化工污泥基填料重金屬穩(wěn)定化研究

作品名稱：化工污泥基填料重金屬穩(wěn)定化研究大類：科技發(fā)明制作A類小類：能源化工簡介：化工廢水處理過程產(chǎn)生的剩余污泥含多種有機(jī)毒物和重金屬，屬于危險固廢。現(xiàn)行的化工污泥處置方式主要是焚燒，而由此產(chǎn)生的焚燒灰渣也屬于危廢，須送危險廢物填埋場安全填埋，企業(yè)難以承受高額的處置費(fèi)用，大量的化工污泥被非法轉(zhuǎn)移、傾倒，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。本作品以化工污泥焚燒灰渣為原料，添加自主研發(fā)的S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑，輔以水和粘結(jié)劑等輔料，制備出可以用于化工廢水處理的新型填料，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶。詳細(xì)介紹：1.研究背景化工是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，約占工業(yè)GDP總量的25%。這些企業(yè)在為我國經(jīng)濟(jì)騰飛做出貢獻(xiàn)的同時，由于其自身技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的制約，也存在眾多潛在的環(huán)境污染風(fēng)險。我國擁有大小化工園區(qū)數(shù)百個，大小化工企業(yè)10萬余家。這些化工企業(yè)每天產(chǎn)生數(shù)萬噸的化工剩余污泥，高額的處置費(fèi)用對化工企業(yè)的正常運(yùn)行造成極大困擾。由于缺乏此類污泥針對性處理技術(shù)，使得上述污泥未能得到妥善處理，從而引起嚴(yán)重的二次污染，已成為環(huán)境治理過程中需要面對的緊迫問題。1.1化工污泥的特性及常規(guī)處置方式化工污泥含水率高、體積大、成分復(fù)雜，且含多種有毒有害有機(jī)物及重金屬，按照最新頒布的《國家危險廢物名錄》，屬于危險固體廢棄物，必須對其進(jìn)行安全妥善的處理處置。由于化工污泥的熱值較高，宜用焚燒處理，因此現(xiàn)行的化工污泥主要是在有資質(zhì)的的危廢焚燒單位焚燒處置。而污泥焚燒產(chǎn)生的灰渣仍是危險固廢，須送危險廢物填埋場安全填埋。但由于填埋費(fèi)用高，企業(yè)難以承受高額的填埋處置費(fèi)用，許多污泥焚燒灰渣沒有得到合理的最終處置，更沒有得到合理的綜合利用，造成資源的浪費(fèi)，業(yè)已成為重要的環(huán)境風(fēng)險源。1.2化工污泥資源化技術(shù)近年來，化工污泥的資源化越來越受到重視。目前，研究和應(yīng)用較廣的化工污泥資源化技術(shù)主要有以下四種。1.2.1污泥燃料化技術(shù)污泥燃料化技術(shù)有：1.利用污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣供熱供電，2.通過多效蒸發(fā)器脫水把污泥直接合成燃料。由于化工污泥的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)含量較低，而硫化物、酚含量較高，故沼氣產(chǎn)率較低，因此前者的應(yīng)用較少。魏昆生等提出了脫水化工污泥與熱電廠煤粉鍋爐燃煤摻混燃燒的污泥處理方法，研究發(fā)現(xiàn)，污泥摻混比例不大于6%，對煤粉鍋爐受熱面工作安全性不會產(chǎn)生不良影響，摻混比例不大于2%時，排放的煙氣能夠滿足環(huán)保要求。1.2.2污泥固化制磚技術(shù)污泥固化處理是把水泥、石膏、水玻璃等凝結(jié)劑同污泥加以混合進(jìn)行固化，或是在污泥中加入硅酸鈉、粘土之類的添加劑燒結(jié)固化，污泥中的有害物質(zhì)被封閉在固化體中不析出污染環(huán)境，達(dá)到穩(wěn)定化、無害化的目的。固化體可以制磚，抗壓強(qiáng)度能夠達(dá)到普通磚塊的標(biāo)準(zhǔn)。