CN102826734A - 一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法 - Google Patents

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李润东
李彦龙
魏砾宏
杨天华
贺业光
孙洋
张海军
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Abstract

一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，针对城镇污泥有机质含量较低，而重金属含量较高且污泥性质不稳定、含水率高难于运输的问题，以及焚烧飞灰具有高钙含量特征、吸水性强的特点，而提供一种经济、低污染的城镇污泥和焚烧飞灰的混合处置方法。该方法需先对城镇污泥的成分和含水率进行测定，然后与焚烧飞灰混合，保证混合物的pH值为9-11，室温下稳定2-7天，然后进行填埋，焚烧飞灰中的钙质成分可以提高污泥的pH值，钝化重金属，消毒杀菌。使用焚烧飞灰作为污泥的干燥剂，污泥和焚烧飞灰的混合物经过稳定后的含水率为20%-40%，利于运输和后续填埋，并降低了污泥处置的成本。

Description

一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法
技术领域
本发明涉及一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，具体涉及含重金属的城镇污泥和焚烧飞灰的稳定化方法，属于固体废物处理技术领域。
背景技术
污泥和焚烧飞灰是我国2种主要的量大面广的废物，我国城镇污水处理设施经过“十五”和“十一五”时期的高速建设，已经形成规模化的处理能力。截至2010年9月底，全国设市城市、县及部分重点建制镇（以下简称“城镇”）累计建成和在建污水处理能力达到1.69亿m3/d；其中36个大中城市（直辖市、省会城市和计划单列市）建有污水处理厂376座，处理能力达4368万m3/d。在县城及乡、镇中建有污水处理厂1008座，处理能力达1826万m3/d。
城镇污水处理厂和污泥的特点是：
（1）中小规模城镇污水处理厂占有较高比例，其数量为大中城市污水处理厂的3倍，而污水处理厂规模偏小，处理能力仅为大中城市污水处理厂的42%，平均处理能力仅为1.8万m3/d，南方一些小规模城镇污水处理厂的处理规模甚至只有1000-5000m3/d。
（2）污水来源、性质不稳定：中小规模城镇进水包括工业污水和生活污水，工业废水所占比例较高，部分污水处理厂进水中工业污水比例达到80%以上，甚至95%。另外，中小企业性质差别大，由于季节的变化、生产目的的不同、生产工艺的不稳定性导致污水性质波动显著，最终导致污水厂进水性质波动大，污泥成分波动大。
（3）污泥的有机质含量较低、灰分高、热值低：大中城市污水处理厂产生的污泥有机质含量高，占干基60%左右，经消化处理后的污泥有机物含量仍占40%左右，而城镇污水处理厂由于工业污水比例高，导致污泥有机质含量低，相当比例的污水处理厂有机质含量低于30%，甚至只有18.1%；与此同时，灰分的含量显著增高，甚至达78%；污泥的低位收到基热值基本为负值。
（4）污泥中重金属种类繁多，且含量差别显著：由于进水中工业污水占有很高比例，且工业企业的性质差别显著，导致污泥中重金属种类繁多，且含量差别显著，As、Cd、Ni、Pb、Cr、Cu和Zn等含量变化幅度很大，极差最高达几千mg/kg，导致污泥处理处置过程中易产生环境污染严重、高浓度重金属的渗滤液，二次污染严重。
城镇污泥的这些特征严重限制了污泥已有处理技术的使用，而低有机质含量特征使得堆肥不利于顺利开展，高重金属浓度特征限制了污泥堆肥产品的农用和填埋处理，也使得焚烧过程的二次污染严重，低挥发份、高灰分含量和低位收到基热值为负值导致焚烧过程需要消耗更多的燃料。
生活垃圾的焚烧处理近几年在我国取得迅猛发展，所占的比例也逐年升高。2010年焚烧飞灰的产生量达到100万吨/年，预计到2020年城市生活垃圾焚烧设施的处理能力将达到10万吨/日。焚烧飞灰由于富集重金属和二噁英类有毒污染物质而被定义为危险废物，必须予以特殊处理。我国生活垃圾焚烧厂烟气净化工艺多采用半干法脱硫，因此焚烧飞灰中含有较高含量的CaO，使焚烧飞灰呈现强碱性，导致重金属浸出潜力巨大，环境风险高。
城镇污泥带来的环境问题没有引起足够的重视，有针对性的处理技术也非常匮乏。目前国外研究开发或用于含有高浓度重金属和有机污染物的污泥无害化和安定化处理的方法主要包括：填埋，农用，焚烧等。城镇污泥填埋存在问题有：占地多、渗滤液产量显著增加以及处理难度增大，污泥的农用存在着重金属污染及病原菌扩散的危险。污泥焚烧的核心问题是投资大、处理费用高、有机物燃烧产生二噁英等剧毒物质。
