生活污泥与石粉的耦合资源化探讨

1、生活污泥与石粉的耦合资源化探讨【摘要】：本实验通过生活污泥和石材加工厂废弃石粉混合堆肥，根据其土样性能，水溶性钙及速效钾变化，探讨二者耦合资源化的可行性。在生活污泥中按不同比例加入石粉并充分混匀，每过一段时间取回样品，通过5:1水土比浸提法-火焰光度法测定其中水溶性钙质量浓度，及通过1mol/l NH4OAc-火焰光度法测定其中速效钾质量浓度。实验结果表明当污泥与石粉（应为石粉与污泥，正文写4：6，应一致）比值为3:7时最适宜植物的生长。【关键词】 活性污泥；石粉；速效钾；水溶性钙 1前言众所周知，在石材挖掘和生产过程中无法规避产生大量石粉废弃物。据有关部门统计，截止2012年，南安石材企业达

2、到了1500多家，年产值200亿元。每天连续不断的荒石在这加工，又从这里销往各地甚至国外，与之伴随的是300万吨的石材废弃物年产量1。截止2012年，惠安从事石雕生产企业900多家，其中达到规模以上的就有195家，工业总产值达139亿元。石材业内人士称，在国内目前每开采100立方米石头，约百分之七十被浪费掉。石材废弃物危害不仅在于自然环境还牵扯到社会环境，我们都知道长期接触石粉，吸入肺中形成矽肺，极难治愈，终年咳嗽，并有生命危险的。此外大量石粉堆积未处理浪费土地资源，石粉污染堵塞河道，也对当地的海产品养殖业造成威胁，受污染水浇灌土地造成板结化，使得可用耕地减少，石粉飞扬使得田地里面的庄稼蒙上了

3、石粉，影响到了植物授粉以及光合作用，危害到人民切身利益，也反作用于石材生产。以往对石粉处理的难度大主要原因在于对石粉抱有传统观念，认为石粉就是垃圾，明知石粉会污染环境，在经济利益驱使下，依旧肆意排放。还有就是其需要的资金设备投入高，重要的还是工艺技术限制，由于进口石材成分不同，原料不稳定，如要生产性能稳定的产品，工艺难度高。由于特殊制作工艺，使得生产成本上升，更限制了其开发2。现如今对石粉资源化利用，国内外的做法有：在日本，利用石渣、无机促凝剂、废弃混凝土混合研磨生产再生水水泥用于填土、路基，利用石粉、粘土混合烧制人工景点材料，利用石粉制免烧砖；在意大利，将石材碎石做成涂料的填料；在西班牙，回

4、收的石粉做地砖、铺路，回收的边角料制成小块。而在国内，利用粉煤灰、固体燃料、石粉、粘合剂混合烧制陶粒，制成各种隔热，隔墙，装饰砖，饰粉，砂浆。总之，要想解决石粉污染问题，还是要从源头治理及资源化两头抓3-7。人口增长，污水处理技术提升以及行业的发展，使得污泥产量增加。据统计，截止2003年国内已建成污水处理厂约612座，湿污泥产量约960万t/a(含水率80%)。一般污水处理厂所产生的污泥是有专门堆放点，但是日积月累对于污泥不知如何处理，又无处堆放使得诸多污水处理厂面临停产。污泥中主要污染物为：重金属、有机物、病原体等。污泥的主要危害在于：其强烈的臭味不仅污染环境还会影响人体健康；重金属含量高

5、，因其含水量大流动性高易随雨水流到各处污染环境；以及滋生蚊蝇，传播疾病8-12。目前城市污泥的合理化利用已有诸多做法，这其中就包括直接、间接的土地利用13，比如污泥中加入添加剂，充当农用肥，还有就是将污泥与其他原料一起拌匀烧制建筑材料等等。但是对于污泥堆肥的处理方式，相对于传统填埋其投资和运营成本较高14。本实验通过将生活污泥与石粉两者结合起来，使两者取长补短。借以石粉改善污泥性能，借以污泥改善石粉利用可能性。2实验部分2.1 实验试剂2.1.1实验药品 溴百里酚蓝 （分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心）； 氯化钾 （分析纯，西陇化工股份有限公司）； 乙酸铵 （分析纯，汕头市西陇化工厂有限公