徐炎華等以鈦石膏為原料，摻合干燥化工污泥，制得輕質(zhì)磚，成品磚的浸出毒性測試表明，各指標(biāo)濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中規(guī)定的濃度值。1.2.3污泥堆肥技術(shù)堆肥是在一定條件下通過微生物的作用，使有機(jī)物不斷被降解和穩(wěn)定，并生產(chǎn)出一種適宜于土地利用的產(chǎn)品的過程。堆肥也是常用的污泥資源化處置技術(shù)，但由于化工污泥的重金屬、石油類含量高，易對堆肥或土壤中的微生物產(chǎn)生毒害作用，因此堆肥在化工污泥的處理與處置中應(yīng)用較少。天津石化公司污水廠采用機(jī)械部環(huán)保與技術(shù)裝備研究所的最近成果“污泥高效好氧發(fā)酵技術(shù)”，和它的配套專有設(shè)備“污泥快速制備成套設(shè)備”轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計并實(shí)施，形成了污泥制肥工藝與生產(chǎn)能力。1.2.4污泥制填料(陶粒)技術(shù)污泥制備填料(陶粒)最早是由NakouziS.等提出的。目前污泥填料(陶粒)的研究主要集中于城市污泥，而對工業(yè)污泥制備填料(陶粒)的相關(guān)報道較少。劉景明等以綜合化工污泥、膨潤土和造孔劑為原料，制成粒徑為3～6mm水處理用的生料球，經(jīng)烘干、預(yù)熱、焙燒等工藝過程，進(jìn)行了陶粒填料的合成研究。根據(jù)作為水處理填料的材料應(yīng)遵循的原則和對陶粒各性能分析的結(jié)果，確定了燒制污泥陶粒的最佳工藝參數(shù)：造孔劑摻量5%、污泥與膨潤土比例4∶6、預(yù)熱時間30min、預(yù)熱溫度400℃、燒結(jié)溫度1140℃。1.3重金屬穩(wěn)定化技術(shù)污泥制備填料為化工污泥的資源化提供了新思路，但一般的污泥制填料工藝脫水污泥的添加量僅為30~40%，利廢率不高。如果將化工污泥焚燒，以其灰渣為原料制備填料，不僅能解決化工污泥基填料有毒有機(jī)物溶出的問題，還可提高工藝的利廢率?；の勰嘣诜贌^程中，有機(jī)物燃燒去除，但其中的重金屬仍殘留在灰渣中，故重金屬穩(wěn)定化是化工污泥焚燒灰渣制填料工藝的關(guān)鍵技術(shù)。常用的重金屬穩(wěn)定化技術(shù)是藥劑穩(wěn)定化技術(shù)。藥劑穩(wěn)定化是利用化學(xué)藥劑通過化學(xué)反應(yīng)使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙庑?、低遷移性物質(zhì)的過程。重金屬穩(wěn)定化藥劑可以采用無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)穩(wěn)定劑有堿金屬氧化物、磷酸/磷酸鹽、鐵鹽、粘土礦物、廢料穩(wěn)定劑等；有機(jī)穩(wěn)定劑主要是一些螯合劑。2.研究目的和意義本作品研究的目的在于：第一，解決傳統(tǒng)污泥處理與處置方法會帶來二次污染的問題；第二，解決化工污泥傳統(tǒng)處置方法，即焚燒-安全填埋，存在成本高的問題；第三，實(shí)現(xiàn)化工污泥的資源化，將化工廢水處理過程中產(chǎn)生的化工污泥的焚燒灰渣制成新型填料回用于化工廢水處理，實(shí)現(xiàn)綜合利用、以廢治廢的目的?；の勰喾贌以兄亟饘俚姆€(wěn)定化是其能否實(shí)現(xiàn)無害化、資源化的技術(shù)關(guān)鍵。常規(guī)的重金屬穩(wěn)定化方法是添加一些穩(wěn)定化機(jī)理較為單一的重金屬穩(wěn)定劑，這些穩(wěn)定劑對重金屬的穩(wěn)定化效果欠佳，且對不同的重金屬成分和形態(tài)不具有普適性。本作品研究開發(fā)一種新型無機(jī)復(fù)合重金屬穩(wěn)定劑，將三種主導(dǎo)穩(wěn)定化機(jī)理不同的藥劑復(fù)配，以期達(dá)到更佳的重金屬穩(wěn)定化效果。這三種物質(zhì)分別為氧化鈣、氧化鎂和沸石。氧化鈣和氧化鎂的加入可以提高系統(tǒng)的pH，使得重金屬離子在堿性條件下生成難溶于水的氫氧化物或碳酸鹽；沸石具有巨大的比表面積和較強(qiáng)的離子交換性能，易于通過交換吸附與重金屬離子有效結(jié)合；氧化鎂還具有一定的膠凝性，它可以增強(qiáng)固化體的強(qiáng)度，將重金屬離子包埋在固化體中，以降低重金屬離子的遷移能力。