掺添加剂改善脱水污泥填埋特性研究

.第21卷第2期中国给水排水Vol.21 No. 22005年2月CHINA WATER & WASTEWATERFeb. 2005掺添加剂改善脱水污泥填埋特性研究赵乐军'，戴树桂'， 闫澍旺，曹永华’， 刘润(1.南开大学环境科学与工程学院，天津300073; 2.天津市市政工程设计研究院，天津300051; 3. 天津大学岩土工程研究所，天津300072)摘要:分别以石灰、土粉煤灰为添加剂,考察了不同添加量时脱水污泥与添加剂混合试样的初始土工含水率、密度、渗透系数、十字板抗剪强度、无侧限抗压强度。结果表明,单纯脱水污泥的强度很低,不能满足填埋要求,而加入添加剂后养护20 ~ 30 d就可满足填埋要求。关键词:脱水污泥; 填埋特性; 添加剂; 十字板抗剪强度; 无侧限抗压强度中图分类号: X703. 1文献标识码: C文章编号: 1000 - 4602(2005 )02 -0047 -03Study on the Improvement of Landfll Characteristics of DewateredSludge by Adding AdditiveZHAO Le-jun'2，DAI Shu-gui'，YAN Shu-wang，CAO Yong-hua2 ，LIU Run'(1. School of Enwironmental Science and Engineering, Nankai University，Tianjin 300073，China; 2. Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute, Tianjin 300051,China; 3. Geotechnical Instiute , Tianjin University, Tianjin 300072 , China)Abstract: Dewatered sludge was mixed with additives such as lime, clay, and coal ash. Investiga-tion was made on geotechnical properties including primitive moisture content, density , permeability coef-ficient, vane strength, and unconfined compressive of the mixed sample with different ratio of additives.The result shows that the dewatered sludge without additive has low strength and fails to meet the require-ment for landfill，while the additive-added dewatered sludge can meet the requirement for landfill aftercuring for 20 -30 d.Key words: dewatered sludge; landfill characteristics; additive; vane strengh; uncon-fined compressive strength脱水污泥及污泥与添加剂所形成的混合体的力仪;南55渗透仪;架盘天平(精度为1.0g);电子天学性质是影响污泥填埋能否成功的关键性技术问平(精度为0.001 g);电动搅拌机;电热鼓风干燥题,分别以石灰、土、粉煤灰为添加剂,对三种添加剂箱;细筛,孔径分别为2、1、0.5.0.25、0.1 mm;TM -在不同添加量条件下,污泥/添加剂混合试样的初始85型土壤密度计。土工含水率、渗透系数、密度、十字板抗剪强度、无侧脱水污泥取自天津市某城市污水处理厂的脱水限抗压强度进行了测试,提出了改善脱水污泥填埋机房,该处理厂为二级污水处理厂,剩余污泥经浓特性,满足填埋要求的具体措施。宿、消化后亚田带才眙水机昭水，生石灰、土(粉质中国煤化工1材料与方法粘土1.1仪器、材料1.2YHCNMHG主要仪器:微型十字板;无侧限抗压强度触探分析项目及方法见表1。.47.第2期中国给水排水第21卷表1分析项目与方法2结果与讨论Tab.1 The analysis item and method2.1混合试样 的初始性质项目分析方法将脱水污泥与石灰、粉煤灰、土三种添加剂分别土工含水率烘干法(烘干温度为75 C)按1:0.5.1:0.75 1:1的比例混合后放入搅拌机,待密度环刀法.搅拌均匀后将试样放入塑料袋中密封保存(得1'~渗透系数变水头法十字板抗剪强度微型十字板_9*试样) ,测试样的初始土工含水率、密度、渗透系数、无侧限抗压强度无侧限抗压强度触探仪无侧限抗压强度.十字板抗剪强度等结果见表2。表2混合试样的初始性质Tab.2 The primitive properties of sludge with additive added试样3'5*8°)*土工含水率/%152.64116.39 108.89155.50 126. 29113.63 | 119.55 107.03| 96.49密度/(g. cm-3)1.3131.325 1. 3711.204 1.2791.3171.313| 1.363 1.413渗透系数/(10 -界cm.s-')10412326710.631.718.07.26 5. 55_ 7. 40注:污泥 、粉煤灰、土、石灰的土工含水率分别为388. 78% .35.27% 21.40% .32. 98%。