重金屬市政污泥固化穩定化技術研究

畢濤，王文茜，3，周海韻，楊偉

(1.天津生態城環保有限公司，天津 300467;2.天津市污染場地治理修復技術工程中心，天津 300467;3.天津生態城環境檢測中心有限公司，天津 300467)

城市污水處理廠、企業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產生的污泥，尤其是含有重金屬成分的污泥［1］。現有污水處理設施中具備污泥處理設施的不足1/4，處理工藝和配套設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不多，少部分城市污水廠污泥直接堆放或丟棄，造成水環境的二次污染，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，而且會在植物體內累積，最終通過食物鏈對人畜產生危害。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鍵性問題。

目前，國內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。固化技術首先是從處理放射性廢物發展起來的，歐洲、日本已應用多年，近年來，美國也很重視此技術。今天，固化技術已應用于處理電鍍污泥、砷渣、汞渣、鉻渣等。日本法規規定固化技術處理的危險廢物包括含Hg、Cd、Cr、As、PCBS 的污泥，美國環境保護局(EPA)對固化技術適用于處理的危險廢物種類有煉油廠污泥及鉻渣、電爐煉鋼產生的灰渣及污泥、鉛基引爆劑生產產生水處理污泥、電鍍污泥、金屬表面處理產生的重金屬污泥等，在美國超級基金的污染場址中的183 處應用該技術進行治理。我國已將該技術應用于處理電鍍污泥方面。

固化處理是將一定污泥和固化穩定劑均勻混合，并發生反應，在一定濕度下養護、逐漸硬化，其方法包括固化和穩定化兩個過程，固化是指固化穩定劑與廢棄物混合后使廢棄物變為不可流動形和緊密性固體的過程;穩定化是指固化穩定劑與廢棄物產生化學反應，使廢棄物中的重金屬轉變為低溶解性、低移動性和低毒性的物質［3］。前者是物理過程，后者是化學過程，在固化過程中兩者經常是同時發生的。固化法不僅對含重金屬的廢物處理有效，而且固化工藝和設備比較簡單、設備和運行費用低、固化穩定劑原料便宜易得，對含水高的污泥可以直接固化。采用的固化穩定劑包括水泥、粉煤灰、石灰新型固化穩定劑及其混合物［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);固化穩定劑，工業品。

JJ-3 六聯攪拌器;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，經振實后在室溫下養護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護至7，14 d 和28 d。不同養護齡期拆模取出試樣，測量無側限抗壓強度;并將14 d 的固化體在水中浸泡24 h，測定水穩定性。破碎后的試塊浸入無水乙醇-丙酮的混合液中洗滌，結束其水化反應，然后在70 ～80 ℃烘干4 h，破碎到相應粒度，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，取平均值作為結果。

1.3 分析測試

1.3.1 無側限抗壓強度參照JTG E40—2007《公路土工試驗規程》中相關方法和條件。

1.3.2 水穩定性參照JTG E40—2007《公路土工試驗規程》中相關方法和條件。

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

2 結果與討論

2.1 無側限壓抗壓強度

污泥固化7，14 d 和28 d 的無側限抗壓強度見表1。

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

由表1 可知，當固化穩定劑為60%時，28 d 無側限抗壓強度超過了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，會導致試樣無法完全水化，造成抗壓強度變低。

2.2 水穩定性

養護14 d 固化體24 h 浸泡后抗壓強度見表2。

表2 固化體養護14 d 后水穩定性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

對養護7 d 和28 d 后的污泥固化體進行測試。結果表明，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 固化穩定污泥的滲透系數測定數據見表3。

表3 固化穩定化28 d 滲透系數Table 3 28 d Coefficient of permeability of the sample

根據污泥填埋的相關工程要求，滲透系數通常應為10－6～10－5cm/s，由表3 可知，A、B 樣品可滿足該項要求。

3 結論

污泥與固化穩定劑按照一定比例混合、攪拌，并進行一定的養護后，無側限抗壓強度可達0.2 MPa，水穩定性無明顯變化，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。

［1］ 劉凱，馬曉茜.市政污泥半干化-焚燒一體化對環境影響的評價［J］.環境科學與技術，2011，34(2):201-204.

［2］ 柯建明，王凱軍，田寧寧.北京市城市污水污泥的處理和處置問題研究［J］.中國沼氣，2000，18(3):35-38.

［3］ 杜延軍，金飛，劉松玉，等.重金屬工業污染場地固化/穩定化處理研究進展［J］.巖土力學，2011，32(1):116-124.

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［5］ 許龍.重金屬污染土的固化修復及長期穩定研究［D］.合肥:合肥工業大學，2012.

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