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电石渣和石灰对污泥的改性效果比较 * 李春萍 北京建筑材料科学研究总院固废资源化利用与节能建材国家重点实验室， 北京 100041 摘要 在含水率为 86. 1 的脱水污泥中分别添加 10 的电石渣和工业生石灰， 其搅拌 30min 后及自然晾晒 24， 48， 72， 96， 120 h后的含水率持续线性下降， 自然晾晒 120 h 后可达到填埋标准; 添加电石渣及石灰的污泥， 其单位质量水分蒸 发速率与原污泥有本质差异; 两种改性剂均可使污泥比阻降低 50 左右; 经板框压滤机压滤出的泥饼含水率分别下 降为 60. 16 和 65. 24 。两种改性剂相比， 除自然晾晒的含水率降低略劣于石灰外， 电石渣对污泥的蒸发速率、 比阻 及压滤性能的改变均优于石灰， 可完全代替石灰用于污泥改性剂。 关键词 污泥; 含水率; 差热分析; 比阻; 压滤 COMPARISON OF SEWAGE SLUDGE MODIFICATION EFFECT BY ADDING CALCIUM CARBIDE OR LIME Li Chunping State Key Lab of Solid Waste Resources Utilization and Energy Saving Building Materials， Beijing Building Materirals Academy of Science Research，Beijing 100041，China AbstractAfter adding 10 of calcium carbide and industrial lime into dewatered sludge with 86. 1 moisture content， changes of moisture content after 30 min mixing，24 ～ 120 h natural drying，evaporation rate，sludge specific resistance and sludge filter press were assayed，respectively． The results show thatadding calcium carbide and industrial lime into sludge， moisture content showed a linear decline to achieve a rapid drying purposes either after 30 min mixing or during 24 ～ 120 h natural drying． Sludge mixed with calcium carbide and industrial lime，evaporation rate was quite different from non-mixture and，sludge specific resistance droped to 50 and sludge filter press droped to 60. 16 and 65. 24 ． Keywordssewage sludge;moisture content;TG-DTA;specific resistance;filter press * 北京金隅集团重点项目 － 污泥常温强化半干化成套技术研究。 污水处理厂排放的脱水污泥已经成为困扰我国 城市环境发展的最严峻问题之一 ［1- 2］。脱水污泥的含 水率大都在 75 ～ 85 之间， 水分由孔隙水、 毛细 水、 附着水和内部水四部分组成 ［3］， 其中附着水和内 部结合水是被固体颗粒吸附或包裹在细胞内部， 形成 胶体结构， 很难通过机械方法去除。因此， 常采用生 物 好氧、 厌氧处理等 、 物理 高温加热、 冷冻、 超声 波破解等 及化学药剂 碱解法、 臭氧法、 氯氧法 等 方法， 使污泥破解、 改性 ［4- 7］。 污泥加碱处理技术因其成本低、 效能高等优点， 被认为是一种安全可靠的处置方式， 世界很多国家的 污泥处置技术都逐渐地向污泥加碱处理的方向发 展 ［8- 9］。常用的碱式物质有 石灰、 粉煤灰、 飞灰、 水泥 等 ［10］， 以石灰的效果最好而得到广泛应用［11- 13］。但 生石灰是很多产业的基础原材料， 其来源日益短缺， 急需寻找替代品。 电石渣是电石法 PVC 生产中生成量最大的废弃 物。每生产 1 t PVC 将产生含固体质量分数 50 的 电石渣 3 ～ 5t。电石渣给生产和生活环境带来极大的 危害， 其治理是目前 PVC 生产行业的难题之一 ［14- 15］。 