本作品通過單因素實(shí)驗(yàn)，探討無機(jī)復(fù)合重金屬穩(wěn)定劑的最佳配方，解決化工污泥焚燒灰渣制備填料工藝的技術(shù)難點(diǎn)，同時也為其他危廢的重金屬穩(wěn)定化提供參考。本作品通過單因素實(shí)驗(yàn)，考察了化工污泥焚燒灰渣添加量、無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑添加量、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間等因素對填料的主要性能指標(biāo)(堆積密度和吸水率)的影響，在保證填料的堆積密度和吸水率達(dá)到GB/T17431.1-2010(輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下(即堆積密度<1100kg/m3，吸水率<10%)，以堆積密度盡可能小、吸水率盡可能大為優(yōu)選，確定灰渣和穩(wěn)定劑的最佳添加量、填料的最佳燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間。最后通過填料微觀結(jié)構(gòu)的考察、重金屬浸出實(shí)驗(yàn)和掛膜實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)填料的質(zhì)量。本作品提供了一種以化工污泥焚燒灰渣為原料制備可用于化工廢水處理的輕質(zhì)、多孔、具生物友好性的填料的方法，為屬于危廢的化工污泥的治理找到了新的出路，同時為填料生產(chǎn)找到了廉價可得、來源廣泛的原料。3.研究方法3.1穩(wěn)定劑的配制沸石、氧化鈣和氧化鎂按一定質(zhì)量比混合，充分?jǐn)嚢?，混合均勻，配制成無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑。3.2填料的制備化工污泥焚燒灰渣和粘土研磨成粒度均勻的粉狀顆粒，研磨后過200目篩。按一定配比稱取總質(zhì)量為100g的污泥焚燒灰渣、粘土和無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑(灰渣：30%、35%、40%、45%、50%；穩(wěn)定劑：2%、4%、6%、8%、10%)，將其置于干凈容器內(nèi)，加水充分?jǐn)嚢?，攪拌均勻后造粒，制成生料球。生料球先于溫度?05℃的烘箱內(nèi)干燥1h；再移入馬弗爐中，升溫至400℃，升溫速率為20℃/min，保溫時間為30min；再以20℃/min的升溫速率，逐漸升溫至焙燒溫度(1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃)，保溫一定時間(5min、10min、15min、20min、25min)。燒結(jié)后的填料放置于通風(fēng)櫥內(nèi)自然冷卻至室溫。3.3填料質(zhì)量的檢驗(yàn)3.3.1毒性浸出實(shí)驗(yàn)將質(zhì)量比為2∶1的濃硫酸和濃硝酸混合液加入到1L試劑水中，調(diào)節(jié)pH至3.2±0.05，配制成浸提劑。將灰渣或填料研磨成粒度均勻的粉狀顆粒，稱取10g，置于250mL具塞錐形瓶中，加入上述浸提劑100mL。錐形瓶置于恒溫振蕩箱中，25℃下振蕩24h。靜置1h后，于預(yù)先安裝好濾紙的過濾裝置上過濾，收集全部濾出液，即為浸出液，搖勻后供分析用。采用電感耦合等離子直讀光譜儀測定浸出液的重金屬濃度，以確定灰渣或填料的重金屬浸出濃度。3.3.2堆積密度的測定取30粒填料稱重得m，置于250mL量筒中，觀察最上層填料頂部對應(yīng)的刻度，記為堆積體積V。填料的堆積密度ρ=(m/V)*1000。其中，ρ—填料的堆積密度，kg/m3；m—30粒填料的重量，g；V—30粒填料的堆積體積，cm3。3.3.3吸水率的測定取20粒填料稱重得m1，置于小燒杯內(nèi)，加水浸沒填料，1h后將水倒出，擦干填料表面殘留的水分，再次稱重得m2。