CN102173850B - 一种节能降耗的污染土壤与清淤底泥共处置制陶粒技术 - Google Patents

一种节能降耗的污染土壤与清淤底泥共处置制陶粒技术 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市大宗固废节能降耗共处置及环保陶粒制造的方法。本发明所述的方法是,将污染土壤与受污染清淤底泥(无需耗能干燥)直接混合、添加调理剂后造粒,在900-1200℃烧制15-40min。经测试,所制备陶粒产品的性能如下:堆积密度(kg/m3)500-900,筒压强度(Mpa)5.0-10.0,吸水率4.8-9.2%;典型重金属浸出毒性值(mg/L):Cu<0.26,As<0.03,Cd<0.0002,Hg<0.0001。本发明所述的方法充分利用了污染土壤与污水库底泥在含水率上的互补性,及重金属污染与有机污染物的互催化降解特性,在传统的固废制陶粒技术领域实现了节能降耗,降低了固废治理行业成本及二次污染,提高了固废陶粒性能及应用领域。

Description

一种节能降耗的污染土壤与清淤底泥共处置制陶粒技术
技术领域
本发明涉及一种城市大宗固废节能降耗共处置的方法
技术背景
土壤是人类赖以生存的物质基础,是人类不可缺少、不可再生的自然资源。土壤环境是人类环境的重要组成部分。随着农业生产技术的提高,工业化的发展和城市化建设的推进,大量的工业废弃物被肆意排放,大量剧毒难降解农药被开发和使用。环境中有毒、有害物质的残留和累积已成为当前最受社会各界关注的环境问题之一。目前我国的土壤污染问题日益严重,以一种不容忽视的速度和趋势在全国范围内蔓延。随着我国城市化进程的加速,核心城市的大规模扩张,一些原本是偏远的工矿企业用地地块,由于产业结构调整,被重新规划为商业与民用住宅用地,某些地块在开发前已经被严重污染,不加以治理,污染物将经由大气、灰尘、地下水等途道危害人类健康,严重阻碍了城市建设的步伐。
近20多年来,德、法、英、加、荷、美等国家先后开展了污染土壤修复与治理技术研究,在污染土壤的物理修复、化学修复和生物修复等方面取得了显著的进展,有些技术已经进入到商业化实用阶段并且取得较明显的成果。但原位修复技术通常周期较长,然而我国土地经济的现状是,我国土地价格一日三涨,原地块的污染土壤如采用原位修复技术将大大延长建设工期,通常需在挖掘地基的同时快速清场,这样就形成了一类新的固废——城市建设用地污染土壤,如北京城南化工区项目,天津豹鸣集团原苯亚甲基丙酮工厂地产开发项目等。对该类新兴固废的处理处置技术的研究目前逐渐成为研究的焦点。
长期以来,工业废水的不规范排放,在城市工业区及一些大型城市的近郊区县地区形成了大量排污河和污水库,经过长时间的浓缩沉淀,大量重金属及有毒物质积聚在底泥及堤坝土壤中,几乎成为寸草不生的“死河死湖”,完全丧失了自净化功能。近年来,随着我国污水处理技术和设施的完善,天然水系的水质有了较大的改观,但当水质较好时,底泥中吸附的污染物的释放将成为影响水质的主要原因。因此,要根治水道的污染,底泥的疏浚势在必行。受污染疏浚底泥将成为另一类城市大宗固废。
国内外污染河道疏浚底泥的处理技术主要包括:固化/稳定化、等离子体玻璃化、电化学处理、提取或冲洗或生物去毒等方法。底泥固化/稳定化是通过在底泥中添加固化剂以改变底泥物理化学特性,使其中的污染物不再扩散出来的方法,该方法不适用于必须进行疏浚以拓宽河道的案例。等离子体玻璃化是在操作温度3000℃下去除大部分有机物和金属,且产品可作为资源使用,但是此方法对底泥的基质有一定要求,运行条件苛刻、费用高昂。电化学方法是利用在电场作用下带电荷物种向电极迁移的原理,使金属离子从基质中去除。该技术在受污底泥修复中还未见报道。提取或冲洗法能将污染物从底泥中转移出来,但不适合大体积样品的处理,冲洗水需要进一步处理等,适用于沙质土,往往不适合黏土含量较大的沉积物。生物去毒包括微生物法和植物法,该方法价格低廉,但需要时间较长、而且受季节限制。针对这类高含水率的河道清淤污染底泥类新型固废治理技术的研究逐渐受到重视。
陶粒是一种建筑用轻骨料,用它可代替传统的碎石、河卵石等制成轻集料混凝土制品,如空心砌块、轻质板材等。陶粒是生产节能墙体材料或现场浇注轻型节能墙体的优质原材料,具有轻质、保温、隔音、环保等特点。近期国家出台了在170个城市限期禁止使用粘土实心砖等一系列墙改政策,因此,混凝土空心砌块的应用量逐年加大,作为混凝土空心砌块的主要原材料之一,我国陶粒产量约340万m3,陶粒产品的需求也将不断增加,市场前景看好。但由于我国目前陶粒生产的原料主要为页岩和粘土,受页岩尤其是粘土资源的限制,陶粒行业的发展受到了很大制约。出于行业长远发展以及降低生产成本的考虑,利用固体废弃物生产陶粒的研究和实践工作越来越受到重视,并不断取得新的突破。
考虑到污染土壤与污染底泥的主要成分与粘土类似,故可作为主要原材料烧制陶粒,并在烧结过程中实现无害化处理。污染土壤与底泥中的易溶盐类物质和重金属元素在陶粒烧制过程中,能够被稳定地固化到陶粒的硅铝网格玻璃体中,从而实现无害化,同时该类物质的存在还可对陶粒的烧成起助熔作用,起到降低烧成温度、节能降耗、提高成品率、提高陶粒产品质量的多重作用。污染土壤与底泥中有机类污染物质则可以在高温烧结过程中被彻底分解。由于重金属氧化物具有催化氧化活性,可以降低有机物的分解温度,提高有机污染物的分解率,而有机污染物在陶粒内部分解产生的毛细孔道又可以很好的吸附固定重金属,达到重金属污染与有机污染互催化降解的效果。污染底泥中含有适量的有机质在陶粒烧成过程中气化,提高了陶粒的烧胀率,降低陶粒容重,提高陶粒性能。
将城市大宗固废作为陶粒产业的原料,既解决了废物污染环境的问题,又节约了宝贵的耕地资源,同时生产的陶粒产品又可以贡献于城市建设,城市的建设又产生新的固废……。本发明将环保、建材、建筑三大行业进行了有机的结合,促进了产业链的健康发展,构建了良好循环经济模型。
发明内容