电石渣的主要成分是 Ca OH 2， 还含有 CaS、 Ca3P2、 H3P、 Al2O3、 Mg OH 2、 SiO2等杂质， 其中 Ca OH2、 Al2O3、 MgO、 SiO2等均利于污泥改性。因此， 本研究 选择水分 变 化、 比阻 及挤 压 脱 水 性 能 作 为 评 价 指 标 ［1， 16］， 比较电石渣与石灰对污泥改性效果的差异， 以期寻找电石渣和污泥两种废弃物同时利用的结合 点， 实现经济与环境的双赢。 711 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 1材料与方法 1. 1实验材料 1 污泥 供试污泥采自北京市某污水处理厂， 含 水率为 86. 1 ， 灰分为 45. 1 ， 挥发分为 49. 3 ， 固 定碳为 3. 5 。 2 电石渣、 石灰 电石渣取自吉林四平某化工 厂， 经 测 定， 电 石 渣 的 主 要 成 分 为 Ca OH 2 占 63. 93 ， Mg OH 2 占 1. 27 ，Al2O3占 0. 50 ， Fe2O3占0. 96 ，SiO2占7. 90 ，细 度 通 过 4 900 孔筛 / cm2的筛余量为 14. 4 。石灰取自河北 涞水某矿厂， 石灰的主要成分为 CaO、 MgO 含量大于 75 ， 细度通过4 900孔 / cm2筛的筛余量为 1. 5 。 取 10 kg 经 离 心 脱 水 后 的 污 泥，分 别 添 加 10 ［17］的工业石灰和电石渣， 在 CA 砂浆搅拌机内 低速搅拌10 min， 高速搅拌20 min后， 测定其自然晾 晒后的含水率、 差热曲线、 比阻、 机械挤压脱水性能等 指标。 1. 2测定方法 1 自然晾晒后的含水率。分别称取原脱水污泥 及与石灰、 电石渣混合后的污泥， 自然晾晒 24， 48， 72， 96，120 h 后 的 污 泥 各 10 g， 放 入 蒸 发 皿， 置 于 105 ℃ 烘箱中烘干至恒重， 用减重法计算污泥的含水 率变化。 2 蒸发速率。分别称取原脱水污泥和与石灰、 电石渣混合后的污泥各35 mg， 放入 TGA/SDTA 差热 分析仪， 气氛为 N2， 在升温速率为10 ℃ /min条件下 将温度从25 ℃ 升温至80 ℃ 并保持50 min。污泥的原 始重量记录为 m g ， 添加电石渣及污泥 TG － DTA 升温后的污泥质量 g 记录为 m1、 m2、 m3mn ， 对 应的时间 min 为 t1、 t2、 t3tn， 按照公式V m － mn tnmn 计算蒸发速率。 3 比阻。采用自制的污泥比阻实验装置， 按照 文献［ 1］ 中的测定方法， 计算污泥的比阻。 4 二次机械挤压脱水性能。取原污泥及与石 灰、 电石渣混合后的污泥各5 kg， 放入小型板框式压 滤机 再 次 挤 压，压 力 为 18 kg/cm2、压 榨 时 间 为 40 min， 测定挤压后泥饼的含水率。 2结果与讨论 2. 1添加电石渣和石灰对污泥的自然干化效果 在含水率为 86. 1 的脱水污泥中分别添加 10 的电石渣和工业用生石灰， 充分混合30 min， 测定其 搅拌后 0， 24， 48， 72， 96， 120 h后污泥的含水率， 结果 如图 1 所示。 图 1添加电石渣和石灰对污泥自然干化的影响 从图 1 可以看出 在含水率为 86. 1 的脱水污 泥中分别添加 10 的电石渣和工业生石灰后， 由于 干基的增加和化学反应， 搅拌 30min 后的含水率分别 下降为 81. 45 和 74. 39 ， 掺生石灰由于有伴有大 量的化学反应 ［6， 8， 11］， 其水分含量下降较快， 含水率低 于与电石渣混合的污泥， 但二者差异不显著。经过自 然晾晒 24， 48， 72， 96， 120 h后， 污泥的含水率持续线 性下降， 自然晾晒120 h后的含水率均降为 60 左右， 达到了 GB 168892008生活垃圾填埋场污染控制 标准 。 2. 2添加电石渣和石灰后污泥的蒸发速率分析 原始污泥、 添加 10 的电石渣和工业用生石灰 后的污泥蒸发速率的分析结果见图 2。 图 2添加电石渣和石灰对污泥蒸发速率的影响 添加电石渣及石灰的污泥， 其单位质量水分蒸发 速率呈现出对数变化规律， 而原污泥在自然状态下的 单位质量水分蒸发速率呈现出多项式规律， 与添加改 性剂污泥完全不同， 添加石灰的污泥， 其单位质量水 分蒸发速率曲线可拟合为 y电石渣 － 5 10 － 5ln x 0. 0005， R2 0. 9832; 添加电石渣的污泥， 其单位质量 水分蒸 发 速 率 曲 线 可 拟 合 为 y石灰 － 2 10 － 5 ln x 0. 0003， R2 0. 9663; 原污泥单位质量水分蒸 发速 率 曲 线 可 拟 合 为 y原泥 － 8 10 － 10 x2 8 10 － 8x 0. 