吸水率Wc=(m2-m1)/m1*100%。Wc—填料的吸水率，%；m1—填料的干重，g；m2—浸水填料重量，g。3.3.4填料的微觀結(jié)構(gòu)分析填料的微觀結(jié)構(gòu)觀察采用日立S-3400NII型掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行直觀分析，分別觀察填料表面和剖面的結(jié)構(gòu)形態(tài)。3.3.5填料生物掛膜實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)用有機(jī)玻璃制作了尺寸為Φ70mm*250mm的反應(yīng)器，采用向上流，氣水同向運(yùn)行。由于高度較小，未設(shè)承托層，填料層厚度170mm。試驗(yàn)用水為模擬廢水，用葡萄糖、(NH4)2SO4、K2HPO4等配制，COD：260~310mg/L，NH3-N：20~30mg/L。以取自江蘇某污水處理廠好氧池的活性污泥為菌種，以泥水比約1:2(體積)的比例加入模擬廢水，在22℃~25℃間歇進(jìn)水進(jìn)氣，使污泥逐漸適應(yīng)模擬廢水，此過程持續(xù)3天。然后將此混合液用泵緩慢打入反應(yīng)器內(nèi)(反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在22℃~25℃)，浸沒填料后悶曝，每隔24h停曝一次，靜置1h后排除上清液，再補(bǔ)足廢水，繼續(xù)悶曝。3天后停止曝氣，靜置8h，排掉反應(yīng)器內(nèi)污水，然后開始小流量、低氣量進(jìn)水進(jìn)氣。可以發(fā)現(xiàn)部分填料表面及空隙間開始有生物膜附著，顏色逐漸變?yōu)辄S褐色。之后加大進(jìn)水量與進(jìn)氣量，使反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度(DO)保持在3mg/L左右，水力停留時間(HRT)為3.5h。待反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，每隔24h測定出水COD和NH3-N(COD采用重鉻酸鉀滴定法測得，NH3-N采用蒸餾—滴定法測得)。4.研究結(jié)果與討論4.1化工污泥焚燒灰渣的毒性浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果化工污泥焚燒灰渣的毒性浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1(詳見論文表3-2)。4.2無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑最佳配方的確定按污泥焚燒灰渣30%、粘土64%、無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑6%的質(zhì)量比將物料混合，在1150℃的燒結(jié)溫度下燒結(jié)10min制備填料。通過重金屬浸出實(shí)驗(yàn)測定不同穩(wěn)定劑配方下填料的重金屬浸出濃度(前已述及穩(wěn)定劑的成分)，以重金屬浸出濃度盡可能低為優(yōu)選，確定無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑的最佳配方。由于灰渣中除Cr以外的其他重金屬含量都較低，添加極少量任意配方的穩(wěn)定劑，其浸出濃度即低于檢測限，因此本節(jié)僅考察穩(wěn)定劑配方對重金屬Cr的穩(wěn)定化效果的影響。4.2.1氧化鎂含量對穩(wěn)定劑的重金屬穩(wěn)定化效果的影響圖1(詳見論文圖3-2)是固定穩(wěn)定劑沸石含量為40%時，填料中重金屬Cr浸出濃度隨穩(wěn)定劑氧化鎂含量的變化曲線。由圖1(詳見論文圖3-2)可知，當(dāng)穩(wěn)定劑的氧化鎂含量為5~15%時，Cr的浸出濃度變化不大，且均低于0.01mg/L，穩(wěn)定劑對Cr的穩(wěn)定化效率接近于100%。