CN102093027B - 一种污泥固化剂及固化污泥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥固化剂及固化污泥的方法。所述污泥固化剂含有硅酸盐水泥和活性氧化镁。所述污泥固化剂用于市政污水处理厂脱水污泥和河道污泥的处理。该固化剂固化时间短、操作简单、降解和固化重金属效果明显。在处理污泥和底泥时，所述固化剂可以在4小时内快速固化污泥，5天达到填埋要求，降低城市污泥和河道底泥中总金属含量60％至90％以上，特别适合于大型城市化污水处理厂和城市河道污泥的固化处理。

Description

一种污泥固化剂及固化污泥的方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种用于污泥固化的污泥固化剂以及固化污泥的方法，特别是涉及市政污水处理厂脱水污泥和河道污泥的固化。

背景技术

污泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主体，同时也混入有原污水中带有的泥砂、纤维、动植物残体及吸附在其上的有机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。对于大型城市的污水处理厂来说，由于有大量的工业废水排入系统，造成污水污泥中的重金属含量偏高，其中铜、锌含量往往接近或超过污泥作为农用堆肥的接纳标准，从污水处理厂排出的污泥一般是一种松散的、含水量在80％至85％(重量)的胶溶状膏体物，具有比重轻(小于等于1kg/cm³)、体积庞大(是所含固体物体积的数十倍)、触变性强(不易脱水)、极易腐败恶臭的理化特点，因而十分不利于处理与运输。

目前国内污泥的处置方法主要有堆肥、填埋、焚烧和制造建筑材料等。从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，无论那种处置方式都存在利弊。

由于污泥的孔隙率很低，含水率又很高，难以采用生活垃圾堆肥应用的强制通风方法进行堆肥。为此需要加入大量木屑等调理剂来增加孔隙率和降低含水率，导致体积明显增大，操作困难，运行成本高，堆肥时间即使多达20天，其产品仍然有恶臭，腐熟度小，无法达到国家农用标准。

污泥焚烧也面临一系列问题，特别是由于污泥含水率太高，热值很低。污泥焚烧过程中需要使用大量辅助燃料，使处理成本极高，设备投资大。国内有一些污水处理厂建设了污泥焚烧设备，均因污泥热值低、辅助燃料用量大、成本高而闲置。

污泥的固化处理是近年来污泥的工业处理上普遍重视和使用较多的一种处理方法，它是指用物理和化学方法将污泥颗粒胶结、掺合并包裹在密实的惰性基材中，形成整体性较好的固化体的一种过程。其中固化所用的惰性材料叫固化剂，污泥经过固化处理所形成的固化产物为固化体。

污泥的稳定化是将污泥中有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质过程。稳定化一般可分为化学稳定化和物理稳定化。化学稳定化是通过化学反应使有毒物质变成不溶性化合物，使其在稳定的晶格内固定不动；物理稳定化是将污泥与一种疏松物料(如粉煤灰)混合生成一种粗颗粒的固体。

污泥的固化和稳定化一般同时进行，其机理是向污泥中加入固化剂，通过一系列复杂的物理化学反应(如水化反应)，将有毒有害的物质固定在固化形成的网链(晶格)中，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，可就地填埋或用作建筑材料等。污泥固化处理技术既可用作特殊工业污泥，如含重金属污泥、含油污泥、电镀污泥、印染污泥等危险废物的固化处理，也可用于城市污水处理厂产生的普通污泥的固化处理。

CN101638311A公开了一种淤泥、污泥固化剂，其主要由下述主原料组成：煤矸石、膨润土、硅灰石、火山灰土、矿渣、粉煤灰、灰岩石和电石渣；辅料由下述原料组成：聚丙烯酰胺、三乙醇胺、石英粉、气相二氧化硅、氧化铜、氧化铁、氢氧化钙、水玻璃和磷酸。采用该固化剂以5％至10％的配比与污泥、淤泥进行均匀搅拌，5个小时后就能实现初凝，一个月之内完全凝固。该发明的缺点是固化剂成分复杂、固化成本高、固化时间太长、不能满足城市污泥高日产量和快速填埋的需要。

CN101265070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，该固化剂的各组分原料的质量比为：硫铝酸盐水泥30％至60％，石膏20％至40％，石灰8％至20％，促凝剂1％至5％。污泥添加固化剂搅拌固化后，养护1至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。但是，该发明也存在固化剂成分复杂，固化成本高的问题。

发明内容

为克服现有技术中固化剂的缺点，本发明提供一种成分简单且固化性能优异的污泥固化剂，该固化剂含有硅酸盐水泥和活性氧化镁。所述的污泥固化剂中，相对于固化剂的总重量，优选所述硅酸盐水泥占固化剂的重量比为40％至60％，所述活性氧化镁占固化剂的重量比为60％至40％；更优选，所述硅酸盐水泥为45％至55％，所述活性氧化镁为55％至45％；最优选，所述硅酸盐水泥为50％，所述活性氧化镁为50％。

