城市污水处理厂污泥固化及制备陶粒初探

【摘要】：本文针对北京市檀州污水处理厂的剩余污泥采用一种固化/稳定化方法,可以在短期内实现污泥的安全处理。同时利用其烧制污泥陶粒,在减量化、无害化的基础上尝试开辟一条新的污泥利用途径。研究采用安徽某厂家的固化剂MC4对脱水污泥进行固化处理,研究发现随着固化剂添加量、养护龄期的增加,固化块的含水率显著降低,养护7天后含水率最低至50%以下。而固化块的pH值则普遍升高,稳定在11左右。加入硫酸铝可以显著改善污泥固化体的pH值,但其对污泥脱水性能影响不大。固化作用虽然可以有效降低污泥的有机质含量,但固化后的污泥低位热值高于2500 kJ/kg,具有一定的燃料利用价值。养护7天后固化体抗压强度达到395.8 KPa,能够满足《城镇污水处理厂污泥处置——混合填埋用泥质》(GB/T 23485-2009)的标准。利用扫描电镜对固化体的表面形貌观察后发现固化剂的添加使固化块颗粒密实性提高,骨架作用提高了固化块的力学性能,并有利于防止重金属浸出。研究采用水泥和MgO为主要骨架,以膨润土、三乙醇胺、硫酸铝作为添加剂对檀州污水处理厂剩余污泥进行自主固化试验。结果表明,随着水泥和MgO掺入量的增加,固化体的增容比和力学强度大幅提高,单独掺入MgO的固化体强度显著提高,增容比保持在1.5以下,远远小于水泥固化体的增容比。当水泥和MgO协同作用时,可以大大降低水泥的用量,有效提高固化体的力学强度的同时减少固化体占地面积,使得污泥处理处置成本下降。研究通过污泥陶粒原料配比试验,优选出污泥烧制陶粒的最佳方案为污泥35%,白土30%,炉渣25%,玻璃粉10%。并确定了制备污泥陶粒的最优工艺参数为预热温度450℃,预热时间15 min,烧结温度1125℃,烧结时间30 min。在最优烧制条件下进行陶粒抗压强度最高达到4.2 MPa,1 h吸水率14.4%,表观密度1.46 g/cm3,堆积密度0.39 g/cm3。试验通过考察工艺参数及污泥掺入量对污泥陶粒性能的影响,揭示了污泥制备烧胀陶粒的作用机理。利用SEM分析陶粒表面形貌及内部气孔结构表明:烧结温度过高,使陶粒表面气孔多且互为联通,导致陶粒结构松散,陶粒吸水率变高;污泥掺入量增加,陶粒表面气孔较少且不能形成玻璃相包裹在陶粒表面,导致陶粒吸水率增加,抗压强度降低。 【关键词】：污泥 固化 污泥陶粒 影响因素
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X703.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 概述11
• 1.2 城市污泥的基本情况11-12
• 1.2.1 污泥来源及分类11
• 1.2.2 城市污泥的危害11-12
• 1.3 城市污泥的处理与处置方法12-18
• 1.3.1 国内外污泥处理处置概况13-14
• 1.3.2 污泥处理技术14-16
• 1.3.3 污泥处置技术16-18
• 1.4 污泥固化技术研究进展18-21
• 1.4.1 固化剂的种类18-20
• 1.4.2 固化体强度形成机理20-21
• 1.5 污泥陶粒研究现状以及陶粒烧胀机理21-28
• 1.5.1 陶粒的概况21-22
• 1.5.2 污泥陶粒工艺的研究现状22-23
• 1.5.3 我国陶粒利用现状23-25
• 1.5.4 陶粒烧胀原理和成分要求25-27
• 1.5.5 污泥陶粒的生产方法27-28
• 1.6 研究意义及内容28-31
• 1.6.1 研究意义28-29
• 1.6.2 研究内容29-31
• 第2章 商品固化剂固化污泥试验31-43
• 2.1 原料来源及性质31-33
• 2.2 主要仪器33
• 2.3 试验方案33-34
• 2.4 固化污泥物化性质分析实验34-41
• 2.4.1 污泥含水率的测定分析34-35
• 2.4.2 污泥的pH值测定分析35-36
• 2.4.3 固化剂掺入量对有机质的影响36-37
• 2.4.4 固化块浸出液毒性的检测37-38
• 2.4.5 固化后污泥的力学性能表征38-40
• 2.4.6 固化后燃烧热值的测定40-41
• 2.4.7 扫描电镜分析41
• 2.5 本章小结41-43
• 第3章 自制固化剂对污泥的固化试验43-53
• 3.1 污泥来源及性质43
• 3.2 试验药剂配方43
• 3.3 固化剂掺入量与强度的关系43-46
• 3.4 养护龄期对无侧限抗压强度的影响46-47
• 3.5 固化污泥的增容比47-49
• 3.6 固化体微观结构分析49-50
• 3.7 本章小结50-53
• 第4章 污泥陶粒制备初探53-77
• 4.1 污泥烧制陶粒的可行性分析53-55
• 4.2 实验材料与方法55-59
• 4.2.1 实验材料55-56
• 4.2.2 试验设备56
• 4.2.3 试验方法56-59
• 4.3 污泥陶粒原料配比试验研究59-68
• 4.3.1 污泥的掺烧量与陶粒烧失量的关系60-61
• 4.3.2 污泥掺入量对陶粒表观密度及 1h吸水率的影响61-62
• 4.3.3 污泥掺入量对陶粒堆积密度及抗压强度的影响62-65
• 4.3.4 污泥陶粒重金属固化分析65-66
• 4.3.5 污泥陶粒的微观结构及其烧胀机理分析66-68
• 4.4 污泥陶粒制备工艺参数优化研究68-75
• 4.4.1 烧结工艺正交试验设计68-70
• 4.4.2 实验结果与分析70-72
• 4.4.3 烧结工艺参数对陶粒性能影响72-74
• 4.4.4 烧结温度对污泥陶粒微观结构的影响74-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第5章 结论与展望77-81
• 5.1 结论77-78
• 5.2 展望78-81
• 参考文献81-89
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果89-91
• 致谢91

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