在穩(wěn)定劑的氧化鎂含量從15%增加到35%的過程中，Cr的浸出濃度有所增加，即穩(wěn)定劑對Cr的穩(wěn)定化效果下降；這可能是由于氧化鎂和氧化鈣遇水生成氫氧化物，提高了系統(tǒng)的pH，Cr離子在堿性條件下生成難溶于水的氫氧化物或碳酸鹽沉淀，從而導(dǎo)致Cr的遷移能力減弱，而Ca(OH)2較Mg(OH)2更易電離出OH-，隨著氧化鎂的增加，氧化鈣相應(yīng)減少，體系堿性減小，Cr生成氫氧化物或碳酸鹽沉淀的可能性減小，故穩(wěn)定化效果下降。當(dāng)穩(wěn)定劑的氧化鎂含量從35%增加到45%時，Cr的浸出濃度又有所下降；這可能是由于起主導(dǎo)作用的穩(wěn)定化機(jī)理發(fā)生了改變，氧化鎂具有一定的膠凝性，隨著氧化鎂含量的增加，穩(wěn)定劑對填料體系的固化效果增強(qiáng)，填料結(jié)成密實(shí)的團(tuán)聚體，重金屬Cr被包埋其中，因而遷移性有所下降，浸出濃度有所減小。穩(wěn)定劑中氧化鎂含量為15%時，Cr的浸出濃度最小，穩(wěn)定劑的穩(wěn)定化效果最佳。添加一定量的氧化鎂有助于增大填料的強(qiáng)度，但當(dāng)氧化鎂含量太大時填料過于密實(shí)，孔隙率不佳。故結(jié)合浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇穩(wěn)定劑中氧化鎂的最佳含量為15%。4.2.2沸石含量對穩(wěn)定劑的重金屬穩(wěn)定化效果的影響圖2(詳見論文圖3-3)是固定穩(wěn)定劑氧化鎂含量為15%時，填料中重金屬Cr浸出濃度隨穩(wěn)定劑沸石含量的變化曲線。由圖2(詳見論文圖3-3)可知，隨著穩(wěn)定劑沸石含量的增加，Cr的浸出濃度逐漸增大，即穩(wěn)定劑對重金屬穩(wěn)定化效果有所下降。沸石分散度高，比表面積大，結(jié)構(gòu)單元之間空隙較大，層間域具有凈負(fù)電荷結(jié)構(gòu)性能，易于通過交換吸附與重金屬離子有效結(jié)合，從而達(dá)到穩(wěn)定重金屬的目的。出現(xiàn)上述變化趨勢的原因可能是：在該填料體系下，Cr離子比起與沸石發(fā)生吸附和離子交換，更易與OH-結(jié)合生成沉淀而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化，后者在穩(wěn)定化機(jī)理中占主導(dǎo)地位。隨著沸石含量的增加，氧化鈣含量相應(yīng)減少，填料體系堿性下降，Cr離子與OH-接觸的機(jī)會減少，生成氫氧化物的可能性減小，因而穩(wěn)定劑對Cr的穩(wěn)定化效果有所下降。由于當(dāng)穩(wěn)定劑的沸石含量為40%時，Cr的浸出濃度最小，穩(wěn)定劑的穩(wěn)定化效果最佳，故穩(wěn)定劑中最佳沸石含量優(yōu)選40%。綜上所述，無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑的最佳配方為：氧化鎂含量15%，沸石含量40%，氧化鈣含量45%，本研究小組將該穩(wěn)定劑標(biāo)號為S01。浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)該配方的穩(wěn)定劑添加量為6%時，填料的Cr浸出濃度為0.002mg/L，該濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中規(guī)定的濃度限值，而其他重金屬未檢出。4.3填料最佳制備條件的確定堆積密度和吸水率是填料的主要性能指標(biāo)。堆積密度越小，填料越輕質(zhì)；吸水率越大，填料的孔隙越發(fā)達(dá)，比表面積越大，但如果吸水率過大，填料在處理廢水過程中易膨脹破裂。本節(jié)主要考察化工污泥焚燒灰渣添加量、S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑添加量、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間等因素對填料的堆積密度和吸水率的影響，在保證填料的堆積密度和吸水率達(dá)到GB/T17431.1-2010(輕集料及其試驗(yàn)方法第1部分：輕集料)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下(即堆積密度<1100kg/m3，吸水率<10%)，以堆積密度盡可能小、吸水率盡可能大為優(yōu)選，確定填料的最佳制備條件。