江苏省科技计划项目申报书

江苏省科技计划项⽬申报书

□前沿技术项⽬

□专题项⽬

计划类别：

指南代码：

申报ID号：

江苏省科技计划项⽬申报书

( 科技⽀撑计划--⼯业部分 )

项⽬名称：污⽔⼚污泥固化/稳定化技术应⽤研究

承担单位：江苏明轩环保科技有限公司

所在地区：

单位地址：邮编：

项⽬负责⼈：电话：

主管部门：

申报⽇期： 2009年⽉⽇

江苏省科学技术厅

⼆○○九年制

⼀、⽴项依据

1、本项⽬国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

我国对于污⽔⼚污泥的处理尚未形成成熟的技术。针对这⼀问题由河海⼤学研发了污⽔⼚污泥固化/稳定化技术，并与江苏明轩环保科技有限公司合作

进⾏了产业化，⽬前已在深圳、海宁实施了处理⼯程。本次研究结合污⽔⼚污泥固化/稳定化技术的产业化应⽤，研究固化稳定化技术处理后污泥的长

期稳定性、渗滤液的产量和⽔质、是否产⽣⽓体以及⽓体的性质这3个问题，为技术的进⼀步推⼴提供技术⽀撑。

⽬前国内外关于污泥的处理处置及固化/稳定化技术发展概况及趋势介绍如下：

(1) 国外通常将固化/稳定化技术⽤于危险废物的处理中，⽤于污泥的处理中尚处于起步阶段

固化(solidification)是指添加固化剂于废弃物中，使其变为不可流动性或形成固体的过程，⽽不管废弃物与固化剂间是否产⽣化学结合；稳定化(stabilization)是指将有害污染物转变成低溶解性、低毒性及低移动性的物质，以减少有害物污染潜⼒的技术。固化技术最早在20世纪50年代⽤于放射

性废物的处理，例如美国在处理低⽔平放射性液体废物时，先⽤硅⽯等矿物进⾏吸附，或者先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。由于污泥处理处置问题⽇益突出，⽽固化/稳定化技术⼜具有⼯艺简单、投资较低等优点，将固化/稳定化技术⽤于污泥处理逐渐成为⼀种新的技

