重金属市政污泥固化稳定化技术研究

毕涛，王文茜，3，周海韵，杨伟

(1.天津生态城环保有限公司，天津 300467;2.天津市污染场地治理修复技术工程中心，天津 300467;3.天津生态城环境检测中心有限公司，天津 300467)

城市污水处理厂、企业污水处理站的兴建和运营对水污染控制起到积极的作用，另一方面，一个潜在的问题也会随之而来，即如何有效地处理系统产生的污泥，尤其是含有重金属成分的污泥［1］。现有污水处理设施中具备污泥处理设施的不足1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10［2］。我国仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，少部分城市污水厂污泥直接堆放或丢弃，造成水环境的二次污染，严重威胁人民生活用水安全。重金属与其它污染物不同，不能被微生物所降解，一旦进入土壤，容易被土壤吸收，而且会在植物体内累积，最终通过食物链对人畜产生危害。如何有效去除重金属是解决污泥处理处置和资源化利用的关键性问题。

目前，国内外对重金属污泥的处理方法，主要是将其进行固化处理，然后再考虑资源化综合利用。固化技术首先是从处理放射性废物发展起来的，欧洲、日本已应用多年，近年来，美国也很重视此技术。今天，固化技术已应用于处理电镀污泥、砷渣、汞渣、铬渣等。日本法规规定固化技术处理的危险废物包括含Hg、Cd、Cr、As、PCBS 的污泥，美国环境保护局(EPA)对固化技术适用于处理的危险废物种类有炼油厂污泥及铬渣、电炉炼钢产生的灰渣及污泥、铅基引爆剂生产产生水处理污泥、电镀污泥、金属表面处理产生的重金属污泥等，在美国超级基金的污染场址中的183 处应用该技术进行治理。我国已将该技术应用于处理电镀污泥方面。

固化处理是将一定污泥和固化稳定剂均匀混合，并发生反应，在一定湿度下养护、逐渐硬化，其方法包括固化和稳定化两个过程，固化是指固化稳定剂与废弃物混合后使废弃物变为不可流动形和紧密性固体的过程;稳定化是指固化稳定剂与废弃物产生化学反应，使废弃物中的重金属转变为低溶解性、低移动性和低毒性的物质［3］。前者是物理过程，后者是化学过程，在固化过程中两者经常是同时发生的。固化法不仅对含重金属的废物处理有效，而且固化工艺和设备比较简单、设备和运行费用低、固化稳定剂原料便宜易得，对含水高的污泥可以直接固化。采用的固化稳定剂包括水泥、粉煤灰、石灰新型固化稳定剂及其混合物［4-6］。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

某污水处理站污泥(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);固化稳定剂，工业品。

JJ-3 六联搅拌器;CBR-1 型承载比实验仪;7500CX ICP-MS。

1.2 实验方法

将污泥与固化稳定剂按照一定比例混合，搅拌3 min。将搅拌均匀的混合物注入7. 07 cm ×7.07 cm×7.07 cm 的试模中，经振实后在室温下养护24 h。成型后脱模，将试体放入(20 ±2)℃、湿度大于90%的恒温恒湿箱中分别养护至7，14 d 和28 d。不同养护龄期拆模取出试样，测量无侧限抗压强度;并将14 d 的固化体在水中浸泡24 h，测定水稳定性。破碎后的试块浸入无水乙醇-丙酮的混合液中洗涤，结束其水化反应，然后在70 ～80 ℃烘干4 h，破碎到相应粒度，进行重金属毒性浸出测试。为减小误差，每个搅拌后的样品制作3 个平行试模，取平均值作为结果。

1.3 分析测试

1.3.1 无侧限抗压强度参照JTG E40—2007《公路土工试验规程》中相关方法和条件。

1.3.2 水稳定性参照JTG E40—2007《公路土工试验规程》中相关方法和条件。

1.3.3 重金属浸出毒性参照HJ/T 299—2007 和HJ/T 300—2007 相关方法和条件。

2 结果与讨论

2.1 无侧限压抗压强度

污泥固化7，14 d 和28 d 的无侧限抗压强度见表1。

表1 固化体养护无测压抗压强度Table 1 Unconfined compressive strength of the sample

由表1 可知，当固化稳定剂为60%时，28 d 无侧限抗压强度超过了0.2 MPa，可以达到路基填料要求。此外，无侧限抗压强度并不随着药剂添加量的增大而增强，其原因在于试块中水分过多，会导致试样无法完全水化，造成抗压强度变低。

2.2 水稳定性

养护14 d 固化体24 h 浸泡后抗压强度见表2。

表2 固化体养护14 d 后水稳定性Table 2 14 d Hydrodynamic stability of the sample

由表2 可知，浸水24 h 后，固化体抗压强度均低于浸泡前，但总体下降不明显。

2.3 重金属浸出毒性

对养护7 d 和28 d 后的污泥固化体进行测试。结果表明，几种固化体中重金属浸出浓度均远低于GB 5085.3—2007 标准值，固化体可作为一般固体废弃物处理。

2.4 渗透性

28 d 固化稳定污泥的渗透系数测定数据见表3。

表3 固化稳定化28 d 渗透系数Table 3 28 d Coefficient of permeability of the sample

根据污泥填埋的相关工程要求，渗透系数通常应为10－6～10－5cm/s，由表3 可知，A、B 样品可满足该项要求。

3 结论

污泥与固化稳定剂按照一定比例混合、搅拌，并进行一定的养护后，无侧限抗压强度可达0.2 MPa，水稳定性无明显变化，重金属浸出浓度低于GB 5085.3—2007 标准值，渗透性满足填埋指标要求。

［1］ 刘凯，马晓茜.市政污泥半干化-焚烧一体化对环境影响的评价［J］.环境科学与技术，2011，34(2):201-204.

［2］ 柯建明，王凯军，田宁宁.北京市城市污水污泥的处理和处置问题研究［J］.中国沼气，2000，18(3):35-38.

［3］ 杜延军，金飞，刘松玉，等.重金属工业污染场地固化/稳定化处理研究进展［J］.岩土力学，2011，32(1):116-124.

［4］ 姚燕，王昕，颜碧兰，等. 水泥水化产物结构及其对重金属离子固化研究进展［J］. 硅酸盐通报，2012，31(5):1138-1144.

［5］ 许龙.重金属污染土的固化修复及长期稳定研究［D］.合肥:合肥工业大学，2012.

［6］ 李凯. C-S-H 凝胶结构特性的分子模拟研究［D］. 武汉:武汉理工大学，2012.