钛石膏改性胶结材干化湖泊污泥效果及机理

通过不同养护龄期下钛石膏改性胶结材和生石灰掺量对城市湖泊污泥干化效果影响的对比研究,揭示了钛石膏改性胶结材干化污泥的效果和机理。实验结果表明,随着养护龄期增长,干化污泥含水率减少量逐渐增大;同一养护龄期,掺20%钛石膏改性胶结材的干化污泥含水率减少量明显高于掺20%生石灰的干化污泥含水率减少量;干化污泥p H趋于8时,掺20%生石灰干化污泥所用时间是掺20%钛石膏改性胶结材所用时间的7.5倍。XRD和SEM分析表明,钛石膏改性胶结材水化生成难溶的水化硅酸钙凝胶和钙矾石晶体,将大量自由水转化为结晶水;同时,水化硅酸钙凝胶、钙矾石晶体和污泥中固体颗粒之间的互相搭接和紧密结合,彻底改变了原污泥松散团聚的结构体系,将干化污泥中各相牢固地粘结成一个整体,这是钛石膏改性胶结材干化效果好的关键。     

石灰-石膏-粉煤灰水泥浆体的水化机理研究

通过增钙法对粉煤灰水泥浆体的凝结时间、水化放热和力学性能的测定，以及采用差示热重分析、扫描电镜、X射线衍射，研究了在有石灰、石膏时不同掺量粉煤灰水泥浆体的水化机理。结果表明：早期水化性能弱，后期持久。随粉煤灰掺量增加，浆体的凝结时间延长，水化热减少，高掺超过40%时龄期强度下降明显；早期水化产物主要为：大量的水化硅酸钙凝胶(C-S-H）,未水化的硅酸钙（C₃S、 C₂S）,少量的钙矾石（AFt、 AFm）和氢氧化钙Ca(OH)₂,后期在石灰石膏的活性效应和填充效应的激发下，水化产物主要为：Ca(OH)₂、AFm。Ca(OH)₂与AFm及少量的C-S-H填充在水泥孔隙中且相互交联，改善了粉煤灰水泥浆体强度。     

污泥焚烧灰固化处理技术研究

研究了硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂在污泥焚烧灰固化技术中的应用效果。考察了污泥焚烧灰固化块(以下简称固化块)的抗压强度,测定了固化块的重金属浸出毒性,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析固化块组成和微观结构。结果表明,4种物质对提高固化块的抗压强度均具有较好的效果,硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂的适宜掺量分别为10、30、20、1.0g(以100g污泥焚烧灰中掺加的质量计)。XRD和SEM分析结果显示,经固化处理后制得的固化块结构密实,存在石英(SiO2)、水化硅铝酸钙(CaAl2Si2O8)和水化硅酸铝钙(Ca2Al2SiO7)等物质,其中水化硅铝酸钙等凝胶物质有利于提高固化块的抗压强度。     

硫酸钙对含电镀污泥渣料水泥基材料性能的影响

为了提高危险废物电镀污泥的高值化利用程度，研究了掺加CaSO₄对含磨细粉(由电镀污泥协同建筑渣土高温处理渣料磨细得到)水泥基材料力学性能、微观结构特征及重金属浸出的影响及机理。结果表明：CaSO₄掺量(基于其在胶凝材料的质量占比)为0.6%时，其长期力学性能较优，含磨细粉水泥基材料养护60 d后抗压强度和抗折强度比未掺加CaSO₄时分别提升20.1%和22.2%。适量的CaSO₄可以补充含磨细粉水泥基材料基体中Ca²⁺含量，促进水泥和磨细粉中具有潜在水化活性的组分充分进行水化，同时使基体中生成更多的钙矾石填充孔隙，从而增强了基体结构密实度。研究还发现多余钙矾石的形成对重金属离子的固结起到了正向作用，适量的CaSO₄掺加能明显降低含磨细粉水泥基材料基体中有害重金属离子的浸出浓度。当CaSO₄掺量为0.6%时，含磨细粉水泥基材料养护28 d后，Cu、Ni、Zn的浸出率比未掺加CaSO₄时分别降低了33.6、31.0、...     

