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水泥固化工业污泥制备免烧砖及其经济技术分析

作　者: 谢学报
导　师: 陈泉源
学　校: 东华大学
专　业: 环境工程
关键词: 免烧砖工业污泥固化/稳定化抗压强度浸出毒性
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着城市工业化的深入推进,工业生产迎来前所未有的发展机遇,但也暴露了各种污染问题,其中工业污泥污染问题越来越受到关注。工业污泥含有大量有毒有害物质,长期堆放或填埋不仅侵占土地,而且会严重地污染地下水、土壤和农田,影响人体健康和生态环境。当前卫生填埋、污泥焚烧、污泥农用、污泥堆肥等手段并不能有效地处理工业污泥,因此研究工业污泥的处理处置及资源化技术具有深远的意义。本课题从固体废物处置“无害化、稳定化、资源化”的角度出发,以染料废水污泥和矿山酸性废水中和渣作为研究对象,在两种污泥组分特性表征、理化性质及浸出毒性研究基础上,利用硅酸盐水泥(32.5R和42.5R)、铝酸盐水泥三种胶凝材料固化污泥制备高强耐磨生态免烧砖,探索最佳工艺路线、配方、养护条件及其他工艺参数,进行免烧砖标准试件抗压强度、浸出毒性、抗融冻性测定,进行耐久性分析；通过X-射线衍射、热分析等测试手段,探讨了污泥主要组分与胶凝物质作用机理,并进行污泥资源化初步的经济效益分析。论文得到如下结果：(1)在常温条件下水中养护3-7天,放在空气中养护,养护28天后,同样水泥用量条件下,抗压强度顺序为：铝酸盐水泥>硅酸盐水泥(42.5R)>硅酸盐水泥(32.5R)；尤其铝酸盐水泥固化染料废水污泥在m(水泥)：m(干污泥)：m(水)为1：0.5：0.5条件下,其免烧砖的抗压强度可以达到40MPa以上；(2)染料污泥虽然含锌,但水泥固化染料污泥制备免烧砖,浸出液没有检测出重金属锌,说明其固化效果明显；固化矿山酸性废水污泥制备免烧砖,其浸出液中重金属Ni、Zn、Pb被很好地固化,其浸出浓度均低于相关的国家标准限值,其资源化利用不可能对环境造成二次污染；(3)水泥固化污泥制备免烧砖,经过25次冻融循环后,抗压强度和质量都相应地减少。铝酸盐水泥固化两种污泥制备的免烧砖,抗压强度损失率为<15%,质量损失率<5%,在一个可接受的程度范围内；(4)通过XRD和TG/DTG曲线分析,硅酸盐水泥固化两种污泥产生的无机成分相似,主要是氢氧化钙、水化硅酸钙、矾钙石、方解石等；不同的是铝酸盐水泥固化染料废水污泥产生的矿物物质主要是石膏、矾钙石(AFt)、AFm(C4ASH12)等,固化矿山酸性废水中和渣产生的主要矿物是石膏、石英、方解石等。硅酸盐水泥(32.5R)固化染料废水污泥制备的免烧砖中氢氧化钙含量约为8.2%,方解石含量大约为18.2%,而固化矿山酸性废水中和渣污泥制备的免烧砖中方解石含量为13.2%左右；硅酸盐水泥(42.5R)固化染料污泥制备的免烧砖中氢氧化钙和方解石的含量分别为12.3%和6.82%,而固化矿山酸性废水中和渣制备免烧砖中氢氧化钙含量大约为4.52%,方解石的含量约7.27%。本研究表明,采用水泥固化染料废水污泥和矿山酸性废水中和渣制备免烧砖,可以实现这些污泥的资源化,预计污泥免烧砖使用过程中不会对环境产生二次污染。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-21
  1.1 工业污泥的来源与分类  11-12
  1.2 工业污泥处理处置研究现状  12-14
    1.2.1 卫生填埋  12-13
    1.2.2 污泥焚烧  13
    1.2.3 土地利用  13-14
    1.2.4 制作建材  14
  1.3 污泥资源化研究现状  14-19
    1.3.1 污泥烧制陶粒  14-16
    1.3.2 制熔融材料和熔融微晶玻璃  16
    1.3.3 制生态水泥  16-18
    1.3.4 污泥制砖  18-19
  1.4 课题研究的意义与内容  19-21
    1.4.1 研究意义  19-20
    1.4.2 研究内容  20
    1.4.3 研究难点  20
    1.4.4 研究创新点  20-21
2 原材料与试验方法  21-31
  2.1 实验材料  21-25
    2.1.1 污泥的样品来源  21-24
    2.1.2 水泥  24
    2.1.3 实验仪器与药品  24-25
  2.2 实验方法  25-31
    2.2.1 实验技术路线  25-26
    2.2.2 固化实验工艺流程  26-27
    2.2.2 测试方法  27-31
3 试验结果与讨论  31-51
  3.1 污泥免烧砖的制备  31-32
  3.2 水泥固化污泥制备免烧砖抗压强度的研究  32-36
    3.2.1 染料污泥制备免烧砖抗压强度的结果  32-33
    3.2.2 矿山酸性废水中和渣制备免烧砖抗压强度测定结果  33-35
    3.2.3 两种工业污泥制备免烧砖抗压强度对比  35-36
  3.3 水泥固化污泥制备免烧砖浸出毒性研究  36-38
    3.3.1 浸出毒性鉴别标准值  36
    3.3.2 染料废水混凝污泥制备免烧砖的浸出测试结果  36-37
    3.3.3 矿山酸性废水中和渣污泥制备免烧砖的浸出毒性结果  37-38
  3.4 水泥固化污泥制备免烧砖冻融循环的研究  38-39
    3.4.1 染料废水混凝污泥制备免烧砖的冻融循环分析  38
    3.4.2 矿山酸性废水中和渣污泥制备免烧砖的冻融循环分析  38-39
  3.5 水泥固化污泥制备免烧砖的固化机理研究  39-48
    3.5.1 免烧砖的XRD测试分析  39-43
    3.5.2 免烧砖的TG/DTG测试分析  43-47
    3.5.3 免烧砖固化成型的反应过程分析  47-48
  3.6 本章小结  48-51
4 污泥资源化经济技术分析  51-63
  4.1 市场优势分析  51-52
  4.2 社会效益及影响分析  52-53
    4.2.1 提供就业,增加税收  53
    4.2.2 提高人们生活质量,促进社会和谐发展  53
    4.2.3 促进相关先进技术行业的发展  53
    4.2.4 项目节能设计的社会效益  53
  4.3 产品优势分析  53-55
  4.4 经济效益分析  55-61
    4.4.1 项目总投资估算  55-57
    4.4.2 总成本费用估算  57-60
    4.4.3 投资回收效益分析  60-61
  4.5 本章小结  61-63
5 结论与展望  63-65
  5.1 课题结论  63-64
  5.2 课题展望  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表学术论文及专利情况  69-71
致谢  71

水泥固化工业污泥制备免烧砖及其经济技术分析

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