污水处理厂污泥在建材用砖中的应用研究

论文摘要

随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的数目和污泥产量也随之急剧增加。因此,污泥的科学处置与利用已经成为当前我国城市管理的一大难题。本文从污泥理化特性入手,重点研究了污泥在建材用砖方面应用的可能性,主要内容与结论如下:(1)污泥的理化特性研究表明:按照现有的污泥处理工艺,经脱水后的污泥含水率在80%以上,TOC在280 g/kg左右,SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO以及MgO等含量分别为18.88%、2.69%、5.45%、5.24%和1.67%,除了水分和有机质明显高于粘土外,化学组分与粘土较为相似,适于用作建材制备的原料;污泥烧失量高达642.75g/kg,干基平均发热量约为14977kJ/kg,可用作污泥烧结砖的致孔剂和内燃煤替代物;污泥重金属含量明显高于粘土,高温焙烧可将重金属转化为难溶态或完全固定在砖体晶格内,从而最大限度地减少污泥对环境的潜在危害。(2)以水泥、粉煤灰、石灰、石膏及Al2O3等为固化材料,对污泥免烧砖制备的可行性进行了研究,通过L9(34)正交试验设计确定固化材料的最佳掺加量,结果表明,所制得的免烧砖最大抗压强度只能达到6.32MPa,仅可用作非承重砖体。(3)污泥烧结砖配方及制作工艺研究。试验将含水率为60%的湿污泥直接作为烧结砖制备的掺料,研究了不同污泥掺量、成型压力、烧结温度和保温时间对污泥烧结砖物理力学性能的影响,在此基础上通过设计正交试验确定了烧制污泥砖的最佳配方与最优工艺参数,即污泥掺量为30%,成型压力为20MPa,烧结温度为1100℃,保温时间为1.5h,所得烧结砖抗压强度达12.44 MPa,吸水率为20.04%。(4)污泥制烧结砖实际生产试验。在原料中分别加入含水率为60%的湿污泥12.5%,25%,37.5%,参照普通粘土烧结砖工艺制作砖坯,烧制后测得抗压强度分别为20.73,18.26和16.98 Mpa,随污泥掺量的增大,污泥砖抗压强度显著下降,但均符合建材用砖标准。因此,为实现污泥资源利用的最大化,本试验确定的污泥最佳掺量为37.5%,对其进行重金属毒性浸出试验,Cd未检出,Cu、Zn、Cr、Pb与Ni的浸出浓度分别为0.014、0.15、0.11、0.068和0.022mg/L,均远远低于国家标准,因此将污泥用于烧结砖生产安全可行。(5)利用污泥制砖的优点。采用湿污泥制砖(以掺量37.5%计),节水0.23 kg/块,节煤0.023kg/块,且污泥砖重金属浸出浓度远远低于国家标准要求,安全可行,此外,由于污泥有机质含量较高,高温焙烧时起到致孔剂的作用,所得污泥砖质轻,保温隔热,吸声降噪,是性能优良生态环保建筑用砖,将污泥用于建筑用砖的制备可有效地实现污泥处置的的经济、环境和社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 城市污水污泥的产生量、分类及环境影响
• 1.2.1 污泥的定义和性质
• 1.2.2 污泥的产生量
• 1.2.3 污泥的分类
• 1.2.4 污泥对环境的影响
• 1.3 国内外污水污泥处置现状及发展趋势
• 1.3.1 土地利用
• 1.3.2 卫生填埋
• 1.3.3 水体消纳
• 1.3.4 焚烧
• 1.3.5 其他处置方法
• 1.4 污泥制砖研究概况
• 1.4.1 污泥制烧结砖
• 1.4.2 污泥制免烧砖
• 1.4.3 污泥制砖发展前景
• 1.5 西安市城市污水厂污泥的处置途径分析
• 1.6 研究目、内容及意义
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 研究意义
• 第二章 污泥理化特性分析
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 样品预处理
• 2.1.3 试验仪器与设备
• 2.1.4 试剂
• 2.2 污泥的理化特性分析
• 2.2.1 污泥物相组成分析
• 2.2.2 化学组分分析
• 2.2.3 污泥物理特性分析
• 2.2.4 污泥热值分析
• 2.2.5 污泥重金属含量分析
• 2.3 小结
• 第三章 污泥免烧砖制作可行性研究
• 3.1 固化机理与反应
• 3.1.1 固化机理
• 3.1.2 固化反应
• 3.2 污泥免烧砖制作工艺流程
• 3.3 试件制备与性能分析
• 3.3.1 试验材料
• 3.3.2 试验设计
• 3.3.3 击实试验
• 3.3.4 试件制备
• 3.3.5 试件养护
• 3.3.6 抗压强度的测定
• 3.3.7 试验结果与分析
• 3.4 小结
• 第四章 污泥烧结砖配方及制作工艺研究
• 4.1 制砖原料简析
• 4.2 污泥粘土制烧结砖工艺流程
• 4.2.1 原料预处理
• 4.2.2 原料的混合与陈化
• 4.2.3 试件成型
• 4.2.4 试件干燥
• 4.2.5 试件焙烧
• 4.2.6 烧制过程反应
• 4.3 污泥烧结砖的物理力学性能测试方法
• 4.3.1 吸水率ε的测定
• 4.3.2 抗压强度 fcu 的测定
• 4.3.3 污泥砖重金属浸出毒性研究
• 4.4 烧结工艺条件的研究
• 4.4.1 污泥掺量
• 4.4.2 不同污泥掺量下成型压力对烧结砖性能的影响
• 4.4.3 不同污泥掺量下烧成温度对烧结砖性能的影响
• 4.4.4 不同污泥掺量下保温时间对烧结砖性能的影响
• 4.5 正交试验设计
• 4.5.1 因素及其水平的确定
• 4.5.2 正交试验结果及其直观分析
• 4.6 污泥粘土砖重金属浸出毒性研究
• 4.7 小结
• 第五章 污泥制烧结砖实际生产试验
• 5.1 试验概况
• 5.2 工艺路线
• 5.3 检测结果
• 5.4 小结
• 第六章 城市污水厂污泥制砖环境影响评价与效益分析
• 6.1 重金属毒性浸出试验
• 6.2 效益分析
• 6.2.1 经济效益分析
• 6.2.2 环境效益分析
• 6.2.3 社会效益分析
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介