所述硅酸盐水泥可以使用任何种类的硅酸盐水泥，例如可以使用纯熟料硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥中的任意一种或两种以上的水泥，优选使用普通硅酸盐水泥。

本发明还提供一种固化污泥的方法，该方法使用本发明的污泥固化剂，其中相对于含水量在80％左右的污泥的总重量，优选所述固化剂的添加比例为5％到20％；更优选为6％到10％；特别优选为7％至9％；最优选为8％。

本发明的污泥固化剂可用于市政污水处理厂脱水污泥和河道污泥的处理。使用本发明的固化剂固化时间短、操作简单、降解和固化重金属效果明显。在处理含水量在80％左右的污泥和底泥时，所述固化剂可以在4小时内快速固化污泥，5天达到填埋要求，降低城市污泥和河道底泥中主要总金属含量60％至90％以上。因此，本发明的固化剂特别适合于大型城市化污水处理厂和城市河道污泥的固化处理。

附图说明

图1表示用固化剂固化污泥的工艺流程。

图2表示不同固化剂对化学污泥固化的固化效果。

具体实施方式

本发明的固化剂由硅酸盐水泥和活性氧化镁组成，其固化工艺如图1所示，污泥由厂内短驳车辆运至固化处理区，污泥卸入污泥仓。外运固化剂由悬臂吊车卸入粉料仓贮存。污泥、固化剂分别用皮带输送机及螺旋输送机或者固化剂绞笼送入混合搅拌机或滚筒搅拌机中，经充分混合后，混合料利用运输车运输至养护区，经挖掘机摊铺后养护5-7天，现场取样检测，当水分低于65％、无侧限抗压强度大于50Kpa/cm时达到填埋要求，将该养护好的成品混合料用挖掘机或装载机装车，运往污泥填埋区填埋。

本发明中所使用的硅酸盐水泥可以是普通硅酸盐水泥，例如，标号为425、525、625和725的普通硅酸盐水泥，也可以是普通硅酸盐水泥与其他种类的硅酸盐水泥的混合物。

本发明中所使用的活性氧化镁可以是通过商业购买的重质活性氧化镁。例如可以是85％的重质活性氧化镁，颗粒度为120目至200目。

本发明的污泥固化剂还可以含有其他的辅料成分，例如石灰和促凝剂等，其重量不超过固化剂重量的25％。

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围决不仅限于实施例。

实施例1

第一步：固化剂的配制：

将市售40千克普通硅酸盐水泥(标号为425)和60千克重质活性氧化镁(海城市博鸿矿业有限公司产品，含量85.2％)，通过锥形搅拌机混合3-5分钟。

第二步：固化剂的添加：

将60千克混合均匀的固化剂添加到1000千克含水量约80％重量的污水厂处理污泥中，具体的添加方式为污泥、固化剂分别用皮带输送机及螺旋输送机送入混合搅拌机中，经10-15分钟充分混合后，皮带传送至固化污泥出料口。

第三步：摊铺养护：

运输车运送固化后的污泥至晾晒场地，在晾晒1-2天后进行挖机的摊铺，摊铺厚度为30-50cm；夏季每1天摊铺一次，其余季节每2天摊铺一次，检测摊铺后污泥的水分和硬度，当水分低于60％、无侧限抗压强度大于50Kpa/cm后进行填埋。

实施例2

第一步：固化剂的配制：

将市售60千克的普通硅酸盐水泥(标号为425)和40千克的活性氧化镁(海城市博鸿矿业有限公司产品，含量85.2％)，分别通过螺旋绞笼推送至固化剂添加口。

第二步：固化剂的添加：

将80千克混合均匀的固化剂添加到1000千克河道底泥(含水量通过矿化垃圾、煤屑等其他废弃固形物调节到约80％)中，具体的添加方式为污泥、固化剂分别用皮带输送机及螺旋输送机送入滚筒搅拌机中，经5-10分钟充分混合后，皮带传送至固化污泥出料口。

第三步：摊铺养护：同实施例1。

本发明的固化剂和其他常用固化剂固化污泥的效果的对比实验结果如图2所示。选用不同的固化剂进行不同添加比例的污泥固化对比实验，水泥固化剂的添加重量在20％时，处理后的污泥的抗压强度达到了58.17Mpa，但是固化后体积增加明显，增容比达1.52；用石灰固化处理的污泥强度较差，低于20kPa，并且在添加量较大时使污泥的pH值偏碱性，例如，添加石灰10％污泥固化后p H值可由6.5上升到11，污泥的恶臭气味增加；本发明镁盐固化剂的固化效果较好，添加重量为5％时，处理后的污泥的抗压强度就达到了52Mpa，并且减少了污泥的填埋体积20％至30％，对污泥pH值的影响也较小，处理后的污泥的pH值由6.5增加到8.5。

