简析污泥固化技术的运用与发展趋势朱红亮（湖北工业大学土木工程与建筑学院，武汉市洪山区430068）摘要：在城市化进程中，污泥的产量大大增加，污泥的无害化处理成为了一个不可忽视的问题。
而固化技术能处理大量污泥，并实现安全利用。
本文简述了污泥固化技术的发展历程，结合固化技术在实际中的运用,分析其固化效果和具有的优势及缺点，并对固化技术的发展趋势做出展望。
关键词：污泥；固化机理；固化技术Analyse the use of sludge solidification technology and its development trendZhu Hongliang(Institute Of Civil Engineering and Architecture,Hubei University Of Technology,Wuhan 430068,China)Abstract: In the process of urbanization, the sludge yield greatly increased. Sludge disposal has become a problem which can not be ignored. Solidification technology can handle large amounts of sludge, and to achieve the safe use.This paper briefly describes the development process of the sludge solidification technology. Combining with solidification technology in the actual use, analysis of its solidification effect and the advantages and disadvantages, and the future development trends of solidification technology is prospected.Keywords: Sludge；Solidification mechanism；Solidification technology1引言由于我国城市化进程的加快以及工农业的迅速发展，每年都有大量污泥产生，大量的污泥已经对生态环境造成了不可忽视的影响。
怎样合适地处理这些污泥，使其能够实现资源化利用已是不可忽视的一个问题。
污泥的成分极其复杂，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的复杂的非均质体。
污泥由于其天然含水率高、力学性质差等特点，所以不能直接为工程所用。
另外，污泥还含有多种重金属、有机污染物、病原微生物和寄生虫卵等有害物质，如果不进行无害化处理，会对环境造成二次污染。
所以，寻求合适的污泥处理和处置方法，了解污泥处理的现状及进展，使污泥处置朝着减量化、稳定化、无害化、资源化的方向发展具有重要的现实意义。
2污泥的处理现状污泥的处置途径很多，因区域的情况不同而有很大差异，但是主要还是分为以下几种：污泥填埋处置、污泥排海处置、污泥焚烧处置、污泥农用等。
但是单独采用某种单一的技术并不能满足污泥处置的需要。
例如，许多发达国家都曾采用土地填埋的方法来处理污泥，该法处理过程简单，但是需要大片场地和运费，随着人口增加、土地资源匾乏，很难找到合适的地点进行污泥安置；污泥排海处置已经被证明会污染海洋，并且对海洋生态系统和人类造成威胁；污泥焚烧处理可以最大限度达到减量的目的，但污泥焚烧后的灰份，目前还没有合理的处理方法；而且污泥中往往含有大量重金属，即使污泥经过堆肥处理，里面的重金属也会在土壤中慢慢积累，并随着食物链进入生物体内。
所以，污泥处置要因地制宜，根据污泥的特点和地区的特点制定符合本区域发展的污泥综合资源化利用技术。
根据我国目前污泥处理处置的现状，从经济可行的角度出发，通过固化技术将污泥转化为可以再生利用的土地资源，或作为填埋处置的预处理手段是符合我国国情的污泥处理及资源化途径之一。
3污泥固化的主要特点及现状固化技术最初用于放射性废物的处理，美国在处理低水平放射性液体废物时，曾经用大量的普通水泥将其固化，然后再进运送至指定填埋处置圈。
随着固体废物污染环境的问题日益严重，固化技术作为污泥处理的技术在一些发达国家得到了研究和运用。
污泥固化技术是通过向污泥中添加固化剂，通过化学反应使其形成为不可流动或形成固态的固化物，从而将有害污染物转变成低溶解性、低毒性及低移动性的物质。
固化后的产物具有较高的强度以及较低的透水性，可以代替砂、粘土等建筑材料，使污泥得到充分利用并最大限度上防止二次污染问题的发生。