4.3.1無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑添加量對填料性能的影響圖3(詳見論文圖3-4)是化工污泥焚燒灰渣添加量為30%，燒結(jié)溫度為1150℃，燒結(jié)時間為10min時，填料的堆積密度和吸水率隨S01添加量的變化曲線。由圖3(詳見論文圖3-4)可知，隨著S01添加量的增加，填料的堆積密度有所增大，吸水率總體呈下降趨勢。這很可能與穩(wěn)定劑中的氧化鎂有關(guān)，隨著穩(wěn)定劑添加量的增加，填料中氧化鎂含量相應(yīng)增加，氧化鎂的膠凝作用使得填料更為密實(shí)，孔隙率減小，從而使得堆積密度增大，吸水率減小。當(dāng)S01添加量在2~10%之間時，填料的堆積密度都達(dá)到了GB/T17431.1-2010的要求。但當(dāng)S01添加量大于4%時，填料的吸水率皆遠(yuǎn)小于10%，孔隙率不佳，對填料生物掛膜不利。當(dāng)S01添加量為4%時，填料的堆積密度為863.9kg/m3，吸水率為9.03%，適于作廢水處理用填料。且為了保證穩(wěn)定劑的重金屬穩(wěn)定化效果，其添加量不宜過小，故選擇4%作為填料制備工藝中S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑的最佳添加量。4.3.2燒結(jié)溫度對填料性能的影響圖4(詳見論文圖3-5)是化工污泥焚燒灰渣添加量為30%，S01添加量為4%，燒結(jié)時間為10min時，填料的堆積密度和吸水率隨燒結(jié)溫度的變化曲線。由圖4(詳見論文圖3-5)可知，隨著燒結(jié)溫度的升高，填料的堆積密度變大，吸水率減小。燒結(jié)溫度從1150℃升高到1200℃時，填料的堆積密度陡然增大，吸水率陡然下降。這主要是因?yàn)樘盍显?200℃的高溫下熔融，冷卻后瓷化現(xiàn)象顯著，填料密實(shí)，表面如瓷釉般光滑，故吸水率極低，堆積密度很大，不適于作廢水處理用填料。當(dāng)燒結(jié)溫度低于1150℃時，填料的吸水率>10%，不能達(dá)到GB/T17431.1-2010中規(guī)定的吸水率<10%的要求。為了保證填料既達(dá)到GB/T17431.1-2010的要求，又盡可能輕質(zhì)多孔，故選擇1150℃作為填料制備工藝的最佳燒結(jié)溫度。4.3.3化工污泥焚燒灰渣添加量對填料性能的影響圖5(詳見論文圖3-6)是S01添加量為4%，燒結(jié)溫度為1150℃，燒結(jié)時間為10min時，填料的堆積密度和吸水率隨化工污泥焚燒灰渣添加量的變化曲線。由圖5(詳見論文圖3-6)可知，隨著化工污泥焚燒灰渣添加量的增加，填料的堆積密度減小，吸水率有所增大。當(dāng)灰渣添加量在30~50%之間時，填料的堆積密度始終達(dá)到GB/T17431.1-2010的要求。當(dāng)灰渣添加量在30~40%之間時，填料的吸水率在9~10%，滿足GB/T17431.1-2010的要求，且孔隙較為發(fā)達(dá)，適合用作廢水處理填料。當(dāng)灰渣添加量>40%時，填料吸水率略大于標(biāo)準(zhǔn)限值，可通過增加穩(wěn)定劑用量或升高燒結(jié)溫度的方法降低填料的吸水率，以使填料達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)，從而提高本工藝的利廢率。為了使灰渣這種危廢的利用率盡可能大，選擇化工污泥焚燒灰渣的最佳添加量為40%。4.3.4燒結(jié)時間對填料性能的影響圖6(詳見論文圖3-7)是化工污泥焚燒灰渣添加量為40%，S01添加量為4%，燒結(jié)溫度為1150℃時，填料的堆積密度和吸水率隨燒結(jié)時間的變化曲線。由圖6(詳見論文圖3-7)可知，隨著燒結(jié)時間的加長，填料的堆積密度增大，吸水率有所減小。當(dāng)燒結(jié)時間在5~25min之間時，填料的堆積密度始終達(dá)到GB/T17431.1-2010的要求。