城市建设用地污染土壤与河道、水库清淤污染底泥既是污染物又是资源,针对目前污染土壤、污染底泥产生量大,资源化利用程度低,且单独治理能源消耗大等弊端,针对传统的粘土陶粒由于耕地资源紧张面临原料短缺产业链断裂的实际情况,本发明提供一种污染土壤与污染底泥节能降耗共处置制陶粒的方法,在废物无害化、资源化的过程中,不仅解决了陶粒生产原料短缺的问题,而且利用固废制陶粒大大降低了陶粒生产企业的运行成本,促进产业良性发展。该处理方法利用两种固废在含水率上的性能互补性,将两种固废进行联合处置烧制陶粒,与传统的固废制建材工艺相比,本方法具有节水降耗的优点,合理添加调理剂可以生产出高性能陶粒。所制备的陶粒可应用于修路,筑桥,建材,屋面保温,市政绿化,水处理滤料,渗滤液滤层等领域,都可以取得良好的应用效果。一种节能降耗的污染土壤与河道底泥共处置制陶粒技术的主要方法为,将絮凝沉淀压滤脱水后的污染底泥(含水率50-70%),破碎除杂后的污染土壤,固化调理剂按以下重量百分比混合:污染底泥20-60%,污染土壤40-80%,固化调理剂0.1-10%,其中各组分之和为100%;混匀的物料经滚压造粒成型后进入回转窑在900-1200℃烧制15-40min。本发明采用的两种固废共处置方法,与单一的污染土壤无害化制陶粒技术相比,节水率达100%,与单一的污染底泥无害化制陶粒技术相比,节能率达50-80%。本发明所采用的固化调理剂是两种固废复配制陶粒的“润滑剂”,起到调整物料元素配比提高陶粒品质,降低烧成温度,促进陶粒膨胀,在降低陶粒产品容重的同时,保证陶粒强度等级的作用,经测试所制得陶粒可达到性能如下:堆积密度(kg/m3)500-900,筒压强度(Mpa)5.0-10.0,吸水率4.8-9.2%,其性能不低于普通粘土陶粒。本发明所采用的回转窑处置污染固废方法,由于重金属氧化物在高温氧化气氛中具有催化氧化活性,可降低污染固废中有机污染物的分解温度,提高有机污染物的去除率。而有机污染物在陶粒内部分解产生的毛细孔道又可以很好的吸附固定重金属,达到污染固废中重金属污染与有机污染互催化降解的效果,经测试所制备陶粒中典型重金属浸出毒性值(mg/L):Cu<0.26,As<0.03,Cd<0.0002,Hg<0.0001,大大低于我国污染控制标准的限制,为陶粒产品的进一步应用打下良好的基础。本发明所提供的节能降耗的固废共处置工艺方法,为城市大宗固废处理处置技术的发展提供了较好的思路,有助于我国固废治理技术向绿色、节能、低碳方向发展。本发明为循环经济产业的构建提供了良好的思路,将城市大宗固废作为陶粒生产企业的原料,既治理了污染,同时也改变了传统陶粒生产大量消耗耕地资源,且面临原料短缺产业链断裂的问题,而所生产的陶粒又可贡献于城市建设,形成了资源循环利用,产业链良性发展的局面。本发明所制备的陶粒堆积密度低,强度等级高,用于墙体保温材料,桥梁路基建设,市政绿化的苗圃及透水路基,污水处理厂生物滤池的生物膜载体,垃圾填埋场的渗滤液垫层等都具有良好的效果,解决了城市固废资源化后的出路问题,变废为宝,取得了良好的环境效益、社会效益,同时也创造了良好的经济效益。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式为一种将城市污染土壤与河道清淤底泥进行节能降耗共处置制陶粒的方法,首先,将絮凝沉淀压滤脱水后的污染底泥(含水率50-70%),破碎除杂后的污染土壤,固化调理剂,按以下重量百分比混合:污染底泥20-60%,污染土壤40-80%,固化调理剂0.1-10%,各组分之和为100%,混合后的原料含水率在15-30%之间,使用双轴桨叶搅拌机进行充分混合,混匀的物料经滚压造粒成型后进入回转窑在900-1200℃烧制15-40min,出窑后的陶粒自然堆放冷却至室温即为产品。
经实际测试,所述方法制备的陶粒可以达到以下性能:堆积密度(kg/m3)500-900,筒压强度(Mpa)5.0-10.0,吸水率4.8-9.2%,其性能不低于普通粘土陶粒。通过对陶粒剖面进行SEM分析,可看到陶粒产生明显烧胀,孔隙发达,孔隙率可达50-65%。重金属浸出毒性测试结果表明:陶粒中典型重金属浸出毒性值(mg/L):Cu<0.26,As<0.03,Cd<0.0002,Hg<0.0001,远低于我国环保标准限制,为固废制陶粒产品的应用扫除了障碍。
具体实施方式二:本实施方式所制备的陶粒可作为建筑用轻骨料。将絮凝沉淀压滤脱水后的污染底泥(含水率50-70%),破碎除杂后的污染土壤,固化调理剂,按以下重量百分比混合:污染底泥20%,污染土壤80%,钢渣为对主物料重的7%,各组分之和为100%,混合后的原料含水率在15-20%之间,使用双轴桨叶搅拌机进行充分混合,混匀的物料经滚压造粒成型后进入回转窑在1200℃烧制20min,出窑后的陶粒自然堆放冷却至室温即为产品。本实施例所制备的陶粒经测试,堆积密度为900kg/m3,筒压强度9.9Mpa。以本实施例制备的陶粒为原料,配合不同强度等级的硅酸盐水泥,可配制C10~C30号普通陶粒混凝土。如配制C30普通混凝土的配方为:670kg本实施例陶粒、320kg强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥、670kg砂子、150kg水,拌合均匀,按照GB/T50081-2002标准对拌合物取样进行立方体抗压强度测试,测试结果为34.4、34.8、35.2Mpa,满足C30混凝土强度要求。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式二的不同之处在于,按照具体实施方式二的配比混匀后的物料经过不同孔径的造粒机造粒,形成平均粒径为10、20、30、50mm陶粒胚体,分别在回转窑中1200℃烧制15、20、25、35min,出窑后自然冷却至室温。本实施例所制备的陶粒,选取适当的粒度级配可作为垃圾填埋场渗滤液滤层,也可作为道路苗圃透水填料。
具体实施方式四:本实施例所制备的陶粒具有孔隙率大,吸水率高等特点,可用作污水处理厂滤池滤料或微生物载体,将絮凝沉淀压滤脱水后的污染底泥(含水率50-70%),破碎除杂后的污染土壤,固化调理剂,按以下重量百分比混合:污染底泥35%,污染土壤65%,铁矿粉为对主物料重的4%,各组分之和为100%;在1180℃烧制35min,出窑后自然冷却至室温。经测试所得陶粒性能为:密度等级800,孔隙率65%,吸水率9.2%,筒压强度6.3Mpa。

