城市污水污泥頁巖建材利用環(huán)境特性研究.pdf

1、城市污水污泥排放量逐年增長(zhǎng),已成為城鎮(zhèn)化過程中面臨的重大環(huán)境問題,已有研究將頁巖與污泥混合,燒制出性能良好的磚瓦和輕質(zhì)陶粒,展示污泥在頁巖建材中利用的廣闊前景。頁巖在自然界儲(chǔ)量豐富,主要成分為SiO2、A12O3和Fe2O3等,具有較高的比表面積因此具備較強(qiáng)的吸附和絮凝能力。因此綜合考慮污泥處理與建材資源化相結(jié)合的工藝,在污泥濃縮階段外摻頁巖,再利用脫水后的混合物燒制頁巖建材制品,使污泥建材利用更為主動(dòng)。目前比較多的研究已充分探討污泥頁

2、巖建材的原材料性能、燒制工藝和制品性能,但較少考慮污泥頁巖混合、制坯和燒制過程中的環(huán)境影響或特性,特別是較少從頁巖建材整個(gè)生產(chǎn)與應(yīng)用過程角度考慮污泥的引入帶來的環(huán)境問題或者在生產(chǎn)與應(yīng)用過程中引起的環(huán)境特性變化情況。本文以污泥頁巖建材利用的燒結(jié)磚和陶粒兩大類制品為研究對(duì)象,從污泥頁巖建材的原材料準(zhǔn)備、燒制工藝條件變化和實(shí)際使用的全過程進(jìn)行考慮,研究污泥可能引起的環(huán)境問題或表現(xiàn)出的環(huán)境特性,以期了解污泥頁巖建材生產(chǎn)過程中的環(huán)境特性或變化規(guī)律

3、,為實(shí)際生產(chǎn)的環(huán)境污染控制以及生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考。
　　污水處理廠的污泥沉降濃縮過程較為漫長(zhǎng),加速污泥沉降和降低污泥含水率不僅有利于污水處理廠處理效率,也有利于污泥作為建材原材料的運(yùn)輸以及降低環(huán)境污染。本文首先在污泥沉降濃縮階段加入頁巖,通過研究頁巖對(duì)不同固含量污水沉降性能的影響,以及脫水后污泥頁巖混合物含水率的影響,同時(shí)測(cè)定上清液濁度、TOC、TN、COD等指標(biāo),判斷對(duì)污泥濃縮尾水的水質(zhì)影響;試驗(yàn)還將頁巖與以往常用的粉煤灰進(jìn)行

4、對(duì)比;在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,還在污水處理廠的現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示,頁巖可以加速污泥沉降,摻量5％~7%時(shí)對(duì)污泥沉降性能有明顯的改善作用,最優(yōu)頁巖摻量和污泥固含量之間存在一定線性關(guān)系。頁巖摻加有效降低混合物濃縮與脫水后的含水率,外摻1%頁巖、沉降2.5hrs后混合物體積相比同條件的原狀污泥降低了50%以上,可有效降低城市污水廠的污泥處理負(fù)荷;外摻7~9%頁巖至固含量1.23%的污泥中,離心后含水率從原狀污泥的70%降低至30%,可

5、直接滿足頁巖建材制品通常的含水率范圍。外摻頁巖后上清液濁度雖有一定增加,但有利于TOC、TN和TC等指標(biāo)的改善?？梢哉J(rèn)為,在污泥沉降階段加入頁巖,混合物含水率的降低將有利于污泥頁巖建材的原材料運(yùn)輸和儲(chǔ)存,改善了污泥頁巖建材原材料的環(huán)境特性。
　　惡臭是污泥頁巖建材生產(chǎn)中影響環(huán)境和工人身體危害的主要因素。通過定量測(cè)量氨氣產(chǎn)生量并與六級(jí)惡臭氣體強(qiáng)度方法相結(jié)合,根據(jù)污泥頁巖磚和陶粒生產(chǎn)的原材料準(zhǔn)備條件,試驗(yàn)研究頁巖摻量、環(huán)境溫度和陳放時(shí)

6、間以及污泥頁巖不同混合方式等對(duì)原狀污泥惡臭氣味散發(fā)量的影響,通過與粉煤灰進(jìn)行對(duì)比探討頁巖抑制氨氣揮發(fā)的機(jī)理。結(jié)果顯示,相同對(duì)比條件下,頁巖摻入對(duì)污泥氨氣的揮發(fā)具有明顯抑制作用,當(dāng)含水率70%左右的原狀污泥與頁巖混合比例達(dá)到2:1時(shí),便表現(xiàn)出十分明顯的效果;陳放時(shí)間延長(zhǎng)或者污泥頁巖混合密實(shí)有利于降低污泥臭味揮發(fā),而溫度升高將顯著增加污泥臭味揮發(fā)量。結(jié)果表明,頁巖對(duì)污泥氨氣具有強(qiáng)烈的吸附作用是抑制氨氣揮發(fā)的主要因素,雖然粉煤灰也對(duì)氨氣有吸附

7、作用,但粉煤灰沒有明顯的抑制污泥氨氣和臭氣揮發(fā)的作用反而有加速作用,因此頁巖對(duì)污泥氨氣和臭味揮發(fā)可能具有特殊性。
　　污泥通常含有比較高的重金屬和易溶性鹽,污泥與頁巖混合燒制建材制品的高溫過程中,重金屬和鹽會(huì)發(fā)生一定程度的揮發(fā),在潮濕使用環(huán)境中還會(huì)浸出,這些都對(duì)污泥頁巖建材利用產(chǎn)生不利的環(huán)境影響。試驗(yàn)按照污泥頁巖磚和陶粒的原材料比例、生產(chǎn)工藝以及制品的使用條件,采用XRF、XRD、SEM-EDS和AAS等分析方法,通過外摻方式增加

8、污泥頁巖混合物中的重金屬和鹽含量,以反映極端條件下污泥中重金屬和鹽的高溫?fù)]發(fā)情況、在制品中存在狀態(tài)和使用條件下的遷移情況。結(jié)果顯示,所研究的Zn、Cu、Hg、Pb和Cr重金屬在污泥頁巖制品高溫?zé)七^程中都有不同程度的揮發(fā),但相對(duì)純污泥揮發(fā)率明顯降低,污泥頁巖制品的重金屬揮發(fā)率隨硫酸鹽含量增加未發(fā)生明顯變化,但隨氯鹽含量增加明顯增大;隨外摻氯鹽含量增加,氯鹽自身高溫條件下完全揮發(fā),而硫酸鹽和磷酸鹽的揮發(fā)率變化不大。污泥頁巖制品中重金屬的浸