生活污泥與石粉的耦合資源化探討

1、生活污泥與石粉的耦合資源化探討【摘要】：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)生活污泥和石材加工廠廢棄石粉混合堆肥，根據(jù)其土樣性能，水溶性鈣及速效鉀變化，探討二者耦合資源化的可行性。在生活污泥中按不同比例加入石粉并充分混勻，每過(guò)一段時(shí)間取回樣品，通過(guò)5:1水土比浸提法-火焰光度法測(cè)定其中水溶性鈣質(zhì)量濃度，及通過(guò)1mol/l NH4OAc-火焰光度法測(cè)定其中速效鉀質(zhì)量濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)污泥與石粉（應(yīng)為石粉與污泥，正文寫(xiě)4：6，應(yīng)一致）比值為3:7時(shí)最適宜植物的生長(zhǎng)?！娟P(guān)鍵詞】 活性污泥；石粉；速效鉀；水溶性鈣 1前言眾所周知，在石材挖掘和生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法規(guī)避產(chǎn)生大量石粉廢棄物。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，截止2012年，南安石材企業(yè)達(dá)

2、到了1500多家，年產(chǎn)值200億元。每天連續(xù)不斷的荒石在這加工，又從這里銷往各地甚至國(guó)外，與之伴隨的是300萬(wàn)噸的石材廢棄物年產(chǎn)量1。截止2012年，惠安從事石雕生產(chǎn)企業(yè)900多家，其中達(dá)到規(guī)模以上的就有195家，工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)139億元。石材業(yè)內(nèi)人士稱，在國(guó)內(nèi)目前每開(kāi)采100立方米石頭，約百分之七十被浪費(fèi)掉。石材廢棄物危害不僅在于自然環(huán)境還牽扯到社會(huì)環(huán)境，我們都知道長(zhǎng)期接觸石粉，吸入肺中形成矽肺，極難治愈，終年咳嗽，并有生命危險(xiǎn)的。此外大量石粉堆積未處理浪費(fèi)土地資源，石粉污染堵塞河道，也對(duì)當(dāng)?shù)氐暮．a(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)造成威脅，受污染水澆灌土地造成板結(jié)化，使得可用耕地減少，石粉飛揚(yáng)使得田地里面的莊稼蒙上了

3、石粉，影響到了植物授粉以及光合作用，危害到人民切身利益，也反作用于石材生產(chǎn)。以往對(duì)石粉處理的難度大主要原因在于對(duì)石粉抱有傳統(tǒng)觀念，認(rèn)為石粉就是垃圾，明知石粉會(huì)污染環(huán)境，在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下，依舊肆意排放。還有就是其需要的資金設(shè)備投入高，重要的還是工藝技術(shù)限制，由于進(jìn)口石材成分不同，原料不穩(wěn)定，如要生產(chǎn)性能穩(wěn)定的產(chǎn)品，工藝難度高。由于特殊制作工藝，使得生產(chǎn)成本上升，更限制了其開(kāi)發(fā)2?，F(xiàn)如今對(duì)石粉資源化利用，國(guó)內(nèi)外的做法有：在日本，利用石渣、無(wú)機(jī)促凝劑、廢棄混凝土混合研磨生產(chǎn)再生水水泥用于填土、路基，利用石粉、粘土混合燒制人工景點(diǎn)材料，利用石粉制免燒磚；在意大利，將石材碎石做成涂料的填料；在西班牙，回

4、收的石粉做地磚、鋪路，回收的邊角料制成小塊。而在國(guó)內(nèi)，利用粉煤灰、固體燃料、石粉、粘合劑混合燒制陶粒，制成各種隔熱，隔墻，裝飾磚，飾粉，砂漿。總之，要想解決石粉污染問(wèn)題，還是要從源頭治理及資源化兩頭抓3-7。人口增長(zhǎng)，污水處理技術(shù)提升以及行業(yè)的發(fā)展，使得污泥產(chǎn)量增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2003年國(guó)內(nèi)已建成污水處理廠約612座，濕污泥產(chǎn)量約960萬(wàn)t/a(含水率80%)。一般污水處理廠所產(chǎn)生的污泥是有專門堆放點(diǎn)，但是日積月累對(duì)于污泥不知如何處理，又無(wú)處堆放使得諸多污水處理廠面臨停產(chǎn)。污泥中主要污染物為：重金屬、有機(jī)物、病原體等。污泥的主要危害在于：其強(qiáng)烈的臭味不僅污染環(huán)境還會(huì)影響人體健康；重金屬含量高

