CN104512994A - 污泥固化和稳定化的固化剂及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污泥固化和稳定化的固化剂，包含如下重量百分比的成分：硅酸盐水泥20~40%，粉煤灰10~30%，生石灰10~30%，硫酸亚铁10~30%，无机盐5～12%；其中，所述无机盐为铝盐、钙盐、钠盐、镁盐的其中一种或其两种以上任意组合。本发明的固化剂对于某些难以进行初步机械脱水的原始污泥可进行处理，能够简化处理工艺程序和难度，缩短工期，降低处理成本，且处理效果良好。

Description

污泥固化和稳定化的固化剂及其制备和应用

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种污泥固化和稳定化的固化剂及其制备和应用。

背景技术

污泥填埋场污泥由于含水率高、有机质含量高、强度较低，且有害成分如病原菌、重金属等含量高、所产生异味较重，因此亟需对其进行合适的处理处置，使其对生态环境和人类健康的危害程度能达到最低。我国污泥处理与处置目前尚处于起步阶段，随着我国城市化进程的加快，市政污泥产生量的增多，污泥的处理处置已成为我国环境保护中面临的日益紧迫和严峻的问题。

污泥卫生填埋是目前国内许多大型污水处理厂中常采取的方式，经过消化后的污泥有机物含量减少，性能稳定，总体积减少，脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资少、容量大、见效快。然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物，经雨水的侵蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是不安全的卫生问题，另外如场地不宜寻找，污泥运输和填埋场建设费用较高，填埋容量有限。

而在某个市政污泥填埋场污泥容量达到饱和时，需要对填坑里面的污泥进行处理处置后封场，减少其对生态环境和人体健康的风险和危害。由于固化/稳定化技术具有工艺简单且经济、处理效果较好、二次污染风险较小优点，已经逐渐成为污泥处理处置领域重要的技术之一。若能够对填坑污泥无需初步脱水即进行固化/稳定化处理，并且能够使污泥固化强度短时间快速提高至较高水平，将简化处理工艺程序和难度，缩短工期，符合成本效益，在经济上具有可操作性。

发明内容

为了解决上述技术问题，对未进行初步脱水的原始污泥进行固化/稳定化处理，同时需要考虑降低固化成本，降低污泥的含水率，增加固化体的早期强度，降低污泥浸出毒性，并尽可能的减少固化污泥的增容比，本发明提供了一种可对原始污泥进行处理的污泥固化和稳定化的固化剂及其制备和应用。

本发明的污泥固化和稳定化的固化剂，包含如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥  20~40%，

粉煤灰  10~30%，

生石灰  10~30%，

硫酸亚铁  10~30%，

无机盐 5～12%；

其中所述无机盐为铝盐、钙盐、钠盐、镁盐的其中一种或其两种以上任意组合。

优选地，所述无机盐为铝盐和钙盐的混合物。

优选地，所述铝盐和钙盐的质量比为1:1~5:1。

优选地，所述铝盐为硫酸铝或氯化铝的其中之一或其组合，所述钙盐为氯化钙或硫酸钙的其中之一或其组合。

进一步优选地，上述的污泥固化和稳定化的固化剂，包含如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥 33.2%，

粉煤灰15.4%，

生石灰23 .7%，

硫酸亚铁18.1 %，

铝盐7.2%

钙盐2.4%。

其中，上述铝盐优选为硫酸铝，钙盐优选为氯化钙。

本发明提供上述的污泥固化和稳定化的固化剂的制备方法：依所述量取各成分，混合均匀。

本发明还提供上述的污泥固化和稳定化的固化剂的应用：将所述固化剂加入到污泥中，搅拌，养护。

作为优选技术方案，所述固化剂的添加质量与污泥的质量比为0.3~0.5:1。

本发明的固化剂的优点在于：

（1）对于某些难以进行初步机械脱水的原始污泥可进行处理，能够简化处理工艺程序和难度，缩短工期，降低处理成本。

（2）所使用的固化剂材料具有早强效果，能够缩短固化/稳定化污泥的养护龄期，在较短的时间内即可达到工程所要求的强度。

（3）所选用的材料水泥、粉煤灰、生石灰、硫酸亚铁、铝盐和钙盐都是廉价的工业原料，能够实现固化/稳定化材料的批量生产及大规模应用。

（4）本发明添加固化剂的污泥不会产生二次污染，同时可以为污泥的再利用提供了良好的基础，符合环保要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明的污泥固化和稳定化的固化剂，包含如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥  20~40%，