污泥固化技术的运用不但解决了污泥堆放、抛填占用土地和引发填埋场工程事故的问题，而且可以达到污泥处置和资源化利用的目的，从技术性和经济性两个方面都是非常适合我国国情的新型技术。
目前对污泥固化常用的固化技术主要包括石灰固化、大型包胶、专用药剂固化以及水泥固化等。
其中水泥固化法的优点主要有:对含重金属废物的处理十分有效;设备和工艺相对简单, 设备投资、运行费用都比较低, 固化剂水泥和其它添加剂价廉易得，从经济性和技术可行性来说，以水泥作为固化材料对污泥进行固化处理更具有应用前景。
经过分析，水泥的固化过程主要是水泥的水化化形成的结晶体将污泥微粒进行包裹，使得有害物质封闭在固化体内，从而达到无害化，稳定化的目的。
相关的水化反应如下：（1）碳酸三钙的水合反+++3+4(2)碳酸二钙的水合反应+x+(3)铝酸三钙的水合反应(4)铝酸四钙的水合反应4污泥固化机理的分析一般来说，固化机理的基本原理可以表述为：污泥本身具有的强度；水泥与污泥作用发生水化反应产生的胶凝性物质胶结土颗粒使其连接成一体；粘士颗粒的重新排列，减少孔隙；水泥水化生成的与污泥中活性矿物成分生成的胶凝性物质进一步胶结土颗粒。
目前，固化机理的分析微观模型主要有：水分转化模型；骨架构建模型。
基于水分转化模型机理分析理论认为：一般情况下，底泥中的水分可分为矿物水、结合水和自由水3个部分，当掺入固化剂并发生水化反应后，只有自由水的量减少。
固化污泥的脆性与结合水的量有关，表现为由塑性向脆性转化的转折点出现在消化产物中的结合水量增长率开始减少的点上；固化污泥的相关力学性质与水化产物中的矿物水水量和结合水水量有关，且随两者的增加而增加。
基于骨架构建模型机理分析认为：固化过程是通过固化剂与污泥作用对污泥的骨架起到支撑效应和填充效应。
尤其是采用水泥作为固化材料时，其反应原理分为两个过程：首先是水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙等与水发生水解和水化反应生成氢氧化钙，水化硅酸钙，水化铝酸钙，水化铁酸钙和钙矾石等化合物。
然后水泥颗粒重新与水再发生反应，这样周围的水溶液就逐渐饱和。
当溶液达到饱和后，水分子虽继续渗入颗粒内部，但新生成物不能再继续溶解，只能以胶体析出，悬浮在溶液中。
然后当水泥的各种水化物生成后，随着自身继续硬化，逐渐形成水泥石骨架。
目前，相关科研人员大多通过扫描电镜以及X射线衍射的途径获得对于固化机理方面的定性研究。
李俊才通过扫描电镜对水泥土的微细观结构进行研究发现水泥水化生成的纤维状胶凝物质为胶结材料把土骨架颗粒牢牢地连结在一起，构成了“粒状·镶嵌·胶结”的空间结构。
王星华通过对粘土浆液的固化过程采用SEM进行微观分析，指出粘土固化浆液的水化固结过程与水泥水化过程基本相似；粘土固化浆液固结过程分两阶段，第一阶段是水泥的水化反应，吸收体系中大量的自由水，生成不定形胶体，并在粘土颗粒的表面沉积下来；第二阶段是水化产物不稳定阶段，逐步转变为晶体，晶体长大，相互穿插，充填于粘土颗粒的空隙之间，使结石体强度不断增长。
上述过程可以用图1表示。
图1.黏土固化浆液固结过程模型示意图（王星华，1999）5污泥固化技术的相关运用由于污泥具有颗粒细、有机质含量高、含水率高等特点，若仅依靠堆场自然蒸发、渗透等自然干化措施，则无法在短时间内有效固结。
因此，如何有效地解决好淤泥的脱水问题是污泥处理的关键。
同时，污泥中含有大量重金属（如铅、镉、汞、锌等）和有机污染物，必须进行无害化处理。
将固化技术与物理烘干结合可以加速污泥的脱水过程；同时，通过固化处理一方面降低固化污泥的透水性，减少重金属浸出的可能；另一方面重金属能够被包裹于生长的水化产物当中，可以使得污染物得到稳定，最大程度地防止了污泥的二次污染。
采用固化技术不仅改善其作为土材料的工程性质,也能满足使用过程中对污染物的控制。
6存在的问题及建议随着城市化进程的加快以及工农业的迅速发展，污泥的产生量也越来越大，给环境造成了巨大压力，固化技术能够对大量产生的污泥进行处理并能实现资源化利用的目标，所以固化技术具有很好的应用前景。
水泥作为固化材料取得了良好的效果，但是仍然存在成本问题。
目前，骨架构建固化技术能够解决污泥固化处理中存在的成本过高的问题，但是相关研究运用还不够成熟。
固化技术可以对重金属类的污染物进行稳定化，同时固化过程中产生的水化产物能将重金属包裹起来，减少重金属进入环境的可能，但是在资源化利用的过程中不可避免的受到碾压等外力作用，造成固化污泥颗粒的破碎，这种包裹效果存在失效的可能性，很可能造成二次污染，有必要建立长期的环境评估机制，在技术经济可行性得到满足的前提下提出其污染控制的技术方案。
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