5、，因其含水量大流動(dòng)性高易隨雨水流到各處污染環(huán)境；以及滋生蚊蠅，傳播疾病8-12。目前城市污泥的合理化利用已有諸多做法，這其中就包括直接、間接的土地利用13，比如污泥中加入添加劑，充當(dāng)農(nóng)用肥，還有就是將污泥與其他原料一起拌勻燒制建筑材料等等。但是對(duì)于污泥堆肥的處理方式，相對(duì)于傳統(tǒng)填埋其投資和運(yùn)營(yíng)成本較高14。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)將生活污泥與石粉兩者結(jié)合起來(lái)，使兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短。借以石粉改善污泥性能，借以污泥改善石粉利用可能性。2實(shí)驗(yàn)部分2.1 實(shí)驗(yàn)試劑2.1.1實(shí)驗(yàn)藥品 溴百里酚藍(lán) （分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心）； 氯化鉀 （分析純，西隴化工股份有限公司）； 乙酸銨 （分析純，汕頭市西隴化工廠有限公

6、司）； 濃氨水 （分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）； 冰乙酸 （分析純，西隴化工股份有限公司）； 鉀、鈣單元素標(biāo)液 （分析純，深圳市森維貿(mào)易有限公司）2.1.2 實(shí)驗(yàn)試劑溴百里酚藍(lán)指示劑：準(zhǔn)確稱取0.1g指示劑溶于100ml 20%乙醇中。1mol/l中性乙酸銨溶液：稱取77.08g乙酸銨溶于近1L二次去離子水中。用稀乙酸CH3COOH或氨水（1：1），以溴百里酚藍(lán)為指示劑調(diào)節(jié)pH為7.0。用二次去離子水稀釋至1L，該溶液不宜久放。50ug/mL鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液：移取5mL的1000ug/mL的標(biāo)準(zhǔn)K標(biāo)液于100ml的容量瓶中，用中性乙酸銨溶液定容。配置50mg/L K標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。50ug/m

7、LCa標(biāo)準(zhǔn)貯備液：移取5mL的1000ug/mL的標(biāo)準(zhǔn)Ca標(biāo)液于100ml的容量瓶中，用二次去離子水定容。配置50mg/LCa標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液。50g/l LaCl3溶液：稱13.40g LaCl37H2O溶于100ml二次去離子水中。2.2實(shí)驗(yàn)儀器TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）D2F-6020型真空干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）ESJ205-4 型電子分析天平容量瓶（50ml，100ml），燒杯（50ml，100ml），玻璃棒，移液管（5mL,10mL,25mL,）量筒（25mL），試管，膠頭滴管，玻璃漏斗，鐵架臺(tái)，研缽，1mm篩子，普通定性濾紙錐形瓶（1

8、00ml,500ml），pH試紙2.3 實(shí)驗(yàn)方法152.3.1 原料預(yù)處理廢石粉105烘箱中烘干后粉碎通過(guò)1mm篩孔備用。2.3.2發(fā)酵原料配制實(shí)驗(yàn)分四組實(shí)驗(yàn)組，一組空白組。每組質(zhì)量相同，其中四組實(shí)驗(yàn)組石粉與污泥質(zhì)量比分別為 2:8、3:7、4:6、5:5，空白組為單純污泥。2.3.3定期取樣預(yù)處理每個(gè)十天每組各取一次土樣，105烘干標(biāo)號(hào)保存。2.3.4 水溶性鈣的浸提液：5:1水土比稱取通過(guò)1mm篩孔烘干的樣品50g，置于500ml錐形瓶中，加入250ml二次去離子水用手振蕩試管3min，用普通定性濾紙過(guò)濾，取清涼濾液備用。2.3.5 速效鉀的浸提液：1mol/l NH4OAC浸提稱取通過(guò)1

