CN101265070A - 一种污泥固化剂以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于市政污水处理厂排水污泥和河道污泥的固化剂以及应用，涉及一种用于污泥固化的配方和原料，进一步给出其应用和方法。固化剂由硫铝酸盐水泥、石膏、石灰以及促凝济按照一定比例混合，然后和污泥搅拌，使得污泥能够达到填埋或者其他建筑材料要求的土力学性能。污泥固化剂包括以下组分的原料，各组分原料的质量比为：硫铝酸盐水泥30～60％，石膏20～40％，石灰8～20％，促凝剂1～5％。污泥添加固化剂搅拌固化后，养护1～6天的时间，即可达到填埋要求的强度和含水量。污泥固化后，有毒重金属离子被包裹，使得污泥的污染降低。被固化的污泥没有原始污泥的恶臭，减少了作业时对操作人员的危害。

Description

一种污泥固化剂以及应用
技术领域
本发明涉及污泥的化学固化剂，尤其是涉及用于市政污水污泥和河道污泥的固化填埋和后续处置的应用和方法。
技术背景
随着城市污水处理厂的大量建设，污水处理量和污泥产量都不断增长。污泥中含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物，含水量一般在80％以上，如果处置不当，会造成严重的二次污染。目前污泥的处理方式主要是农用、焚烧和填埋，还有很大量的污泥没有经过任何处理，随意丢弃。由于污泥的含水率高，土力学性能差，污染物含量高，现在的处理方式往往存在环境污染、处理成本过高，同时也容易引起填埋场工程地质灾害。
污泥能否填埋取决于污泥或者污泥与其它添加剂形成的混合体的岩土力学性能，污泥填埋时，要求十字板抗剪强度≥25kPa，无侧限抗压强度≥50kPa。污泥经过常规脱水后，含水率在80％以上，字板抗剪强度＜10kPa，不能满足填埋的最低要求。
为此，需要提高污泥的力学性质，降低含水率。传统的方式是添加水泥和石灰等固化剂，也使用矿化垃圾作为添加混合料，这些方式需要添加大量的材料，添加量超过30％，增加了垃圾量，如果再遇水，还可能逆转变成污泥。采用添加化学药剂的方式固化污泥，添加量可以控制在10％以内，一般养护时间在1～6天，即可达到填埋要求的强度和含水率。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补现有技术的缺陷，提出一种新的污泥固化剂，此固化剂特别适用于市政污水处理厂污泥以及河道污泥的固化。此固化剂能够使含水量在85％以内的污泥在短时间内固化，具有相当的强度，达到填埋场填埋的土力学性能要求。此固化剂材料易得，价低，通过固化后的污泥浸水后不会逆转，对重金属和有毒物质有很好的包裹作用。
本发明采用的固化剂原料、配比和技术方案如下：
一种污泥固化剂，其特征在于包括如下重量份数的组成：
硫铝酸盐水泥30～60％
石膏        20～40％
石灰        8～20％
促凝剂      1～5％
本发明属于一种新型的污泥固化处置技术，上述原料按照此比例混合后，形成一种高水速凝材料，含水量达到90％(体积比)，依然能够凝固，并具有很高的早期强度。固化混合料加入含水量较高的污泥中，固化剂水化过程将会吸收污泥中的大量水分，降低污泥体重的含水量。硫铝酸盐水泥的主要组成部分为硫铝酸钙，和石膏、石灰水化后生成的Ca(OH)2以及CaSO4在促凝剂的作用下迅速发生反应，使大量的自由水转变为钙矾石的结构水，使得添加固化剂的污泥迅速稠化而胶凝。早期主要生成钙矾石，后期以钙矾石、Ca(OH)2和氢氧化铝凝胶以及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶为主。一般的反应式如下：
3CaO·3Al2O3·CaSO4+2CaSO4+38H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+4Al(OH)33CaO·3Al2O3·3Al2O3·CaSO4+2CaSO4+18H2O→
3CaO·Al2O3·3CaSO4·12H2O+4Al(OH)33Ca(OH)2+3CaSO4+Al(OH)3+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O2CaO·SiO2+nH2O→C-S-H+Ca(OH)2
硫铝酸钙水化时在石膏存在的情况下，钙矾石的形成大大加快，而且产生的钙矾石呈细长晶体，这种针状晶体相互交叉，有较大的接触面，起到了很好的骨架作用。同时生成氢氧化铝凝胶，这种凝胶填充在相互交叉的钙矾石晶体之间，对强度起到十分重要的作用。
以上原料为市售工业级原料，硫铝酸盐水泥一般选用快硬型硫铝酸盐水泥，石膏为硬石膏，石灰为生石灰，以上原料粒径一般小于150um。促凝剂可以选用硫铝酸盐促凝剂。也可以选用含锂的盐，比如碳酸锂、氢氧化锂等，亦可以选用膨润土，或者含锂盐和膨润土混合使用。
以上原料现场按照比例加入污泥搅拌设备，然后搅拌10分钟左右，使得污泥和添加的固化剂充分混合。固化剂添加量根据污泥的含水量、养护时间、环境温度等情况调整，一般的添加量为污泥的8％以上。养护3天左右，无侧限抗压强度超过50kPa，满足填埋场污泥填埋的基本土力学强度要求。养护1周左右，含水率降低到60％以下。
本发明采用的固化剂在水化时需要大量的水分，即使是水分含量达到90％，也能够快速凝结，对含水量高的污泥具有明显的固化，提高强度的效果。污泥固化后，对重金属离子具有很好的包裹作用，污泥中的有害重金属浓度减少。
采用高水速凝污泥固化剂，在添加量达到一定程度后，污泥固化后的强度将会达到一般水泥的强度，可以用作一般的建筑材料，比如市政用砖等。
具体实施：
采用含水量为85％左右的污泥10公斤，添加硫铝酸盐水泥400g，硬石膏粉296g，生石灰粉96g，碳酸锂8g，人工搅拌10分钟，将搅拌后的固化污泥装入模具，两天后测量其强度，固化养护第3天，无侧限抗压强度达到55kPa，第5天强度达到67kPa。

Claims (7)

1、一种污泥固化剂，其特征在于包括以下组分的原料，各组分原料的质量比为：硫铝酸盐水泥30～60％，石膏20～40％，石灰8～20％，促凝剂1～5％。
2、根据权利要求1所述的污泥固化剂，其特征在于：硫铝酸盐水泥为快硬型硫铝酸盐水泥，石膏为硬石膏，石灰为生石灰，促凝剂为硫铝酸盐水泥促凝剂，也可以使用锂盐，碳酸锂或者氢氧化锂以及膨润土，也可以使用锂盐和膨润土的混合物。
3、根据权利1要求的固化剂，原料的粒径要求小于150um。
4、根据权利要求1或2所述的污泥固化剂，其特征在于：固化剂的添加量根据污泥的养护时间和要求达到的强度要求进行调整。为满足填埋要求，养护时间为3天左右的固化剂添加量为污泥质量的8％。要求更高的强度，则需要添加更多份量的固化剂。
5、根据权利要求3所述的污泥固化剂，其特征在于：加入污泥中混合搅拌，搅拌时间为不少于8分钟。
6、权利1和2要求的污泥固化剂，用于处理市政污水处理厂排水污泥和河道污泥的应用。
7、权利1和2要求的污泥固化剂，用于处理市政污水处理厂排水污泥或者河道污泥，满足填埋要求或者其他的建筑材料。
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