0002， R2 0. 9367。说明原污泥与改性污 811 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 泥中水分的存在状态有本质差异， 加入电石渣及石灰 后， 促进了污泥分子用的破解和内部结合水的游离， 从曲线拟合结果可以看出 添加电石渣的污泥， 其单 位质量水分蒸发速率明显优于添加石灰的污泥， 这是 因为电石渣中的 Mg OH 2、 Al2O3、 Fe2O3对污泥均有 改性作用， 而 SiO2则促进了改性后污泥的水分疏导， 加快了水分的蒸发 ［18］。 2. 3添加电石渣和石灰对污泥比阻的影响 污泥比阻实验装置如图 3 所示。污泥比阻测定 结果见表 1。 图 3污泥比阻实验装置示意 表 1添加电石渣及石灰对污泥比阻的改变 cm/g 原泥添加 10 电石渣添加 10 石灰 0. 78 10120. 37 10120. 49 1012 从 表 1 可 以 看 出 原 污 泥 的 比 阻 为 0. 78 1012cm/g， 属于较难脱水的污泥［1， 19］， 添加 10 的电 石渣和石灰后， 污泥比阻分别降为 0. 37 1012cm/g和 0. 49 1012cm/g， 变为容易脱水的污泥， 且电石渣对 污泥比阻的改变优于石灰。 2. 4添加电石渣和石灰对污泥二次机械挤压脱水性 能的影响 添加电石渣与石灰后， 板框压滤机压滤出的泥饼 含水率见表 2。 表 2添加电石渣及石灰压滤泥饼含水率 原泥滤饼添加 10 电石渣添加 10 石灰 83. 3960. 1665. 24 从表 2 可以看出 在含水率为 86. 1 的脱水污 泥中分别添加 10 的电石渣和工业生石灰后， 板框 压滤机压滤出的泥饼含水率分别下降为 60. 16 和 65. 24 ， 即内部结合水经过改性后被挤出， 且电石渣 的改性效果优于石灰。 结合 2. 1、 2. 2、 2. 3、 2. 4 的实验分析， 可以得出 电石渣对污泥有很好的改性效果， 除自然晾晒的含水 率降低略劣于石灰外， 电石渣对污泥的蒸发速率、 比 阻及压滤性能的改变均优于石灰， 可完全代替石灰用 于污泥改性剂。 3结论 1 在含水率为 86. 1 的脱水污泥中分别添加 10 的电石渣和工业生石灰， 搅拌30 min后及自然晾 晒 24， 48， 72， 96， 120 h后， 污泥的含水率持续线性下 降， 自然晾晒120 h后的含水率均降为 60 左右， 达到 GB 168892008 的要求。 2 添加电石渣及石灰的污泥， 其单位质量水分 蒸发速率与原污泥有本质差异， 且添加电石渣的污 泥， 其单位质量水分蒸发速率明显优于添加石灰的 污泥。 3 原污泥属于较难脱水的污泥， 添加 10 的电 石渣和石灰后， 污泥比阻明显降低， 变为容易脱水的 污泥， 且电石渣对污泥比阻的改变优于石灰。 4 板框压滤机压滤出的泥饼含水率分别下降为 60. 16 和 65. 24 ， 且电石渣的改性效果优于石灰。 参考文献 ［1］翁换新． 污泥无害化、 减量化、 资源化处理新技术［M］． 北京 科学出版社，2009. ［2］Lee DJ， Spinosa L， LiuJ C．Towards sustainable sludge management［J］． Water， 2002 21 22- 23. ［3］Vesilind P A，Hsu C C． Limits of sludge dewaterability［J］． Water Science and Technology，1997，36 11 87- 91. ［4］Barjenbruch M，Kopplow O． Enzymatic，mechanical and thermal pre-treatment of surplus sludge［J］．Advances in Environmental Research，2003，7 3 715- 720. ［5］Monteiro P S． The influence of the anaerobic digestion process on the sewage sludges rheological behaviour［J］． Water Science and Technology，1997，36 11 61- 67. ［6］Logan T J， Harrison B J．Physical characteristics of alkaline stabilized sewage － sludge n － viro soiland their effects on soil physical-properties［J］． Journal of 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