用本发明的固化剂处理含水量在80％～85％的污泥时，整个污泥从进料到出料不到10分钟，从而可以极大地提高生产线每日可处理污泥的量，例如日处理量为1000吨污泥。该固化剂除了固化剂成分简单、固化时间短、固化成本低，操作简单等优点外，在处理和降解城市污泥的总金属含量严重超标方面，还有突出的效果。

以下表1的数据是在实验室的实验结果数据，是用本发明实施例1的镁盐固化剂固化污泥后测得的浸出液中重金属离子浓度(mg/L)，其中污泥和固化剂的比例为重量比。

表1镁盐固化污泥浸出液中重金属离子浓度(mg/L)

对污泥浸出毒性的实验如表1所示，随着固化剂比例的增加，金属离子浸出浓度也会降低。使用镁盐固化剂固化处理后的污泥浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中要求的标准。

以下表2显示了用氧化钙(CaO)和本发明实施例2的固化剂处理污泥对重金属的稳定效果，其中固化剂的添加量为相对于1千克含水量为约80％的污泥，分别添加30、50或75克氧化钙，以及分别添加50、100、150或200克本发明实施例2的固化剂获得的重量百分比，金属离子的浓度单位为mg/L。

表2.氧化钙/镁盐固化剂重金属浸出对比表

从上述表2可以看出，当氧化钙的添加量为7.5％时，污泥中Zn、Pb、Ba的浸出浓度分别降低了72.8％、66.7％、34.9％。

氧化钙与水生成的氢氧化钙可以与污泥中的重金属生成沉淀，因此可以减少污泥中重金属的浸出，起到稳定污泥的作用。生石灰作为一种常用的土壤修复剂，在修复土壤酸化和土壤重金属污染中得到广泛的应用。生石灰也能有效地减少污泥的浸出毒性，可以用于污泥重金属的稳定化处理。但是，由于污泥本身呈碱性，加入氧化钙后，会使污泥的碱性变得更强，所以使用氧化钙固定重金属是一个具有两面性的方法，需要小心斟酌使用。

本发明的固化剂可用于污水厂污泥的固化以增强其土力学强度并降低污泥重金属的浸出毒性。由上述表2所示，本发明的固化剂对污泥具有良好的稳定化效果，适合用于污泥的重金属修复处理。当本发明的固化剂的添加量为10％时，污泥中Zn和Ba的浸出浓度分别降低67.8％和46.4％。当本发明的固化剂的添加量为20％时，污泥中Zn和Ba的浸出浓度分别降低85.1％和76.1％。当本发明的固化剂的添加分别为10％和20％时，污泥中Pb的浸出浓度可以降低95％以上。

本发明的固化剂的作用机理为：在城市污泥、底泥固化过程中，固化剂与化学污泥中的Al、Ca、Fe、Mg等离子发生胶凝反应后形成晶体，晶体形态主要为针状，长柱状，并且彼此相互交叉连结成网状结构，缩短了固化时间，对于含水率在80％左右的污泥和底泥，固化剂的添加重量为8％时，固化时间小于2天，可满足污泥填埋要求。

综上所述，本发明的固化剂与其它常规固化剂相比，固化剂中的成分不同，并具有以下优势：

(1)固化时间短，可以在短期内，例如72小时，使污泥凝固，达到填埋要求；

(2)添加重量少，一般仅需要以5％至10％的重量配比添加；并且减容量大，一般在养护期内污泥固化体的体积减少30％；而且对污泥的pH改变较小，同时可以抑制臭气的产生；

(3)属于一种绿色的污泥调理剂，不对污泥造成二次污染，并能改进污泥的性能，促进污泥的稳定化；

(4)固化过程简化，易于生产和施工；

(5)固定化处理的污泥经过在填埋场内1.5至2年的稳定期后，形成一种类土壤物质，可进行开采利用，实现污泥填埋场的可持续使用。

Claims (7)

1.一种污泥固化剂，该固化剂含有硅酸盐水泥和活性氧化镁，其中相对于固化剂的总重量，所述硅酸盐水泥占固化剂的重量比为40％至60％，所述活性氧化镁占固化剂的重量比为60％至40％。

2.如权利要求1所述的污泥固化剂，其中相对于固化剂的总重量，所述硅酸盐水泥占固化剂的重量比为45％至55％，所述活性氧化镁占固化剂的重量比为55％至45％。

3.如权利要求2所述的污泥固化剂，其中相对于固化剂的总重量，所述硅酸盐水泥占固化剂的重量比为50％，所述活性氧化镁占固化剂的重量比为50％。

4.如权利要求1至3任意一项所述的污泥固化剂，其中所述硅酸盐水泥为普通硅酸盐水泥。

5.一种固化污泥的方法，其中使用权利要求1至4任意一项所述的污泥固化剂。

6.如权利要求5所述的固化污泥的方法，其中相对于污泥的总重量，所述固化剂的添加比例为5％到20％。

7.如权利要求6所述的固化污泥的方法，其中相对于污泥的总重量，所述固化剂的添加比例为6％到10％。

Images