机械力活化固硫灰固化处理生活垃圾焚烧飞灰

为实现城市生活垃圾焚烧飞灰的安全处理,通过机械力化学法活化循环流化床燃煤固硫灰,探讨了球磨样品制备固化体的参数。并采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)手段对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化机制进行了研究。结果表明,当垃圾焚烧飞灰掺加比为60%,球磨转速为600 r·min~(-1),球磨时间为5 h,养护温度60℃时的固化体28 d和56 d抗压强度分别达到15.6 MPa和17.9 MPa,采用原子吸收光谱仪(AAS)测得固化体中Zn、Pb、Cu、Cd和Cr重金属浸出量均低于GB 5085.3-2007规定限值。XRD和FTIR表征结果表明,在水化过程中,该混合体系生成了水化硅酸钙(C—S—H)、斜方钙沸石和钙矾石(AFt)等水化产物,并且C—S—H凝胶可通过物理包裹的形式固化垃圾焚烧飞灰中重金属;斜方钙沸石和钙矾石以化学吸附的方式使垃圾焚烧飞灰中的重金属离子达到固化/稳定化效果,实现了垃圾焚烧飞灰中重金属的安全处理。     

低品位锰尾矿基胶凝材料配方优化

为了探究尾矿胶凝活性,将生石灰、氢氧化钠、水玻璃和石膏等激发剂添加到湖南永州低品位氧化锰尾矿中,通过正交实验研究不同激发剂掺量对锰尾矿胶凝活性的激发效果。实验结果表明:当生石灰、氢氧化钠、水玻璃、石膏掺量分别为10%、2%、1.5%、6%时,锰尾矿基胶凝材料净浆试样的各个龄期抗压强度最大,28 d抗压强度可达到6.64 MPa,软化系数可达到0.81。SEM分析发现:低品位氧化锰尾矿基胶凝材料主要水化产物为钙矾石和水化硅酸钙凝胶,随着龄期延长,水化产物持续增加并相互交织搭接,内部缝隙减少,内部结构致密,提高了试样抗压强度和软化系数。     

消化污泥作为垃圾填埋场覆盖材料的研究

为解决城市污染,实现污泥"减量化、无害化、稳定化、资源化"的目标,有必要寻求更多技术上可行、低成本的污泥综合利用新技术.测定了消化污泥本底的含水率、有机质含量以及经过预处理后不同含水率的消化污泥模拟降雨实验的渗透系数,浸出液的COD、氨氮、pH等.选择渗透系数低、污染负荷小的含水率为50%和60%的消化污泥,分别与石灰、炉渣以不同比例混合改性后,再测定模拟降雨实验浸出液的各个指标.实验结果表明,含水率为60%的消化污泥与炉渣以2∶1(质量比)混合时,渗透系数达到10-6数量级,已接近垃圾填埋场对防渗层的要求.因此,消化污泥改性后可作为垃圾填埋场覆盖材料.     

酸改性沸石对污泥调理的影响

实验研究了酸改性沸石在剩余污泥调理中的应用。采用单因素法,以比阻作为主要参数,分别从酸浓度、酸浸时间和沸石粒度等方面来确定沸石酸改性的最佳条件。最佳的改性沸石在酸浓度为3 mol/L,酸浸时间为5 h,沸石粒径为150μm的条件下获得。利用改性沸石来调理污泥,考察改性沸石投加后污泥沉降和脱水性能的变化以及对污泥上清液中COD、氨氮的去除效果。结果表明,沸石可以有效的调理污泥,减小污泥的比阻,且改性后的沸石调理效果更好。当改性沸石投量为30%(污泥含固量计)时,污泥的比阻由原来的3.0×1013m/kg降到1.39×1013m/kg,滤饼的含水率由原来的92%降到64%。沸石改性前后颗粒的电镜扫描图说明其强化污泥调理的机理主要是吸附架桥作用。     