Claims (1)

1.一种对城市建设过程产生的大宗污染土壤与河道水库清淤污染底泥类固废进行无害化、资源化共处置的方法,其特征在于,利用污染底泥高含水率而污染土壤低含水率的特性,将两种固废合理混配烧制陶粒,达到污染底泥的治理无需加热脱水,污染土壤的治理无需加水调湿的节水降耗的绿色工艺过程;其中,陶粒制造的主原料全部为受剧毒有机物、重金属污染的大宗固体废弃物,陶粒烧制的过程也是污染治理的过程;将絮凝沉淀压滤脱水后含水率为50-70%的污染底泥,破碎除杂后的污染土壤,固化调理剂按以下重量百分比混合:污染底泥20-60%,污染土壤40-80%,固化调理剂0.1-10%,混匀的物料经滚压造粒成型后进入回转窑在900-1200℃烧制15-40min;其中固化调理剂为铁粉、氧化铁粉、铁矿渣、钢渣之一或其组合。
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Denomination of invention: Energy-saving consumption-reducing technique for preparing haydite by co-disposing polluted soil and desilting sediment

Effective date of registration: 20161221

Granted publication date: 20140219

Pledgee: The Bank of Beijing Limited by Share Ltd Tianjin Airport Branch

Pledgor: TIANJIN YIMING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: 2016990001144

PLDC Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20231214

Granted publication date: 20140219

Pledgee: The Bank of Beijing Limited by Share Ltd Tianjin Airport Branch

Pledgor: TIANJIN YIMING ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: 2016990001144