磷对污泥烧制陶粒材料性能与重金属污染特性影响的研究

作     者：方飞远 

作者单位：沈阳航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李润东;于清航

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：污水污泥 陶粒骨料 磷 重金属 综合毒性 

摘      要：污水污泥作为市政污水处理过程中不可避免产生的典型固体废物,随着我国城市化程度的迅速提高,污泥的产量逐年递增。污水污泥具有含水率高,存在运输困难、产生恶臭气味、含有大量有毒物质等问题,长期堆放储存或未经处理直接排放会导致严重的环境问题。首先通过分析污泥的物理化学性质,将其与粉煤灰、煤矸石进行适量配比后烧制陶粒可实现废物原料的减量化、无害化、资源化。与此同时相较于传统陶粒原料,污泥中富含大量的磷元素。所以本研究在污泥、粉煤灰、煤矸石烧制陶粒骨料的基础上,通过调节陶粒原料中磷含量后对得到的陶粒骨料的材料性能和重金属污染特性进行评价。利用TG综合热分析仪对原料进行加热过程中热解行为的研究;再利用SMT方法分析原料中磷的不同存在形式及含量;利用SEM分析磷对陶粒骨料微观结构的影响;并且通过XRD图谱分析磷对陶粒的矿物相的影响;利用BCR法分析磷对陶粒骨料的中重金属的分布和迁移转化特性的影响,并通过TCLP法分析磷对陶粒中重金属浸出特性的影响,最终通过重金属综合毒性指标(OPTI)分析磷对陶粒重金属污染特性的影响进行评价。结果表明,污泥中的磷可以促进陶粒在烧结过程中的熔融液相的生成及流动性,从而促进陶粒在烧结过程中硅铝酸盐晶格对于重金属的稳定作用,促进陶粒中重金属向残渣态转化,可有效降低重金属的浸出浓度。在陶粒原料磷含量为21.57mg/g,烧结温度为1250℃并停留10min时,陶粒堆积密度在200-400 kg/m之间;抗压强度达到9.45MPa;吸水率仅为1.06%,材料性能优于GB/T1743.1-2010所规定标准。陶粒中Cu和Zn的浸出浓度分别低于0.75mg/L和0.79mg/L,陶粒中Cu、Zn、Cr的含量分别为436.3、109.4、69.8mg/kg,Cu、Cr、Zn、Pb的残渣态含量为98.78%、98.07%、98.95%、97.2%。陶粒的OPTI指数仅为197,环境潜在风险大大降低。