工业废渣和膨润土协同固化污泥的性能与微观特征

为探究工业废渣和膨润土协同处置市政污泥的应用效果,利用工业废渣(高炉矿渣和脱硫石膏)等量取代部分水泥,设计制备了低水泥掺量的工业废渣基复合固化剂(简称复合固化剂),开展了复合固化剂和膨润土协同固化污泥的无侧限抗压强度、浸出液重金属浓度及COD测试,评价了复合固化剂和膨润土对固化污泥力学特性和环境安全性能的影响。通过XRD、TG/DTG、BET、SEM等微观测试手段,明确了复合固化剂协同膨润土固化稳定污泥的微观结构特征。结果表明：采用高炉矿渣和脱硫石膏等量取代部分水泥可大幅度提升固化污泥的强度,复合固化剂的最优质量配合比为高炉矿渣∶脱硫石膏∶水泥=6∶1∶3;在复合固化剂固化污泥基础上,掺加膨润土可明显提升固化污泥的强度以及环境安全性,膨润土的最优掺量为10%;采用10%膨润土等量取代部分复合固化剂,固化污泥强度可提升17%～23%,浸出液中重金属离子浓度和COD值可降低40%～60%;相比水泥固化污泥体系,复合固化剂和膨润土协同固化污泥可生成更多的C-S-H凝胶、钙矾石晶体等水化产物,且膨润土具有较好的细化孔隙效应,二者协同作用共同提升了固化污泥的密实度和强度,而胶凝物质的物理包裹以及...     

核桃壳骨架构建剂对污泥脱水性能的影响

污泥最终处置的困难在于提高泥饼的含固量和降低其含水率。研究用核桃壳做骨架构建剂对污泥进行调理对污泥脱水性能改善的影响。通过测定污泥比阻(SRF),毛细吸水时间(CST)以及抽滤后污泥含水率,探究核桃壳骨架构建剂对污泥脱水性能的影响。结果表明,采用核桃壳做骨架构建剂调理污泥的最佳添加量为4∶6(核桃壳与污泥干重比),最佳粒径为0.25 mm。用真空抽滤脱水,核桃壳调理后污泥的含水率明显降低。含水率为97.5%的原泥经过29 min真空抽滤后泥饼含水率降至70.52%;按核桃壳与污泥干重比4∶6,添加粒径0.25 mm的核桃壳后,泥饼含水率降为63.57%,SRF由初始的3.73×1013m/kg,降为调理后的1.06×1013m/kg。     

锰尾矿基胶凝材料配方优化及水化机理分析

为研究低品位锰尾矿胶凝活性,将生石灰、氢氧化钠、水玻璃和石膏等激发剂添加到湖南永州低品位碳酸锰尾矿中,采用正交实验研究不同激发剂及掺量对锰尾矿基胶凝材料抗压强度和软化系数的影响,探究其潜在胶凝活性激发的最佳配方。实验结果表明,当生石灰、水玻璃、石膏掺量分别为10%、1.5%和4%时,胶凝材料净浆试体的各个龄期抗压强度最大,其中28 d抗压强度达到4.91 MPa,软化系数达到0.74。XRD、DTA和SEM微观实验发现:锰尾矿基胶凝材料主要水化产物为钙矾石和水化硅酸钙凝胶,随龄期持续增多并相互交织搭接,使试体内部结构逐渐致密,缝隙减少,提高了试体抗压强度和软化系数,因此,该激发剂可有效激发锰尾矿潜在胶凝活性。     

污泥不同脱水方法的实验分析及脱水机理探讨

为进一步认识污泥脱水的机理,寻找更为有效的污泥脱水方法,提出了一种新的污泥中水分存在形式的划分方法,同时进行了自重、离心、盐溶液渗析脱水3种实验,并利用光学显微镜和扫描电镜等手段,对原状污泥与3种脱水后污泥的微观结构进行形态学及定量分析。自重、离心、盐溶液渗析脱水后污泥的最终含水率分别为89.4%、78.0%、28.4%,且不同脱水方式会影响污泥的微观结构,进而影响脱水效率;污泥中微生物、絮团、褶皱、裂隙及物质成分等方面是污泥中水分难以脱除的重要原因。污泥在不同的脱水阶段,水分的存在形式不同,脱水的难易程度也不同;脱水程度越高的脱水手段,其脱水后污泥的结构越紧密,孔隙率及等效孔径明显降低,可通过减小污泥内部孔隙的方式进一步提高脱水效率。     