當(dāng)燒結(jié)時間小于10min時，填料的吸水率>10%，不滿足GB/T17431.1-2010的要求。當(dāng)燒結(jié)時間在10~25min之間時，填料的吸水率在8~10%之間，滿足GB/T17431.1-2010的要求，且孔隙較為發(fā)達(dá)，適合用作廢水處理填料。為了保證填料達(dá)到GB/T17431.1-2010的要求，且盡可能降低工藝能耗，選擇10min作為填料制備工藝的最佳燒結(jié)時間。綜上所述，填料的最佳制備條件為：S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑添加量為4%，燒結(jié)溫度為1150℃，化工污泥焚燒灰渣添加量為40%，燒結(jié)時間為10min。此時填料的堆積密度為844.1kg/m3，吸水率為9.27%，達(dá)到GB/T17431.1-2010的要求。填料的重金屬浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳見表2(詳見論文表3-3)。由表可知，在最佳制備條件下制備出的填料的重金屬浸出濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中規(guī)定的濃度限值。4.4填料的微觀結(jié)構(gòu)分析圖7(詳見論文圖3-8(a)和(b))為最佳制備條件下制得填料的表面和剖面SEM照片。從照片中可以觀察到填料表面粗糙多孔，內(nèi)部具有發(fā)達(dá)的孔隙。粗糙多孔的表面為填料提供了巨大的比表面積，有利于微生物生長附著，使填料可用于生物掛膜。4.5填料生物掛膜實(shí)驗(yàn)在曝氣生物濾池中，填料是核心組成部分，其對曝氣生物濾池處理效果和運(yùn)行控制極為重要。首先，填料作為微生物的載體，為微生物提供棲息和繁殖的穩(wěn)定環(huán)境；其次，填料是反應(yīng)器中生物膜與廢水接觸的場所，且能對水流有強(qiáng)制性的紊動作用，使廢水能夠再分布；另外，填料作為去除懸浮物的介質(zhì)，其過濾性能又影響著曝氣生物濾池對懸浮物的去除效果。本實(shí)驗(yàn)在溶解氧濃度3mg/L，水力停留時間3.5h，反應(yīng)器溫度22~25℃的條件下，對最佳制備條件下制得的填料(見圖8，詳見論文圖3-9)進(jìn)行生物掛膜(其效果見圖9，詳見論文圖3-10)，考察了填料層對模擬廢水COD和NH3-N的去除效果。由表3(詳見論文表3-4)可知，本工藝制得的填料，應(yīng)用于曝氣生物濾池中，對模擬廢水COD和NH3-N的14天去除率分別可達(dá)90.7%和82.4%。因此，本工藝制得的填料具有生物友好性，適宜微生物的生長、繁殖，作為生物膜載體是可行的。4.6S01和填料制備工藝的適用性分析關(guān)于上述S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑和填料制備工藝是否對所有化工污泥都可用，本節(jié)以另外兩家化工企業(yè)的剩余污泥A和B為例，對其進(jìn)行適用性分析。污泥A采用4.3提供的最佳制備工藝成功制得了輕質(zhì)多孔低毒的水處理填料，污泥B采用調(diào)整的制備工藝成功制得了性能較好的水處理填料?？梢姳咀髌钒l(fā)明的重金屬穩(wěn)定化方法和填料制備工藝不完全適用于所有的化工污泥，但可以根據(jù)污泥的性質(zhì)對S01配方和填料制備工藝作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)不同的化工污泥。5.研究結(jié)論(1)無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑(S01)的最佳配方為：氧化鎂含量15%，沸石含量40%，氧化鈣含量45%。(2)填料的最佳制備條件為：S01無機(jī)重金屬穩(wěn)定劑添加量為4%，化工污泥焚燒灰渣添加量為40%，燒結(jié)溫度為1150℃，燒結(jié)時間為10min。此時填料的堆積密度為844.1kg/m3，吸水率為9.27%，Cr浸出濃度為0.13mg/L，其他重金屬未檢出。(3)填料表面和剖面SEM圖表明：最佳制