我国焚烧飞灰处理技术得到工程化应用的主要是水泥固化，妥善处理飞灰并尽可能降低处理费用也是制约焚烧飞灰处理以至于垃圾焚烧技术推广的重要因素。找到符合实际情况、经济可行、技术可靠的处理技术格外重要。
如果能因地制宜地结合城镇污泥和焚烧飞灰的各自特点，进行混合处置，可同时达到两种废物的污染控制目标。
发明内容
本发明针对城镇污泥有机质含量较低（VS<40%）而重金属含量较高且污泥性质不稳定、含水率高难于运输的特点，以及焚烧飞灰具有高钙含量特征、吸水性强的特点，而提供一种经济、低污染的城镇污泥和焚烧飞灰的混合处置方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，该方法需先对城镇污泥的成分和含水率进行测定，然后与焚烧飞灰混合，保证混合物的pH值为9-11，室温下稳定2-7天，然后进行填埋，焚烧飞灰中的钙质成分可以提高污泥的pH值，钝化重金属，消毒杀菌。
上述方法是通过下述步骤实现的：
先将含水率为80%的城镇污水处理厂污泥与高钙含量的焚烧飞灰混合，焚烧飞灰占污泥质量的20%-50%，置于污泥混合搅拌机，进行充分搅拌，保证混合物的pH为9-11，均匀混合产物自然堆放2-7天，呈松散团状，然后进入填埋场填埋处置。
本发明具有以下优点：
–使用焚烧飞灰作为污泥的干燥剂，利用焚烧飞灰的强吸水特性吸收污泥中的水分，污泥和焚烧飞灰的混合物经过稳定后的含水率为20%-40%，利于运输和后续填埋；
–使用焚烧飞灰作为重金属钝化剂，污泥碱性的提高和焚烧飞灰碱性的降低使得污泥和焚烧飞灰中重金属的活动性都显著降低；
–使用焚烧飞灰作为稳定剂，使得污泥的温度升高，达到杀菌的效果；
–使用焚烧飞灰作为钝化剂，降低了污泥处置的成本；
–使用焚烧飞灰作为污泥钝化剂，2者的处理量都较大，能够满足协同、大量处理的目标；
具体实施方式
本发明所述的采用焚烧飞灰作为城镇污泥增钙钝化剂的方法，是城镇污泥经过与焚烧飞灰混合，实现增钙钝化，利于运输，降低了填埋的处理难度。
具体步骤如下：
首先对城镇污泥和焚烧飞灰进行成分分析，明确城镇污泥重金属和水分百分含量，对焚烧飞灰的钙基成分进行分析，明确各自的百分含量（CaO,Ca(OH)2,CaClOH,CaCO3,CaCl2）；将城镇污泥与焚烧飞灰混合，焚烧飞灰的添加比例为城镇污泥的20%-50%，置于污泥混合搅拌机，进行充分搅拌，均匀混合产物自然堆放2-7天，呈松散团状，然后运输至填埋场填埋。
下面通过具体实例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。下述实例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述设备和材料，如无特殊说明，均可以从商业途径获得。
实施例1
一种城镇污泥，含水率为78.2%，重金属Zn、Cu、Cr、Ni的含量分别为1046mg/kg、293mg/kg、244mg/kg和221mg/kg，Sr、Mn、Ba的含量分别为766mg/kg、535mg/kg和386mg/kg。一种高钙特征焚烧飞灰，其化学组成见表1，其Ca的含量（以氧化物形式表示）高达53.02%。在污泥中添加40%（质量百分含量）焚烧飞灰，混合物的pH值为10.4，置于污泥搅拌机搅拌60min，然后在通风条件下自然堆放7d，污泥和焚烧飞灰的含水率为30％，呈松散团状。对混合物采用国家标准HJ/T299-2007毒性浸出程序测试，Cd的浸出浓度未检出，Pb的浸出浓度为2.76mg/L，Cu的浸出浓度为0.108mg/L，Zn的浸出浓度为0.49mg/L。
表1焚烧飞灰的化学组成
  成分   CaO   SiO2   Al2O3   Fe2O3   Na2O   K2O   MnO   TiO2   P2O5   Cl   SO3   F
  含量(wt./%)   53.02   4.36   0.94   1.75   5.71   5.46   0.30   0.56   0.26   18.88   5.18   1.15
  重金属   Zn   Pb   Cu   Cr   Cd   Ni
  含量(mg/kg)   5278.5   2251.4   1426.5   103.21   96.965   73.245
实施例2
一种城镇污泥，其性质如实施例1所述。一种高钙特征焚烧飞灰，其化学组成见表1，其Ca的含量（以氧化物形式表示）高达53.02%。在污泥中添加30%（质量百分含量）焚烧飞灰，混合物的pH值为9.8，置于污泥搅拌机搅拌90min，然后在通风条件下自然堆放7d，污泥和焚烧飞灰的含水率为32%，呈松散团状。对混合物采用国家标准HJ/T299-2007毒性浸出程序测试，Cd的浸出浓度未检出，Pb的浸出浓度为2.16mg/L，Cu的浸出浓度分别为未检出和0.088mg/L，Zn的浸出浓度为0.59mg/L。可以进入填埋场填埋。

