“超声”%2B“生物”法联合处理黑臭底泥制备免烧砖.pdf

收稿日期院2023-04-14基金项目院 江苏省资源环境信息工程重点实验室基金项目:强化沉积式 微 生 物 燃 料 电 池 原 位 修 复 黑 臭 底 泥 的 性 能 研 究渊20220148cx冤.作者简介院杜明翰(1997-),男,辽宁铁岭人,硕士,主要研究方向为固废资源化尧水体污染防控技术.通讯作者院杨虹(1981-),女,副教授,E-mail:yanghong_.0引言2020 年中国环境状况公报显示1袁 在全国 295个地级及以上城市中袁 黑臭水体认定总数为 2 869个(其中完成治理水体数量 2 313 个袁治理中水体数量 556 个)遥 同时袁大量生活污水尧农业退水尧工业废水及雨水不断被排放到城市河道中袁 水体返黑返臭野超声冶+野生物冶法联合处理黑臭底泥制备免烧砖杜明翰1袁李善豹2袁陈宇凡2袁刘凯2袁李冰冰2袁胡煜梁2袁杨虹2(1.辽宁省自然资源事务服务中心国土空间生态修复部袁辽宁沈阳110033曰2.中国矿业大学环境与测绘学院袁江苏徐州221116)摘要院针对黑臭水体污染问题袁采用野联合超声冶+野生物冶法提升清淤底泥的脱水效果遥利用40 kHz袁120 W超声处理40 s后袁底泥含水率由60.18%降至47.44%袁减轻后续生物处理负荷遥在25 益尧复配菌剂投加量为0.022 g/L尧搅拌次数为100次/d的条件下袁7 d后泥饼的含水率尧有机质质量分数和比阻分别降至24.86%袁3.43%和1.40 伊 1011m/kg袁经快速抽滤后袁符合免烧砖泥质要求遥以处理后底泥为原料袁辅以胶凝材料和固结剂袁成品砖达到GB 26541要2011的MU15标准袁可用作步道铺设或者保温尧隔音材料等袁为城市河道水体综合治理及底泥资源化处置提供了新的应用思路遥关键词院黑臭水体曰底泥曰超声曰生物制剂曰联合处理曰免烧砖中图分类号押 X7文献标志码押 A文章编号押 1674-4829渊2023冤04-0027-07Ultrasound-biological Treatment for the Sediment from Black and Odorous Water to PrepareBurning-free BricksDUMing-han1,LIShan-bao2,CHENYu-fan2,LIUKai2,LIBing-bing2,HUYu-liang2,YANGHong2渊1.Department of Land and Space Ecological Restoration,Natural Resources Affairs Service Center of Liaoning Province,Shenyang 110033袁China曰 2.School of Environment and Geomatics,China University of Mining and Technology,Xuzhou221116袁China)Abstract:In view of the pollution of black and odorous water,the combination of ultrasonic and biological methods iscombined to improve the dewatering effect of dredging sediment.After 40 s of ultrasonic treatment with 40 kHz and 120 W,the moisture content of sediment decreased from 60.18%to 47.44%,which reduced the subsequent biological treatment load.Under the conditions of 25 益,the dosage of compound fungicide was 0.022 g/L and the stirring frequency was 100 times/d,the moisture content,organic matter content and specific resistance of the mud cake decreased significantly to 24.86%,3.43%and 1.40 伊 1011m/kg,respectively,after rapid filtration,it meets the requirements of burning-free brick mud.Withthe treated sediment as raw material,supplemented by cementitious materials and consolidating agents,the finished bricksreach the MU15 standard of GB 26541要2011,which can be used as trail laying or heat preservation,sound insulationmaterials,etc.,which provides new application ideas for the comprehensive treatment of urban river water and the resourcedisposal of sediment.Key words:Black and odorous water曰Sediment曰Ultrasonic曰Biologics曰Joint processing曰Burn-free bricks第36卷第4期圆园23年8月环 境 科 技耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠灾燥造援36No.4Aug援圆园23环境科技2023 