术途径。

(2) 固化/稳定化技术在我国污泥处理领域具有处理成本低、⼯艺简单、适应性⼴等诸多优势

污泥固化/稳定化技术是指添加固化/稳定化材料于污泥中，改善污泥的材料性质，并将污泥中的有害污染物转变成低溶解性、低毒性及低移动性的物质

或实现对其的封闭效应，以减少有害物污染潜⼒的技术。由于固化/稳定化材料来源⼴泛，因此固化/稳定化技术在污泥处理中具有较强的成本优势；另

外因其处理设备和⼯艺简单，其设备的投⼊较低，便于操作，同时能够实现对⼤量污泥的处理；最后处理后的污泥可以进⾏安全填埋，也可以直接填埋

或者作为其它资源化利⽤的预处理⼿段。

(3) 决定污泥固化/稳定化处理效果和成本的关键产品－固化/稳定化材料

⽬前已经具备了产业化⽣产的前景

对为提⾼固化/稳定化效果的复合型固化/稳定化材料不断涌现。Chemfix 公司利⽤⽔溶性硅酸盐和普通⽔泥处理机械制造、⾦属表⾯处理和冶⾦等⼯艺

产⽣的废物以及⾼浓度重⾦属污泥。此后，这⼀技术还被⽤于处理有机物污泥。黄⽟柱等开发了以脲甲醛和沥青等⾼分⼦有机物为基材的固化/稳定化

技术，增容⽐相对较⼩，固化/稳定化体的重量也较轻。武汉⼤学的涂洁和侯浩波采⽤HAS ⼟壤固化/稳定化剂代替传统固化/稳定化基材对电镀污泥进⾏

常温固化/稳定化处理，污泥固化/稳定化产品的强度可达10MPa以上，基本满⾜普通建材要求。李磊，朱伟等提出污泥⾻架构建技术的概念，采⽤含有

粘⼟矿物的废弃淤泥作为⾻架材料采⽤⽔泥进⾏固化/稳定化，较单独使⽤⽔泥进⾏固化/稳定化强度得到了明显提⾼，增容问题也得到了较好的控制。

江苏明轩环保科技有限公司以⾻架构建技术作为基础，开发出了⼀系列的污泥专⽤固化/稳定化材料，在深圳下坪、福永污泥填埋处理⼯程、苏州甪直

污泥固化/稳定化处理⼯程、浙江海宁污泥固化/稳定化处理⼯程中已经实现了规模化⽣产。

(4) 污泥固化/稳定化处理专⽤设备已经初步形成了系列产品，设备的核⼼技术问题已经解决

为了提⾼污泥固化/稳定化处理效率并获得较好的处理效果，专门⽤于污泥固化/稳定化处理的设备已经研制成功，并且针对不同性质的污泥、不同的处

理模式、不同的场地条件⽣产出了系列产品。污泥固化/稳定化设备的核⼼技术部分：混合搅拌系统和材料精确输送系统已经完成⼯业化设计并在部分

设备上安装调试完毕，从现场实际处理效果来看，较⾮专⽤的污泥固化/稳定化设备具有节约材料⽤量、处理效率⾼、固化效果好等诸多优势。

(5) 固化/稳定化污泥的强度以及污染控制⽅⾯的研究已经取得长⾜进展，能够⽀撑该技术的产业化应⽤

赵乐军等分别以⽯灰、⼟、粉煤灰为添加剂，考察了不同添加量时脱⽔污泥与添加剂混合试样的初始⼟⼯含⽔率、密度、渗透系数、⼗字板抗剪强度、⽆侧限抗压强度，表⾯加⼊添加剂后养护20~30 d就可满⾜填埋要求。马建⽴等根据上海城市污⽔处理⼚处理⼯艺和污泥的物理化学特性，提出了化学

污泥固化填埋⼯艺。研究表明，污泥固化填埋采⽤⼀种新型的M1镁系胶凝固化剂，加⼊量为5%时，可以达到污泥的填埋要求。J. Chu研究了污泥-⽔

泥-铜渣混合物的压缩

特性，结果表明混合铜渣等在80KPa垂向压⼒作⽤下进⾏固结能够显着提⾼污泥的污泥⼒学性质，含⽔率从500%减少到60%~100%，⽆侧限抗压强度

达到55-160KPa。李磊、曹永华等通过添加辅助材料对污泥的强度规律进⾏了研究，并从微观⾓度证明了辅助材料的加⼊有助于提⾼污泥的密实性，密

实性的提⾼是其强度提⾼的主要原因。朱伟根据对固化/稳定化污泥的渗透性进⾏了研究，表明污泥固化/稳定化处理后透⽔性在10-7~10-6cm/s，具有良

好的内封闭性，能够避免⼆次污染。

污泥中存在的污染物形式主要可以划分为重⾦属类、有机污染物类以及病原菌类。通过固化/稳定化处理⼀⽅⾯改变污泥原来的化学条件，将污染物转

化为稳定态，减少其毒性以及进⼊环境的速率；另⼀⽅⾯通过固化/稳定化形成的封闭结构将污染物封闭在固化/稳定化体内，减少对环境的污染，达到

⽆害化的⽬的。

通过掺⼊固化/稳定化材料能够改变污泥的化学条件，最重要的表现是⽔化产物的产⽣提⾼了污泥的pH值。Stegemann给出了不同⽔化产物的pH值。通

过固化/稳定化处理后污泥的pH值得到了⼀定的提⾼，则重⾦属可能同OH-或硅酸盐结合成含钙的盐类，污泥中原有的重⾦属能够以稳定的不溶态或络

合态存在，减少了对环境的污染。李磊较为深⼊的研究了硫杆菌活动对固化/稳定化污泥中重⾦属浸出的影响，指出污泥经过固化/稳定化处理后其中的

硫杆菌仍然具有活性，但是通过调整合适的固化/稳定化⽔平能够降低重⾦属的浸出风险。

有机污染物对⽔泥⽔化的影响机理⽬前还不清楚。Eaton, Walsh et al. 采⽤Ethylene glycol（⼄⼆醇⼄烯）与Brominated phenol（溴苯酚）两种有机污