基于半焦的污泥调质与机械脱水

采用真空抽滤脱水实验方法探讨了基于半焦的污泥调质与机械脱水的影响因素,通过污泥比阻测试、SEM,FT-IR分析揭示了基于半焦的污泥调质与机械脱水的机理。结果表明:当半焦的粒径为75·200μm,添加量为1.5 g·(100mL)~(-1)污泥时,云南褐煤在500℃下热解的半焦对污泥调质与机械脱水效果较好;经半焦调质污泥的机械脱水泥饼含水率、脱水时间、污泥比阻分别由原污泥的76.02%、124s、2.155×lO~(13)m·kg~(-1)降低至61.14%,75 s、6.943×10~(11)m·kg~(-1),半焦对污泥调质与机械脱水有显著效果;污泥机械脱水泥饼含水率与半焦质量参数(0/C、H/C、BET比表面积、孔容)呈现良好的相关关系;半焦对污泥调质与机械脱水的机理主要表现在半焦能显著改善污泥的脱水性能,消弱污泥的亲水性能以及对污泥的吸附作用。     

表面活性剂对污泥脱水性能的影响及其作用机理

研究了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对活性污泥脱水和沉降性能的影响,及其改善活性污泥脱水效能的作用机理。结果表明,质量分数8%的CTAB可使污泥比阻(SRF)从8.5×1012m/kg降为7.5×1011m/kg,滤饼的含水率降至75%左右,污泥的沉降性能最好,上清液的浊度也较小。相比之下,SDS对污泥沉降、脱水性能的改善效果明显逊于CTAB。实验表明,表面活性剂主要是通过溶出胞外聚合物(EPS)破坏污泥结构释放内部结合水来加快污泥的沉降速度和提高其脱水性能。     

气浮技术在膜生物反应器剩余污泥浓缩过程中的应用

污泥浓缩作为污泥处理的关键环节之一,开发高效的污泥浓缩工艺对于降低污泥含水率、提高脱水设备的运行效率、降低脱水能耗具有十分重要的意义。针对MBR污泥浓度高、污泥粒径小、污泥沉降性能较差等特点,故采用传统的重力浓缩和机械浓缩技术很难有效实现污泥浓缩。因此,尝试采用气浮浓缩技术降低污泥含水率的可行性。从气浮浓缩的中试结果来看,较适宜运行参数为:固体负荷为15 kg/(m2·h),水力负荷为1.5 m3/(m2·h),回流比为1,PAM投配率2‰(w/w干固体),溶气压力为0.4 MPa,气固比为0.03。经过中试设备进行气浮浓缩后,污泥含水率降低至96%左右。此外,还研究了采用气液多相泵系统对剩余污泥的浓缩效率,结果显示,该设备的使用相对于传统溶气气浮工艺,其优点表现在占地小、工程造价低以及运行成本低等方面。     

超声耦合高铁酸钾对印染污泥脱水性能的影响

分别采用高铁酸钾、超声、超声耦合高铁酸钾对印染污泥的脱水性能进行研究,考察了印染污泥中沉降速率(SV30)、毛细吸水时间(CST)、污泥破解率DDCOD和泥饼含水率等脱水指标的变化情况。结果表明,低声能密度(0.225~0.45 W·m L~(-1))和短超声时间(1~6 min)都能够促进污泥的脱水性能。在声能密度为0.45 W·m L~(-1),超声时间为4 min的最佳超声条件下,SV_(30)和CST分别下降了6.3%和16.35%。同时,高铁酸钾的添加使污泥脱水效果更显著,在最佳添加量(60 mg·g~(-1))下,SV_(30)、CST和泥饼含水率较原污泥减少了18.36%、31%和13.07%。为了促进污泥脱水,最佳污泥破解率DDCOD为2%~5%。扫描电镜结果显示,在最佳条件下处理的污泥较原污泥变化明显,原有颗粒结构被破坏,利于污泥脱水。     

