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水泥工业协同处置印染废水污泥的可行性

时间:2017-5-10 14:42:00   来源:中国印染网   添加人:admin

  龚成晨1,徐竟成1,李健2(1.同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点。

  在空白生料中掺加1定量的印染废水污泥,将样品混合均匀,以20MPa的压力在模具中压制成40mmX5mm料片,烘干后置于高温炉中加热至设定温度,保温一定时间后,快速取出急冷至室温。

  1.3分析方法水泥生料的易烧性用熟料中的游离氧化钙(f-CaO)的含量进行表征,采用乙醇-乙二醇法进行测定。

  水泥熟料物相组成采用D8Advance型X射线衍射仪分析。

  采用S-4800型高分辨场发射扫描电子显微镜。

  7700型电感合等离子体发射质谱仪测定。

  2结果与讨论2.1印染废水污泥对生料易烧性的影响水泥生料中分别掺加0、、、、、、6%、7%和8%印染废水污泥,煅烧温度分别为400°C,保温时间60min,各水泥熟料中f~CaO含量如所示。

  由图i可见,提高煅烧温度能显著降低各水泥熟料中f~CaO含量。在1300C下煅烧的水泥熟料中,游离氧化钙(f~CaO)含量较高,其主要原因是在1 300C之前液相并未大量形成,CaO无法被C2S充分吸收生成C3S,最终以f~CaO的形式残留在水泥熟料中,影响水泥安定性;而在1400C的条件下,液相反应已基本完成,C3S大量生成并保持稳定,水泥熟料中f~CaO含量均可降低至1.5%以下,符合水泥熟料产品质量标准。

  此外,在上述两个煅烧温度条件下,煅烧的水泥熟料中f~CaO含量均随着污泥掺加量的增加而降低,说明污泥的掺加,有利于提高生料的易烧性。其主要有两个原因:(1)生料中掺加污泥的同时也引入了丰富的微量元素,起到了矿化剂和助熔剂的作用,有利于降低液相的形成温度,并促进C2S吸收CaO生成C3S,加速水泥熟料的烧成°8;(2)由于印染废水污泥成分与水泥生料存在一定的差异,Fe23、i2含量较高,与铁质及硅质原料相似,因此掺加污泥会增加生料中Fe23、i2含量,降低配料的KH值(石灰饱和系数)及IM值(铝氧率),有利于液相反应,促进水泥熟料煅烧。但是,当污泥掺加量过大时,可能会造成水泥熟料中C2S含量增加和C3S含量减少,最终导致水泥强度发展缓慢、早期强度低等不利影响。

  2.2印染废水污泥对熟料物相组成的影响采用X射线衍射(XRD)对空白生料及掺加3%、6%印染废水污泥的生料在1300C和1400C下烧制的水泥熟料,进行物相组成分析,结果见。

  表3重金属浸出毒性试验结果(陴/L)―2007危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别,由(a)可见,各样品在1300°C下主要的矿物相为C2S,同时有少量C3S形成,f~CaO的衍射峰较为明显。与空白水泥熟料相比,掺加印染废水污泥的水泥熟料中,f~CaO的衍射峰略有降低。由(b)可知,在1400C下各样品呈现较强的C3S衍射峰和相对较弱的C2S衍射峰,且f~CaO的衍射峰基本消失,说明水泥熟料已烧成,这与熟料中f~CaO含量的测定结果一致。在1400C下,掺加3%印染废水污泥的水泥熟料与空白水泥熟料的主要物相组成基本相同,说明掺加少量印染废水污泥对水泥熟料烧成的主要反应及熟料质量影响不大0;而掺加6%印染废水污泥的水泥熟料中,C3S衍射峰略有减弱,主要是由于掺加量过大,污泥对水泥生料的配料比产生了较大影响,不利于水泥的煅烧,应根据泥质成分及掺加量,对生料配料比进行相应的调整。

  2.3印染废水污泥对熟料岩相的影响采用扫描电镜(SEM)对空白生料及掺加3%印染废水污泥的生料在1400C下烧制的水泥熟料,进行表面形貌分析,结果见。

  (a〉空白参比水泥熟料(b)掺加3%印染废水污泥的水泥熟料水泥熟料的岩相结构400C下烧制的水泥熟料中,均能观察到棱角比较明显的六角形板状和长柱状的C3S晶体以及边缘比较圆滑的C2S晶体和中间相,两者的矿物结构及组成种类没有明显的区别。通过对比发现,掺加3%印染废水污泥煅烧所得水泥熟料的晶体结构更加细小、均匀,且包奄有较多的共熔体。这可能是由于污泥中丰富的微量元素进入了水泥熟料晶格中,这些微量元素能够降低水泥熟料的烧成温度,促进烧成反应的进行110. 2.4印染废水污泥对熟料重金属浸出的影响重金属是限制印染废水污泥大规模资源化利用的重要因素之而利用水泥工业协同处置印染废水污泥对重金属具有良好的固化效果。将掺有不同量印染废水污泥的水泥熟料样品制作成水泥固化体后,按照H/T299―2007进行重金属浸出毒性试验,结果如表由表4可见,水泥固化体对重金属具有良好的固化效果,浸出毒性远低于国家标准。当水泥生料中印染废水污泥掺加量较低时,水泥固化体中各重金属元素的浸出浓度比较稳定;而掺量过高时,浸出浓度略有增加。这可能是污泥掺量过高,引入的重金属总量也较高的缘故。水泥工业对重金属的固化作用主要有两方面:(1)水泥煅烧的高温环境有利于促使重金属元素参与水泥熟料矿物的形成反应,使其转变为难溶的化合状态,最终被固化于矿物晶格中;(2)硬化后的水泥浆体及混凝土中致密的孔结构阻止了水泥浆体孔隙中的重金属释放。此外,水泥熟料水化后得到的钙矾石也能与重金属离子进行取代,起到固化的作用0‘12.因此,利用水泥工业协同处置印染废水污泥的过程中,重金属在污泥-水泥-混凝土过程中经历了两次固化,降低了其对环境的危害。

  3结论掺加少量印染废水污泥对水泥熟料质量没有显著影响,利用水泥工业作为印染废水污泥的处置途径,具有可行性。

  利用水泥工业协同处置印染废水污泥具有一定的优势,水泥煅烧的高温环境有利于印染废水污泥中有机物的完全燃烧分解,绝大部分重金属被固化在水泥熟料中,水泥固化体的浸出毒性远低于国家标准,大幅度降低了印染废水污泥对环境的危害。

  印染废水污泥中丰富的微量元素有利于提高生料易烧性,促进水泥熟料的烧成。熟料物相组成及岩相结构分析表明,掺加少量印染废水污泥对熟料烧成的主要反应及熟料物相组成影响不大,当掺量过大时,需对水泥生料配料比进行相应调整。