(guān)工程要求，滲透系數(shù)通常應(yīng)為10－6～10－5cm/s，由表3 可知，A、B 樣品可滿足該項要求。

3 結(jié)論

污泥與固化穩(wěn)定劑按照一定比例混合、攪拌，并進行一定的養(yǎng)護后，無側(cè)限抗壓強度可達0.2 MPa，水穩(wěn)定性無明顯變化，重金屬浸出濃度低于GB 5085.3—2007 標準值，滲透性滿足填埋指標要求。

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