染物为对象通过XRD及SEM试验，研究对⽔泥⽔化反应的影响。结果表明：有机物的滞后作⽤被认为是通过氢键（通常需要有机污染物要可溶，且含

有氢键）的作⽤将有机物附着到⽔泥颗粒表⾯，进⽽影响⽔泥与⽔接触发⽣⽔化反应；苯酚在强碱条件下能转化为苯氧化物阴离⼦，在⽔泥⽔化反应过

程中，这些阴离⼦能取代⽔分同⽔泥结合，从⽽进⼊⽔泥晶格（钙矾⽯晶体、氢氧化钙晶体）⾥。

固化/稳定化处理主要通过改变环境的pH值，并在⽔化反应过程中释放出⼤量的⽔化热对污泥中的病原菌具有抑制和杀灭作⽤。另外添加碱性物料可以

显着提⾼污泥pH值，有效抑制污泥中病原物活性。Gantzer等认为，当 pH ＞持续 6 个⽉时，能够有效杀死病原微⽣物。

(6) 固化/稳定化污泥的长期稳定性以及产液、产⽓等问题的研究尚处于起

步阶段

固化/稳定化污泥是⼀种以呈碱性⽔化产物的胶结作⽤来维持其性质的改性⼟，⽬前酸⾬危害已经成为普遍存在的问题，固化/稳定化污泥作为⼟材料使

⽤过程中如果受到酸⾬的作⽤，其中的⽔化产物具有发⽣分解的可能，从⽽固化/稳定化污泥的材料稳定性将会受到影响。另外如果将污泥固化/稳定化

处理后进⾏填埋，填埋场的⽣物化学环境是⼀个动态变化过程，存在⼀个产酸阶段，这也将影响固化污泥的长期稳定性。如果固化/稳定化污泥的长期

⼒学性质由于酸⾬等外界化学条件的改变⽽发⽣变化，势必影响到其材料稳定性以及填埋场的安全。⽬前国内外关于酸⾬条件下固化/稳定化污泥⼒学

性质的变化研究尚不多见，朱伟、李磊等在室内试验中，通过化学动⼒学⽅法预测了酸⾬作⽤下固化/稳定化污泥的长期强度；采⽤柔性壁渗透仪研究

了酸⾬作⽤下的固化/稳定化污泥渗透性的变化。但是这些研究强化了其试验条件，⽽且具有明显的尺⼨效应，尚不能完全揭⽰酸⾬条件下固化/稳定化

污泥的长期稳定性问题，难以为实际⼯程设计、施⼯提供关键技术参数。

固化/稳定化污泥的产液、产⽓问题更是关系到填埋场的设计与后期安全运营的问题。⽬前关于垃圾填埋中⽆论是产液、产⽓的数量以及成分已经有了

较为深⼊的理论研究基础，在实际⼯程设计、施⼯中也已经得到了充分验证。但是固化/稳定化污泥填埋中的产液、产⽓问题的研究⼀直是空⽩，⽬前

在实际⼯程当中采⽤垃圾填埋的计算和设计⽅法作为经验公式。由于固化/稳定化污泥从物理⼒学性质到⽣化性质，与垃圾有着本质的区别，采⽤垃圾

的相关理论和设计⽅法来进⾏固化/稳定化污泥的填埋设计显然存在⼀定的⼯程安全隐患以及经济可⾏性等问题，这将成为污泥固化/稳定化处理技术推

⼴的瓶颈问题。

从上述的研究现状可以看出：⽬前关于污泥固化/稳定化的研究成果已经较好的解决了设备、材料、⼒学性质以及污染控制等⽅⾯的问题，但是固化/稳

定化污泥的长期材料稳定性、填埋中的产液、产⽓问题没有相关的研究成果作为技术⽀撑，制约了该项技术的产业化推⼴。申请⼈拟通过进⼀步的⽰范

研究，提出系统客观的固化/稳定化污泥长期材料稳定性以及产液、产⽓问题的评价⽅法和设计⽅案，为产业化的推⼴提供良好的技术平台。

2、本项⽬研究的⽬的、意义

(1) ⼤量产⽣的污泥处置没有形成适合我国国情的技术体系，已引发了严重的社会问题和环境问题

⽬前对污泥处理、处置的常⽤⽅法为转为农⽤、焚烧、填埋。污泥的农⽤的主要限制性因素之⼀就是污⽔处理过程中浓缩于污泥中的重⾦属问题。污泥

焚烧处理的关键问题是设备投资运⾏成本⾼。污泥填埋处置往往会引起滑坡等填埋场的⼯程灾害。因此寻求适合我国国情的污泥处理、处置⽅法已成为

我国城市环境问题的迫切需要。

(2) 污泥固化/稳定化处理技术是⼀种适合我国国情，具有经济和环境双重效益

针对我国污泥的现状，在短期内对量多⾯⼴的污泥进⾏安全处置，长期上寻求多途径、因地制宜的资源化利⽤的思路，是解决我国污泥处理处置问题的

出路所在。从经济可⾏的⾓度出发，通过固化/稳定化技术将污泥进⾏不同程度的处理，使之能够进⼊卫⽣填埋场填埋或直接堆放处置以及进⾏不同形

式的再⽣资源利⽤，是符合我国国情的污泥处理及资源化途径之⼀。固化/稳定化后的产物具有较⾼的强度以及较低的透⽔性，能够满⾜卫⽣填埋的要

求，也可以直接安全填埋在低洼地⽅，同时也可以作为不同资源化利⽤的预处理⼿段。⽽且固化/稳定化后能够对诸如重⾦属类、有机污染物以及病原

菌形成封闭效应并对⽣物化学条件进⾏控制。⽽且较诸如焚烧、堆肥等处理⼿段具有显着的经济优势，与我国的经济发展⽔平相适应。

因此这⼀技术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。

(3) 解决固化/稳定化污泥的长期稳定性以及产液、产⽓等问题既是污泥处理领域基础理论研究的需要，也是污泥固化/稳定化技术产业化推⼴的必要条件