Claims (4)

1.一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，需先对城镇污泥的成分和含水率进行测定，然后与焚烧飞灰混合，保证混合物的pH值为9-11，室温下稳定2-7天，然后进行填埋，焚烧飞灰中的钙质成分可以提高污泥的pH值，钝化重金属，消毒杀菌。
2.如权利要求1所述的一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，包括下述步骤：先将含水率为80%的城镇污水处理厂污泥与高钙含量的焚烧飞灰混合，焚烧飞灰占污泥质量的20%-50%，置于污泥混合搅拌机，进行充分搅拌，保证混合物的pH为9-11，均匀混合产物自然堆放2-7天，呈松散团状，然后进入填埋场填埋处置。
3.如权利要求1所述的一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，该方法中所用城镇污泥，含水率为78.2%，重金属Zn、Cu、Cr、Ni的含量分别为1046mg/kg、293mg/kg、244mg/kg和221mg/kg，Sr、Mn、Ba的含量分别为766mg/kg、535mg/kg和386mg/kg，所用的高钙特征焚烧飞灰，其Ca的含量为53.02％，在污泥中按质量百分含量添加40%的焚烧飞灰，混合物的pH值为10.4，置于污泥搅拌机搅拌60min，然后在通风条件下自然堆放7d，污泥和焚烧飞灰的含水率为30%，呈松散团状，对混合物采用国家标准HJ/T299-2007毒性浸出程序测试，Cd的浸出浓度未检出，Pb的浸出浓度为2.76mg/L，Cu的浸出浓度为0.108mg/L，Zn的浸出浓度为0.49mg/L。
4.如权利要求1所述的一种城镇污泥利用焚烧飞灰作为增钙钝化剂的方法，该方法中所用城镇污泥，含水率为78.2%，重金属Zn、Cu、Cr、Ni的含量分别为1046mg/kg、293mg/kg、244mg/kg和221mg/kg，Sr、Mn、Ba的含量分别为766mg/kg、535mg/kg和386mg/kg，所用高钙特征焚烧飞灰，其Ca的含量为53.02%，在污泥中按质量百分含量添加30%的焚烧飞灰，混合物的pH值为9.8，置于污泥搅拌机搅拌90min，然后在通风条件下自然堆放7d，污泥和焚烧飞灰的含水率为32%，呈松散团状，可以进入填埋场填埋，对混合物采用国家标准HJ/T299-2007毒性浸出程序测试，Cd的浸出浓度未检出，Pb的浸出浓度为2.16mg/L，Cu的浸出浓度分别为未检出和0.088mg/L，Zn的浸出浓度为0.59mg/L。
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