9、mm篩孔的烘干土樣5.00g于100ml三角瓶或大試管中，加入1mol/lNH4OAc溶液20ml，塞緊橡皮塞，震蕩30min，用干的普通定性濾紙過(guò)濾。濾液盛于小三角瓶中，將原液以50倍的稀釋倍數(shù)連續(xù)稀釋2次得到待測(cè)液，2.4 浸提液中鉀、鈣元素測(cè)定方法(火焰法)2.4.1鉀系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制準(zhǔn)確吸取此50g/ml鉀的NH4OAc標(biāo)準(zhǔn)溶液0ml、0.2ml、0.4ml、0.6ml、0.8ml放入50ml容量瓶中，用1mol/lNH4OAc溶液定容，即得0g/ml、0.2g/ml、0.4g/ml、0.6g/ml、0.8g/ml鉀標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。2.4.2鉀標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鉀

10、系列標(biāo)準(zhǔn)液吸收光度值，從稀到濃依次進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。2.4.3鉀含量測(cè)定用火焰原子吸收光度光度計(jì)測(cè)定用1mol/l NH4OAC浸提處理過(guò)的浸提液吸收光度值，通過(guò)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算出溶液中鉀濃度。2.4.4 鈣系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制準(zhǔn)確吸取此50g/mlCa標(biāo)準(zhǔn)溶液0ml、2ml、4ml、6ml、8ml放入50ml容量瓶中，用二次去離子水定容，即得0g/ml、2g/ml、4g/ml、6g/ml、8g/ml鉀標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。2.4.5鈣標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制用火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鈣系列標(biāo)準(zhǔn)液吸收光度值，從稀到濃依次進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線圖。2.4.6鈣含量測(cè)定取一定量5:1水土比浸提處理過(guò)的浸提

11、液于50ml容量瓶中，加入50g/l LaCl3溶液5ml，用二次去離子水定容。采用火焰原子吸收光度光度計(jì)測(cè)定吸收光度值，通過(guò)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算出溶液中鈣濃度。2.4.7 樣品速效鉀、水溶性鈣含量計(jì)算(1) 速效鉀的含量以鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W1計(jì)，數(shù)值以mg/kg計(jì)。 C：查標(biāo)準(zhǔn)曲線或求回歸方程而得待測(cè)液中鉀濃度的數(shù)值，單位為g/mlV：浸提劑體積的數(shù)值，單位為mlM：試樣的質(zhì)量的數(shù)值，單位為g50：為稀釋倍數(shù)(2)水溶性鈣的含量以鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W2計(jì)，數(shù)值以g/kg計(jì)。 ：查標(biāo)準(zhǔn)曲線或求回歸方程而得待測(cè)液中鈣濃度的數(shù)值，單位為g/mlm：試樣的質(zhì)量的數(shù)值，單位為g50：待測(cè)液體積，單位為mlts：

12、分取倍數(shù)3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖1 原污泥 圖2 石粉與污泥質(zhì)量比2:8 圖3 石粉與污泥質(zhì)量比3:7 圖4 石粉與污泥質(zhì)量比4:6 圖5 石粉與污泥質(zhì)量比5:53.1 樣品含水率對(duì)原污泥，原石粉，石粉與污泥混合質(zhì)量比為2:8、3:7、4:6、5:5的試樣，分別稱取15.00g裝于燒杯放置在105烘箱中烘干12h，烘干后計(jì)算得到的含水率值。表1：各個(gè)試樣含水率值組別燒杯質(zhì)量g稱取質(zhì)量g烘干后燒杯和樣品總質(zhì)量g含水率原污泥石粉石粉:污泥=2:8石粉:污泥=3:7石粉:污泥=4:6石粉:污泥=5:543.466126.479254.361453.493337.645167.039415.293115.52

13、8615.114815.289015.122215.096346.953841.940160.558561.690146.316276.633877.2%0.40%59.0%46.4%42.7%36.4%從圖1我們可以看到，該取樣污泥色澤為黑灰色。且具有類似積肥的惡臭氣味，由表1可見(jiàn)，該取樣污泥的含水率達(dá)到了77.2%，這與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的普通脫水工藝所得到的污水含水率相符合，但對(duì)于用與直接填埋要求的含水率65%未達(dá)標(biāo)，對(duì)此在摻比石粉樣中我們看到其含水率均有所下降(36.4%-59.0%)3.2 樣品酸堿性稱取原石粉，石粉與污泥混合質(zhì)量比為2:8、3:7、4:6、5:5未烘干試樣，原石粉1g，裝