年 8 月问题突出遥 底泥是黑臭水体不可忽视的内源污染源袁威胁人类健康和生态系统的稳定性2袁其处理方式主要分为原位法和异位法两大类3袁其中袁异位处理法见效快袁尤其适用于底泥污染物浓度高出本底值 2 耀 3 倍以上场合4遥 绿色建材作为底泥的新兴资源化利用途径之一袁受到广泛关注遥 河道底泥含有较多的矿物成分袁主要由 SiO2袁Al2O3袁CaO 等组成袁其含有的成分与建材所需黏土材料很相似袁 大量工程案例证明河道底泥可作为黏土使用袁 故可用作免烧砖原料袁替代黏土制砖袁高温下底泥中有机污染物被完全分解袁其中重金属也被 固定袁且不会降低建材质量袁契合国家节能减排的野双碳冶政策遥脱水是各类污泥减量化和资源化必经的预处理环节遥目前袁多采用化学混凝强化压滤的手段进行脱水袁但其存在成本高尧能耗大尧易造成二次污染等问题袁且无法高效去除污泥中有机质袁影响后续处理和利用效果遥 近年来袁 物化和生化手段渐用于污泥处理遥超声作用可促进污泥絮体结构的破解袁利于污泥中束缚水分释放袁从而改善污泥脱水性能遥向污泥中添加生物酶和微生物菌等制剂袁通过有机物降解袁可显著降低污泥中有机质含量袁 同时生物絮凝效应有助于提高污泥脱水效果遥谭万春等5通过采用 40 kHz不同功率的超声波调理疏浚底泥 30 s 后发现袁功率为 80 W 超声实验组的底泥比阻值下降了 35.6豫袁含水率下降约 20%袁效果最佳袁且单一超声的处理效果不及野超声冶+野絮凝剂冶联合使用情况遥 许峥等6通过对比硝化细菌尧反硝化细菌尧光合细菌和芽孢杆菌等处理黑臭水体底泥的结果发现袁 在常温为 20 依5 益袁处理时间为 30 d 的条件下袁投加量为 35 mg/L反硝化细菌的实验组表现最好且价格较低袁 其对底泥含水率和有机质的去除率分别为 27.52%和20.93%遥 由此可见袁超声处理底泥的时间较短尧条件温和袁 但单独使用往往效果不佳袁 常与其他工艺联用遥 生物法成本低袁但见效时间较长袁且对于难降解污染物的处理效果不理想遥 关于黑臭底泥脱水处理技术袁目前尚未见野超声冶+野生物冶法结合的报道袁两者联合脱水效用及参数也不明确遥因此袁依托徐州市某黑臭水体治理工程袁开展野超声冶+野生物冶法联用异位处理黑臭底泥的实验研究袁通过底泥含水率尧比阻和有机质含量等参数评价脱水效果袁并与化学混凝法的处理效果进行对比遥 利用处理后底泥为主要原料制备免烧砖袁以期为城市黑臭水体底泥处理及资源化利用提供参考遥1材料与方法1.1试验材料及主要仪器疏浚底泥取自江苏省徐州市某黑臭水体治理河段袁拣除其中混有的树枝尧石头和生活垃圾等大块杂物后袁根据 CJ/T 309要2009叶城镇污水处理厂污泥处置农用泥质曳和 GB/T 24600要2009叶城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质曳标准袁测出底泥含水率为 60.18%袁有机质质量分数为 10.06%袁比阻为 3.16伊 1013m/kg遥试验用生物制剂均为工业化产品袁其活性尧性状和购置厂家见表 1遥 制砖用辅料均为普通建材原料袁包括水泥渊P.O42.5冤尧生石灰尧磷石膏和水玻璃渊模数M=3.30冤 等袁 成品砖的性能测试依据 GB 26541要2011叶蒸压粉煤灰多孔砖曳要求遥试验主要仪器院电子分析天平渊FB224冤尧超声波清洗机渊JP-020S冤尧生化培养箱渊SPX-250冤尧马弗炉渊DTM-4A-7.2冤尧水泥快速养护箱渊A冤尧鼓风干燥箱渊DHZ-9240B冤等遥表1主要生物制剂注院野活性冶分别为微生物活性渊对于 4 种生物菌剂冤和酶活性渊对于 2 种生物酶试剂冤袁U 窑 g-1遥1.2试验方法1.2.1超声破解黑臭底泥试验分别向 11 个 500 mL 烧杯中倒入 300 mL 底泥袁在环境温度为 25 益袁超声频率为 40 kHz袁功率为120W 的条件下袁分别经 0渊对照组冤袁10袁20袁30袁40袁50袁60袁120袁180袁240 和 300 s 超声处理后袁 静置 2 h去除上覆水袁取样检测底泥含水率尧有机质含量尧比阻等指标袁对比处理效果袁确定该底泥样品的适宜超声条件遥1.2.2生物处理黑臭底泥试验基于生物制剂成本尧处理效果尧稳定性等因素袁且试验所采用各微生物制剂的活性不一致袁 选择使用每升活性渊U/L冤作为投加量单位袁在环境温度为25 益袁搅拌频率为 50 次/d渊以清洁玻璃棒匀速慢搅冤的条件下袁 分别向 5 个 500 mL 烧杯中倒入 300 mL超声破解后的底泥袁再分别加入 0 U/L渊对照组冤尧1伊107U/L 的硝化菌渊J1冤尧枯草芽孢杆菌渊J2冤尧中性蛋白酶渊M1冤和纤维素酶渊M2冤袁用透气纱布扎口袁以 7 d为周期袁 每天搅拌并取样检测其有机质含量尧 含水生物制剂硝化菌剂枯草芽孢杆菌菌剂中性蛋白酶纤维素酶活性/渊伊108U 窑 g-1冤1002001010形状粉状粉状粉状粉状生产厂家南京赛尔特生物技术有限公司南京赛尔特生物技术有限公司山东隆科特酶制剂有限公司仰韶生物科技有限公司28第 猿6 卷第 4 期渊a冤有机质含量119753t/d01234567J1J2M2M1对照组率尧比阻等指标袁对比各生物菌剂对不同底泥指标的处理特点遥 随后开展序批式实验袁J1,J2,M1 和 M2 的投加量依次为 2 伊 107袁3 伊 107袁4 伊 107U/L袁实验方法和检测指标同上袁得到不同菌剂的适宜投加量遥根据单一生物制剂的处理实验结果袁 利用正交试验袁设计 J1袁J2袁M1 和 M2 的复配方式和生物处理条件遥对比不同试验条件下的底泥脱水效果袁选择合适的生物处理条件遥 生物处理正交试验水平设置见表 2遥表2生物处理正交试验水平设置1.2.3混凝处理黑臭底泥试验在 300 mL 底泥中分别加入质量分数为 3%8%的 PAC 或 1译 6译的 PAM袁以 300 r/min 快速搅拌 1 min袁再以 60 r/min 慢速搅拌 5 min袁确保混凝剂充分混合和污泥絮体的稳定形成遥 混凝后样品静置2 h袁再去除上覆水袁取样检测底泥含水率袁确定