硅酸盐水泥固化/稳定化剩余污泥探索研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.02.002

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (2): 7-12.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.02.002

硅酸盐水泥固化/稳定化剩余污泥探索研究

卫建伟¹(), 付怀佳², 梁纪灵¹(), 贺涵¹, 韩婷婷¹, 张颜¹, 韩杰¹

^1.辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.淄博齐翔腾达化工股份有限公司，山东淄博 255438

收稿日期:2021-11-01 修回日期:2022-05-29 出版日期:2023-04-25 发布日期:2023-05-04
通讯作者: 梁纪灵
作者简介:卫建伟（1995⁃），男，硕士研究生，从事污泥资源化无害化方面的研究；E⁃mail：weijianwei1126@163.com。
基金资助:
辽宁省科学技术厅博士启动基金项目(201601335);辽宁省教育厅青年基金项目(L2017LQN018);辽宁石油化工大学博士启动基金项目(2016xJJ?031)

Inquiry Investigation about Solidification/Stabilization of Surplus Sludge Using Silicate Cement

Jianwei Wei¹(), Huaijia Fu², Jiling Liang¹(), Han He¹, Tingting Han¹, Yan Zhang¹, Jie Han¹

^1.College of Civil Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Zibo Qixiang Tengda Chemical Co. ，Ltd. ，Zibo Shandong 255438，China

Received:2021-11-01 Revised:2022-05-29 Published:2023-04-25 Online:2023-05-04
Contact: Jiling Liang

摘要/Abstract

摘要：

以普通硅酸盐水泥固化污水处理厂剩余污泥为建筑材料，探索了剩余污泥资源化处置方法。将剩余污泥与水泥按照一定配比混合均匀，置于标准养护箱中养护3~28 d，以污泥?水泥固结体无侧限抗压强度（R_C）和总有机物质量分数（TOC）为评价指标。结果表明，当污泥与水泥质量比（R_m）为0.63、液固质量比（R_l/s）为0.31时，固结体28 d的R_C约为6.9 MPa，该强度不满足非烧结砖最低强度要求，但满足剩余污泥填埋要求；污泥?水泥固结体浸出液中有机物质量分数（TOC_l）较固结体中初始有机物质量分数（TOC₀）减少约86%。硅酸盐水泥固化剩余污泥可以有效地将剩余污泥中有机物稳定在固结体中，对其进行填埋处理可有效抑制剩余污泥对土壤的二次污染。

关键词: 剩余污泥, 固化/稳定化, 无侧限抗压强度, 硅酸盐水泥

Abstract:

In order to realize the resource disposal of surplus sludge from sewage treatment plant, ordinary silicate cement was used to solidify it as a building material. The surplus sludge and cement were mixed evenly according to a certain ratio and placed in a standard curing box for 3~28 days. The unconfined compression strength (R_C) and total organic carbon (TOC) content of the sludge?cement consolidated body were used as evaluation indicators. It was found that the R_C of 28 days for surplus sludge?cement solidified block could reach about 6.9 MPa when mass ratio (R_m) of surplus sludge to ordinary silicate cement and mass ratio (R_l/s) of liquid to solid are 0.63 and 0.31. The R_C can't meet the minimum strength requirement of non?sintered brick, but meets the strength requirement for surplus sludge landfill. The total organic carbon value in leached solution (TOC_l) of surplus sludge?cement solidified block decreased by about 86% compared with the initial value (TOC₀) in consolidated block. It indicates ordinary silicate cement solidified surplus sludge can effectively solidify organics from surplus sludge in the solidified body, which can effectively inhibit the secondary pollution of surplus sludge for land in the landfill treatment process.

Key words: Surplus sludge, Solidification/stabilization, Unconfined compression strength, Silicate cement

中图分类号:

TE992.3

卫建伟, 付怀佳, 梁纪灵, 贺涵, 韩婷婷, 张颜, 韩杰. 硅酸盐水泥固化/稳定化剩余污泥探索研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(2): 7-12.