从表2可知,脱水污泥的土工含水率相当高,而150 t掺人添加剂则可使土工含水率大幅度下降,且下降甘污泥/土(87+污泥/石灰(29)幅度随掺人量的增加而增加。掺人添加剂后其密度士污泥/粉煤灰(5)还120增大,且随着掺人量的增加而增加。从渗透系数的数量级看,试样的渗透系数多在10-8 cm/s左右(10 C),污泥/石灰试样的渗透系数+ 90最大,比污泥/土、污泥/粉煤灰试样的大1 ~2个数量级;污泥/粉煤灰试样的渗透系数次之,污泥/土试样的渗透系数最小。不过这些试样的渗透系数总体°02468)121416来讲都比较低(约相当于软粘土的),因此不论采用养护时间/db.添加比例为1:0.75何种添加剂,想通过排水压密方法来提高试样的强120 t度在短时间内不可能奏效。对石灰而言,其添加量女污泥/土(9越多则试样的渗透系数越大,而土和粉煤灰添加量+污泥/石灰(39)士污泥/粉煤灰(6)对试样渗透系数的影响则呈现出- -定的波 动性。史1002.2含水 率与养护时间的关系将试样置于盆中于室内自然风干,此间试样含H 80水率随养护时间的变化如图1所示。可见,在同一添加比例下污泥/土试样的初始土工含水率最低,各试样的土工含水率均随养护时间的延长而降低。1600510152025 3035 4。污泥/土(79140+污泥/石灰(1)c.添加比例为1:1+污泥/粉煤灰(4)图1试样土工含 水率与养护时间的关系Fig.1 Relationship between water content and关100curing days80十2.3十字板抗剪 强度与养护时间的关系中国煤化工式样的初始十字板.0 .1525 30 35抗剪HHCNMHG!填埋的基本要求，还要通过目然风十使具含水率降低,以提高其十字a.添加比例为1:0.5板抗剪强度。●48.第2期赵乐军,等:掺添加剂改善脱水污泥填埋特性研究第21卷为达到25 kPa的最低十字板抗剪强度要求,对明如果仅仅掺土则试样的体积安定性会很差,因此于1:0. 5的添加比例而言,污泥/石灰试样需要养护不是--种理想的方法。污泥/粉煤灰试样也有微弱18 d,污泥/土试样需要养护23 d,污泥/粉煤灰试样的膨胀性,其干缩程度居中。污泥/石灰试样没有膨则需要30 d;当添加比例为1:0. 75时,污泥/土试样胀性,且干缩程度最小,其原因是:石灰的加入使得需要养护10 d,污泥/石灰和污泥/粉煤灰试样在16试样的pH值很高,对污泥中的微生物有灭杀作用,d的试验周期内均没有达到最低强度要求。对于添因此不会出现膨胀;当生石灰生成熟石灰后其体积加比例为1:1的试样而言,在35 d的试验周期内均会增加,可抵消掉--部分由水分损失导致的干缩,因未达到最低强度要求。此试样的干缩程度最小。在自然风干过程中,各试样的抗剪强度均随着3结论养护时间的增加而增长,这-方面源于含水量的减①脱水污泥的初始强度 很低,不能满足填埋少(导致颗粒间的结合水膜变薄,使得颗粒间的结的最低强度要求,而掺入添加剂则可提高其强度并合更紧密),另-方面是因为试样有类似于混凝土改善填埋特性。的龄期。②添加比例分别为1:0.5.1:0.75.1:1的试2.4无侧限抗压强 度与养护时间的关系样的初始强度仍然不能满足最低填埋强度要求,需试验结果表明,掺人添加剂后各试样的初始无要对其进行养护以进一-步降低含水率。不同添加剂侧限抗压强度均低于10 kPa,也不满足填埋的基本所需要的养护时间是不同的,对于单-添加剂而言要求,还需对其进行自然风干。为达到50 kPa的最一般需要20 ~30 d。低无侧限抗压强度要求,当添加比例为1:0.5时,污③污泥/土试样的体 积安定性很差，因此单纯泥/石灰试样需要养护23 d,污泥/土试样则需要养采用土作添加剂不是- -种理想的方法。护25d,而污泥/粉煤灰试样在30d的试验周期内未达到最低无侧限抗压强度要求;当添加比例为参考文献:1:0.75时,三种试样均需要养护16d;对于添加比例1] Koening A,KayJ N, Wan I M. Physical properties of de-为1:1的试样,在35 d的试验周期内均未达到最低watered wastewater sludge for lndflling[J]. Wat Sci强度要求。Tech, 1996 ,34(3 -4) :553 - 540.从十字板抗剪强度、无侧限抗压强度与养护时[2] Knut Wichmann, Andreas Riehl. Mechanical properies of间的关系来看,并不是添加剂掺入量越多,效果就越waterwork sludges - shear strength[J]. Wat Sci Tech,好,估计原因是添加量增多会使水分更难蒸发,因而1997 ,36(11):43 -50.不利于提高试样的强度。[3]赵乐军,戴树桂 ,辜显华.污泥填埋技术应用进展[J].2.5试样的体积安定性中国给水排水,2004 ,20(4) :27 -30.污泥/土试样在拌和初期时的膨胀现象很明显。以9"试样为例，拌和7 d后膨胀基本完成,测得膨胀电话:(022)27833267率为8.53%。但是随着含水率的降低,试样又开始E - mail : lejun-zhao@ vip. sina. com出现干缩,经观测污泥/土试样的干缩程度最大,说收稿日期:2004-10-07●工程信息●山东省滨州市小营镇南城污水处理厂工程该工程处理规模:2x10* m'/d,拟采用氧化沟工艺,投资额:3000万元。该工程由滨州市政府和新加坡环保控股集团采用BOT的方式合作开发。可行性报告已由r中国煤化工完成,滨州市环境保护科学研究所正在编制环评报告。CNMHG(济南一机休集团公可环保公司 崔炳勇)●49●