14、入試管中分別標(biāo)號(hào)1,2,3,4,5,6，注入二次去離子水各5ml，充分振蕩3min，并靜置一段時(shí)間使其澄清，用玻棒沾取上清液滴于pH試紙，30s后比對(duì)顏色。 圖6 土壤酸堿性3.3 各階段樣品中速效鉀、水溶性鈣變化情況3.3.1 各階段樣品中速效鉀變化情況（1） 鉀工作曲線 數(shù)據(jù)列于 表2序號(hào)濃度mg/L吸光度12340.0000.2000.6000.800-0.0010.0360.1070.157 圖7 鉀工作曲線(2)數(shù)據(jù)記錄 表3 不同混合比的土樣速效鉀含量mg/kg原污泥石粉:污泥=2:8石粉:污泥=3:7石粉:污泥=4:6石粉:污泥=5:5第一次第二次第三次第四次3598.62438

15、57.6855680.9102617.6442674.4302798.6012288.8111988.8462500.6572419.3221438.5611158.2632290.7982739.0141188.004619.4181786.4791658.143869.49619.984 圖 8速效鉀含量變化3.3.2 各階段樣品中水溶性鈣變化情況(1) 鈣工作曲線 數(shù)據(jù)列于 表4序號(hào)濃度mg/L吸光度12342.0004.0006.0008.0000.1110.2230.3480.463 圖9 鈣工作曲線（2）數(shù)據(jù)記錄 表5 不同混合比的土樣水溶性鈣含量g/kg原污泥石粉:污泥=2:8石

16、粉:污泥=3:7石粉:污泥=4:6石粉:污泥=5:5第一次第二次第三次第四次0.2890.2980.3580.2480.3090.3200.3280.2670.3310.3530.3410.2380.3480.3770.3680.2310.3600.2520.2680.242 圖 10 水溶性鈣含量變化3.3.3 實(shí)驗(yàn)種植結(jié)果 圖11 剛種植圖12 種植一周之后3.4結(jié)果討論由圖6可見(jiàn)，各參比石粉樣以及，石粉，原污泥均呈弱堿性，與我國(guó)其他地區(qū)的污泥pH(呈弱酸性)有一定差別。從表3和圖8我們可以看出，當(dāng)石粉與污泥二者比值為4:6時(shí)速效鉀的含量測(cè)定隨時(shí)間的增加而先增加后減少，先增加由于二者發(fā)酵，

17、促進(jìn)石粉中速效鉀的解離，使得鉀離子的濃度增大，后由于鉀離子漸漸滲透到底層，而使測(cè)定取樣表面的速效鉀含量降低，說(shuō)明速效鉀在其中有個(gè)先聚集后轉(zhuǎn)移的過(guò)程。從表5和圖10 我們可以看出，原污泥前期水溶性鈣含量增加較慢，從二次取樣之后才有明顯增長(zhǎng)，除5:5（當(dāng)試樣混合比例過(guò)大時(shí)，水溶性鈣含量反而降低，這可能與土樣的結(jié)構(gòu)被破壞，土樣性能下降有關(guān)）比例的樣品外，其他樣品水溶性鈣前期均有明顯增長(zhǎng)，在相對(duì)穩(wěn)定一段時(shí)間后，均降低至一個(gè)穩(wěn)定值。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖11、12）,并考慮土壤的含水率大約、pH值和透氣性，當(dāng)石粉與污泥比為3:7或4:6時(shí)最適宜；而當(dāng)二者比例為4:6時(shí)可溶性鉀、鈣的含量變化最明顯，利于植物生

18、長(zhǎng)。4結(jié)論根據(jù)所測(cè)出的不同試樣含水率（表1），以及速效鉀（表3）和水溶性鈣含量（表5）變化對(duì)比，石粉與污泥按3:7或4:6混合時(shí)，一方面增加混合樣中速效鉀和水溶性鈣總量，鉀、鈣均是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的必需元素，一方面又可以起到降低試樣含水率的作用，含水率的降低有利于植物根部呼吸，對(duì)于改善土壤性能有積極作用，二者耦合具有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1 梁月清.讓石粉變?yōu)樾滦徒ú腏.福建建材報(bào).2 石偉,吳陸牧.福建南安:石材產(chǎn)業(yè)走低碳發(fā)展之路N.經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào),2010-11-12(016).3 曾余姚,張秉堅(jiān).石材工業(yè)廢料的綜合利用技術(shù)J.石材,2002,(5).49.4 王立華,段毅凡.花崗石廢料

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