Jianwei Wei, Huaijia Fu, Jiling Liang, Han He, Tingting Han, Yan Zhang, Jie Han. Inquiry Investigation about Solidification/Stabilization of Surplus Sludge Using Silicate Cement[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(2): 7-12.

图/表 8

参考文献 27

1	Liew C S，Kiatkittipong W，Lim J W，et al. Stabilization of heavy metals loaded sewage sludge： Reviewing conventional to state⁃of⁃the⁃art thermal treatments in achieving energy sustainability［J］. Chemosphere，2021，277：130310.
2	Al⁃Gheethi A A，Efaq A N，Bala J D，et al. Removal of pathogenic bacteria from sewage⁃treated effluent and biosolids for agricultural purposes［J］. Applied Water Science，2018，8（2）： 1⁃8.
3	Liu X，Zhai Y，Li S，et al. Hydrothermal carbonization of sewage sludge： Effect of feed⁃water pH on hydrochar's physicochemical properties，organic component and thermal behavior［J］. Journal of Hazardous Materials，2020，388：122084.
4	Ren J，Wang F，Zhai Y，et al. Effect of sewage sludge hydrochar on soil properties and C_d immobilization in a contaminated soil［J］. Chemosphere，2017，189：627⁃633.
5	Xu Z X，Song H，Deng X Q，et al. Dewatering of sewage sludge via thermal hydrolysis with ammonia⁃treated Fenton iron sludge as skeleton material［J］. Journal of Hazardous Materials，2019， 379：120810.
6	姚建群. 城市污水厂剩余污泥脱水的环保意义及措施［J］. 资源节约与环保，2021（5）： 98⁃99.
7	李鹏华，李兆敏，李宾飞，等. 含油污泥制成高温调剖剂资源化技术［J］. 辽宁石油化工大学学报，2009，29（3）： 19⁃22.
8	Liew C S，Yunus N M，Chidi B S，et al. A review on recent disposal of hazardous sewage sludge via anaerobic digestion and novel composting［J］. Journal of Hazardous Materials，2022，423：126995.
9	Ge S，Foong S Y，Ma N L，et al. Vacuum pyrolysis incorporating microwave heating and base mixture modification： An integrated approach to transform biowaste into eco⁃friendly bioenergy products［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews，2020，127：109871.
10	Lam S S，Mahari W A W，Ma N L，et al. Microwave pyrolysis valorization of used baby diaper［J］. Chemosphere，2019，230：294⁃302.
11	陈蕾，刘松玉，杜延军，等. 水泥固化重金属铅污染土的强度特性研究［J］. 岩土工程学报，2010，32（12）：1898⁃1903.
12	Conner J. Chemical fixation and solidification of hazardous wastes［M］. New York： Van Nostrand Reinhold，1990.
13	Shen Z，Jin F，O'Connor D，et al. Solidification/stabilization for soil remediation： An old technology with new vitality［J］. Environmental Science & Technology，2019，53：11615⁃11617.
14	Tuncan A，Tuncan M，Koyuncu H. Use of petroleum⁃contaminated drilling wastes as sub⁃base material for road construction［J］. Waste Management & Research，2000，18： 489⁃505.
15	Al⁃Ansary M S，Al⁃Tabbaa A. Stabilisation/solidification of synthetic petroleum drill cuttings［J］. Journal of Hazardous Materials，2007，141： 410⁃421.
16	Ma J L，Zhao Y C，Wang J M，et al. Effect of magnesium oxychloride cement on stabilization/solidification of sewage sludge［J］. Construction and Building Materials，2010，24： 79⁃83.
17	Kogbara R B，Yi Y，Al⁃Tabbaa A. Process envelopes for stabilization /solidification of contaminated soil using lime⁃slag blend［J］. Environmental Science and Pollution Research，2011，18：1286⁃1296.
18	冯吉利，屈撑囤，王新强，等. 含油污泥的固化实验研究［J］. 西安石油大学学报（自然科学版），2005，20（2）： 43⁃45.
19	屈撑囤，王新强，陈杰瑢. 含油污泥固化处理技术研究［J］. 石油炼制与化工，2006，37（2）： 67⁃70.
20	李铭，余太平，杨早，等. 污泥固化稳定技术在南太子湖环境整治中的工程应用分析［J］. 净水技术，2021，40（3）： 144⁃151.
21	徐琦，李也，王维仪. 重金属污染土壤固化稳定化药剂研究进展［J］. 山东化工，2021，50（8）： 257⁃261.
22	中华人民共和国建设部. CJ/T 221-2005 城市污水处理厂污泥标准检验方法［S］. 北京：中国标准出版社，2006.
23	中华人民共和国环境保护部. HJ 557-2010 固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法［S］. 北京：中国环境科学出版社，2010.
24	Ma J， Li P， Wang W，et al. Biodegradable poly（amino acid）⁃gold⁃magnetic complex with efficient endocytosis for multimodal imaging⁃guided chemo⁃photothermal therapy［J］. ACS Nano，2018，12（9）： 9022⁃9032.
25	张于弛，江丽芳. KH550改性SiO₂/TPU复合材料的制备及性能研究［J］. 广州化工，2021，49（4）： 41⁃43.
26	中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会. GB/T 23485-2009 城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质［S］. 北京：中国标准出版社，2009.
27	中华人民共和国国家发展和改革委员会. JC/T 422-2007 非烧结垃圾尾矿砖［S］. 北京：中国建材工业出版社，2008.