CTAB改性斜发沸石对剩余污泥的调理作用

实验利用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性斜发沸石,并将其应用于剩余污泥的调理。以污泥比阻为参数,考察了表面活性剂浓度、反应温度及反应时间对CTAB改性沸石调理剩余污泥效果的影响。正交实验结果表明,改性沸石的最佳条件为CTAB浓度30 mmol/L,反应温度30℃,反应时间12 h。相较于原沸石,经改性沸石调理的污泥其脱水性能和沉降性能都有较大提高.当改性沸石投加量为90%(干污泥重)时,污泥净生产率达到最大值1.95 kg/(m~2·h),过滤时间缩短至最小值121 s,滤饼含水率也相应地由87.8%(原污泥)降低至59.5%。强化机理的研究表明,改性沸石主要是通过静电中和与吸附架桥作用,以及在污泥絮体中构建坚硬骨架来强化污泥调理效果的。     

超声破解对剩余污泥内含营养物及粒径的影响

利用超声技术破解剩余污泥,不仅能有效降低污泥含水率,提高污泥稳定性,还能在上清液中释放C、N和P等有机物,为污泥资源化利用提供条件。通过考察超声时间、功率及频率等因素,分析超声空化对污泥稳定化程度和污泥内含营养物质释放的影响规律,形成超声破解污泥的最优实验方案。综合考虑超声效果与节能,选择超声频率22 k Hz,超声功率800 W,超声时间15 min为优化的工艺条件,其上清液中的COD浓度高达954.33 mg·L~(-1),总氮含量为153.16 mg·L~(-1),总磷含量为72.65 mg·L~(-1),污泥颗粒粒径显著减小,d50从原泥的34.82μm减小至2.99μm,并形成少量纳米级颗粒,探讨了纳米颗粒对污泥活性的影响,有利于后续污泥稳定化和减量化。     

污泥发酵液主要成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响

为了研究污泥发酵液中的主要无机离子和有机成分对鸟粪石结晶法回收磷的影响,选取钙和钾为典型无机离子,以与胞外聚合物(EPS)性质相似的海藻酸钠(SA)和腐殖酸的主要成分富里酸(FA)模拟污泥发酵液主要有机成分,利用小试流化床反应器进行连续流实验。结果表明,随着Ca~(2+)浓度升高,除磷率先下降后上升,生成了无定形磷酸钙沉淀,当Ca~(2+)浓度为100 mg·L~(-1)时,鸟粪石纯度降至14.9%。实验浓度范围内,K+、SA与FA均使鸟粪石纯度降至90%以下,生成少量共沉淀物,但产物晶型仍以规则斜方晶为主,除磷率在80%以上。其中SA主要附着在鸟粪石表面,阻碍鸟粪石晶体的正常生长,随着SA浓度由0 mg·L~(-1)升高到120 mg·L~(-1),产物纯度由96.0%降至77.3%,粉末状晶体增多,使产物平均粒径由0.80 mm降至0.56 mm。     

掺加矿粉胶凝固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

通过单因素实验探究了矿粉质量分数、激发剂(NaOH)投加量和加水量对掺加矿粉胶凝固化垃圾焚烧飞灰中重金属的影响,并初步探究了固化机理。结果表明,矿粉质量分数和激发剂投加量对重金属的固化影响较大,而加水量影响不大。综合考虑增容比、重金属浸出浓度和抗压强度,矿粉质量分数15%、激发剂投加量3%(质量分数)、加水量37.5%(质量分数)为有效稳定固化重金属的最佳条件,此时重金属浸出质量浓度分别是Ba 19.091mg/L、Cd 0.041mg/L、Ni 0.216mg/L、Pb 0.196mg/L,含水率为27.04%,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008),抗压强度为9.61 MPa,可进入垃圾填埋场填埋。所制备胶凝材料的最终水化产物主要为水化硅酸钙、水化铝硅酸钙和钙矾石,它们可以通过包裹和吸附对重金属进行固化。