6、司）； 浓氨水 （分析纯，国药集团化学试剂有限公司）； 冰乙酸 （分析纯，西陇化工股份有限公司）； 钾、钙单元素标液 （分析纯，深圳市森维贸易有限公司）2.1.2 实验试剂溴百里酚蓝指示剂：准确称取0.1g指示剂溶于100ml 20%乙醇中。1mol/l中性乙酸铵溶液：称取77.08g乙酸铵溶于近1L二次去离子水中。用稀乙酸CH3COOH或氨水（1：1），以溴百里酚蓝为指示剂调节pH为7.0。用二次去离子水稀释至1L，该溶液不宜久放。50ug/mL钾标准贮备液：移取5mL的1000ug/mL的标准K标液于100ml的容量瓶中，用中性乙酸铵溶液定容。配置50mg/L K标准贮备溶液。50ug/m

7、LCa标准贮备液：移取5mL的1000ug/mL的标准Ca标液于100ml的容量瓶中，用二次去离子水定容。配置50mg/LCa标准贮备溶液。50g/l LaCl3溶液：称13.40g LaCl37H2O溶于100ml二次去离子水中。2.2实验仪器TAS-990型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）D2F-6020型真空干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）ESJ205-4 型电子分析天平容量瓶（50ml，100ml），烧杯（50ml，100ml），玻璃棒，移液管（5mL,10mL,25mL,）量筒（25mL），试管，胶头滴管，玻璃漏斗，铁架台，研钵，1mm筛子，普通定性滤纸锥形瓶（1

8、00ml,500ml），pH试纸2.3 实验方法152.3.1 原料预处理废石粉105烘箱中烘干后粉碎通过1mm筛孔备用。2.3.2发酵原料配制实验分四组实验组，一组空白组。每组质量相同，其中四组实验组石粉与污泥质量比分别为 2:8、3:7、4:6、5:5，空白组为单纯污泥。2.3.3定期取样预处理每个十天每组各取一次土样，105烘干标号保存。2.3.4 水溶性钙的浸提液：5:1水土比称取通过1mm筛孔烘干的样品50g，置于500ml锥形瓶中，加入250ml二次去离子水用手振荡试管3min，用普通定性滤纸过滤，取清凉滤液备用。2.3.5 速效钾的浸提液：1mol/l NH4OAC浸提称取通过1

9、mm筛孔的烘干土样5.00g于100ml三角瓶或大试管中，加入1mol/lNH4OAc溶液20ml，塞紧橡皮塞，震荡30min，用干的普通定性滤纸过滤。滤液盛于小三角瓶中，将原液以50倍的稀释倍数连续稀释2次得到待测液，2.4 浸提液中钾、钙元素测定方法(火焰法)2.4.1钾系列标准溶液的配制准确吸取此50g/ml钾的NH4OAc标准溶液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钾标准系列溶液。2.4.2钾标准曲线绘制用火焰原子吸收分光光度计测定钾

10、系列标准液吸收光度值，从稀到浓依次进行测定，绘制标准曲线图。2.4.3钾含量测定用火焰原子吸收光度光度计测定用1mol/l NH4OAC浸提处理过的浸提液吸收光度值，通过测定的标准曲线来计算出溶液中钾浓度。2.4.4 钙系列标准溶液的配制准确吸取此50g/mlCa标准溶液0ml、2ml、4ml、6ml、8ml放入50ml容量瓶中，用二次去离子水定容，即得0g/ml、2g/ml、4g/ml、6g/ml、8g/ml钾标准系列溶液。2.4.5钙标准曲线绘制用火焰原子吸收分光光度计测定钙系列标准液吸收光度值，从稀到浓依次进行测定，绘制标准曲线图。2.4.6钙含量测定取一定量5:1水土比浸提处理过的浸提

11、液于50ml容量瓶中，加入50g/l LaCl3溶液5ml，用二次去离子水定容。采用火焰原子吸收光度光度计测定吸收光度值，通过测定的标准曲线来计算出溶液中钙浓度。2.4.7 样品速效钾、水溶性钙含量计算(1) 速效钾的含量以钾的质量分数W1计，数值以mg/kg计。 C：查标准曲线或求回归方程而得待测液中钾浓度的数值，单位为g/mlV：浸提剂体积的数值，单位为mlM：试样的质量的数值，单位为g50：为稀释倍数(2)水溶性钙的含量以钙的质量分数W2计，数值以g/kg计。 ：查标准曲线或求回归方程而得待测液中钙浓度的数值，单位为g/mlm：试样的质量的数值，单位为g50：待测液体积，单位为mlts：