样品	m(剩余污泥)/g	m(水泥)/g	R_m
S100P40	800.0	320.0	2.50
S100P60	800.0	480.0	1.67
S100P80	800.0	640.0	1.25
S100P100	600.0	600.0	1.00
S100P120	700.0	840.0	0.83
S100P140	600.0	840.0	0.71
S100P160	600.0	960.0	0.63
水泥固结体	0	1 400.0	0

样品	m(剩余污泥)/g	m(水泥)/g	R_m
S100P40	800.0	320.0	2.50
S100P60	800.0	480.0	1.67
S100P80	800.0	640.0	1.25
S100P100	600.0	600.0	1.00
S100P120	700.0	840.0	0.83
S100P140	600.0	840.0	0.71
S100P160	600.0	960.0	0.63
水泥固结体	0	1 400.0	0

成分	w	成分	w
SiO₂	38.52	SO₃	1.63
Fe₂O₃	20.06	TiO₂	0.98
Al₂O₃	16.80	Na₂O	0.68
P₂O₃	9.81	Cl	0.22
CaO	8.19	ZnO	0.19
MgO	2.67	BaO	0.17
K₂O	2.27	MnO	0.16

成分	w	成分	w
SiO₂	38.52	SO₃	1.63
Fe₂O₃	20.06	TiO₂	0.98
Al₂O₃	16.80	Na₂O	0.68
P₂O₃	9.81	Cl	0.22
CaO	8.19	ZnO	0.19
MgO	2.67	BaO	0.17
K₂O	2.27	MnO	0.16

样品	TOC₀/(mg∙g^-1)	TOC_l/(mg∙g^-1)	浸出率/%
平均值			13.6%
干燥剩余污泥	276.0	-	-
S100P80	44.6	6.68	15.0%
S100P120	31.4	3.57	11.4%
S100P160	24.2	3.50	14.5%

硅酸盐水泥固化/稳定化剩余污泥探索研究

Inquiry Investigation about Solidification/Stabilization of Surplus Sludge Using Silicate Cement

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 8

参考文献 27

相关文章 2

编辑推荐

Metrics

[1]	赵平月, 李爽, 宗芳, 马会强. 石油树脂废水污泥资源化及对磷的吸附性能[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(6): 48-52.
[2]	刘旭, 张楷文, 张磊, 王胜, 岳旭. 城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 9-16.