12、分取倍数3 实验结果 图1 原污泥 图2 石粉与污泥质量比2:8 图3 石粉与污泥质量比3:7 图4 石粉与污泥质量比4:6 图5 石粉与污泥质量比5:53.1 样品含水率对原污泥，原石粉，石粉与污泥混合质量比为2:8、3:7、4:6、5:5的试样，分别称取15.00g装于烧杯放置在105烘箱中烘干12h，烘干后计算得到的含水率值。表1：各个试样含水率值组别烧杯质量g称取质量g烘干后烧杯和样品总质量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%从图1我们可以看到，该取样污泥色泽为黑灰色。且具有类似积肥的恶臭气味，由表1可见，该取样污泥的含水率达到了77.2%，这与相关文献报道的普通脱水工艺所得到的污水含水率相符合，但对于用与直接填埋要求的含水率65%未达标，对此在掺比石粉样中我们看到其含水率均有所下降(36.4%-59.0%)3.2 样品酸碱性称取原石粉，石粉与污泥混合质量比为2:8、3:7、4:6、5:5未烘干试样，原石粉1g，装

14、入试管中分别标号1,2,3,4,5,6，注入二次去离子水各5ml，充分振荡3min，并静置一段时间使其澄清，用玻棒沾取上清液滴于pH试纸，30s后比对颜色。 图6 土壤酸碱性3.3 各阶段样品中速效钾、水溶性钙变化情况3.3.1 各阶段样品中速效钾变化情况（1） 钾工作曲线 数据列于 表2序号浓度mg/L吸光度12340.0000.2000.6000.800-0.0010.0360.1070.157 图7 钾工作曲线(2)数据记录 表3 不同混合比的土样速效钾含量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 图 8速效钾含量变化3.3.2 各阶段样品中水溶性钙变化情况(1) 钙工作曲线 数据列于 表4序号浓度mg/L吸光度12342.0004.0006.0008.0000.1110.2230.3480.463 图9 钙工作曲线（2）数据记录 表5 不同混合比的土样水溶性钙含量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 图 10 水溶性钙含量变化3.3.3 实验种植结果 图11 刚种植图12 种植一周之后3.4结果讨论由图6可见，各参比石粉样以及，石粉，原污泥均呈弱碱性，与我国其他地区的污泥pH(呈弱酸性)有一定差别。从表3和图8我们可以看出，当石粉与污泥二者比值为4:6时速效钾的含量测定随时间的增加而先增加后减少，先增加由于二者发酵，

17、促进石粉中速效钾的解离，使得钾离子的浓度增大，后由于钾离子渐渐渗透到底层，而使测定取样表面的速效钾含量降低，说明速效钾在其中有个先聚集后转移的过程。从表5和图10 我们可以看出，原污泥前期水溶性钙含量增加较慢，从二次取样之后才有明显增长，除5:5（当试样混合比例过大时，水溶性钙含量反而降低，这可能与土样的结构被破坏，土样性能下降有关）比例的样品外，其他样品水溶性钙前期均有明显增长，在相对稳定一段时间后，均降低至一个稳定值。 根据实验结果（图11、12）,并考虑土壤的含水率大约、pH值和透气性，当石粉与污泥比为3:7或4:6时最适宜；而当二者比例为4:6时可溶性钾、钙的含量变化最明显，利于植物生

18、长。4结论根据所测出的不同试样含水率（表1），以及速效钾（表3）和水溶性钙含量（表5）变化对比，石粉与污泥按3:7或4:6混合时，一方面增加混合样中速效钾和水溶性钙总量，钾、钙均是促进植物生长的必需元素，一方面又可以起到降低试样含水率的作用，含水率的降低有利于植物根部呼吸，对于改善土壤性能有积极作用，二者耦合具有一定的社会效益和经济效益。参考文献1 梁月清.让石粉变为新型建材J.福建建材报.2 石伟,吴陆牧.福建南安:石材产业走低碳发展之路N.经济日报,2010-11-12(016).3 曾余姚,张秉坚.石材工业废料的综合利用技术J.石材,2002,(5).49.4 王立华,段毅凡.花岗石废料

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