粉煤灰  10~30%，

生石灰  10~30%，

硫酸亚铁  10~30%，

无机盐 5～12%；

其中所述无机盐为铝盐、钙盐、钠盐、镁盐的其中一种或其两种以上任意组合。

本发明固化剂作用原理如下：水泥在污泥固化中应用较为广泛，能快速发生水化反应生成水泥胶体等固化成分，前期有利于快速降低污泥中水分，后期可以作为构建固化体的骨架，是污泥固化体固化强度提高的主要贡献因素；原始污泥由于含水率较高，因此污泥结构填充物饱和度较低，加入一定量的粉煤灰可以作为填充剂，同时粉煤灰具有一定的吸水作用，而且粉煤灰作为工业废渣较便宜，能够替代部分硅酸盐水泥而节约固化剂成本；加入生石灰能与污泥中的水分发生反应，快速减少污泥中的水分，还能增加钙离子的饱和度，和二氧化硅反应生成水化硅酸钙等固化成分，提高固化体强度，同时生石灰还具有去除污泥的异味、杀菌等作用；硫酸亚铁本身具有较好的固化效果，能快速提高污泥固化强度，且成本较低；铝盐、钙盐、镁盐和钠盐（实验研究铝盐、钙盐效果较好）具有早强剂的作用，能在短时间内将污泥的固化强度提高到较高的水平，因此选择铝盐和钙盐作为早强剂。

根据不同的应用工程设计和实际基础的承载力要求，确定具体使用比例，一般来说对于含水率高达95%以上的原始污泥的固化剂使用量为30～50%，每吨污泥掺量为300～500kg。含水量高则掺量越高，承载力要求高则掺加量越高，淤泥里有机物含量高则掺加量越高，固化时间要求短掺量越高。使用本发明的固化剂4d后抗压强度可达到120~150kPa左右，含水量可迅速降至30%以下，7d后的无侧限抗压强度可以达到200~400kPa，并且具有优越的防水性、水稳定性和水硬性的特点。尤其是污泥中所含的重金属、病原体等污染物被固结、封闭后大大减少了其渗出率，经检测，有良好的环保性能。经测试可耐长期的雨水的浸泡而不会出现浸出污染物，并能保持较强的承载力。

实施例1

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥  20%，

粉煤灰  30%，

生石灰  30%，

硫酸亚铁  15%，

铝盐和钙盐  5%，

其中，铝盐为硫酸铝，钙盐为氯化钙，硫酸铝与氯化钙的质量比例为3:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂500 kg，4d后强度可以达到143 kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。经检测，重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

（2）实施例2

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥  40%，

粉煤灰  10%，

生石灰  30%，

硫酸亚铁  15%，

铝盐和钙盐  5%，

其中，铝盐为硫酸铝，钙盐为氯化钙，硫酸铝与氯化钙的质量比例为3:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂450kg，4d后强度可以达到151kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。经检测，重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例3

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥  40%，

粉煤灰 10%，

生石灰：10%，

硫酸亚铁：30%，

铝盐和钙盐：10%，

其中，铝盐为氯化铝，钙盐为硫酸钙，氯化铝与硫酸钙的质量比例为1:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂450 kg，4d后强度可以达到137kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例4

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥  40%

粉煤灰 10%

生石灰：28%

硫酸亚铁：10%

铝盐和钙盐：12%

其中，铝盐为氯化铝，钙盐为氯化钙，氯化铝与氯化钙的质量比例为1:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂350 kg，4d后强度可以达到126kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例5

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥  40%

粉煤灰 10%

生石灰：20%

硫酸亚铁：18%

铝盐和钙盐：12%

其中，铝盐为硫酸铝 ，钙盐为硫酸钙，硫酸铝与硫酸钙的质量比例为5:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂300 kg，4d后强度可以达到123kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例6

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥 33.2%，

粉煤灰15.4%，

生石灰23 .7%，

硫酸亚铁18.1 %，

铝盐7.2%，

钙盐2.4%。

其中，所述铝盐为硫酸铝，所述钙盐为氯化钙，硫酸铝和氯化钙质量比为3:1。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂330 kg，4d后强度可以达到130kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例7

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥 35%，

粉煤灰15%，

生石灰24%，

硫酸亚铁18 %，

硫酸铝8%。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂400 kg，4d后强度可以达到120 kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例8

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥28%，

粉煤灰20%，

生石灰22%，

硫酸亚铁20 %，

氯化钙10%。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂450kg，4d后强度可以达到125 kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例9

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥35%，

粉煤灰18%，

生石灰20%，

硫酸亚铁15 %，

硅酸钠（水玻璃）12%。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂500 kg，4d后强度可以达到110 kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

实施例10

本实施例对污泥厂污泥所用的污泥固化和稳定化的固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥 25%，

粉煤灰22%，

生石灰30%，

硫酸亚铁18%，

氯化镁5%。

上述固化剂应用：在每吨含水率高达96.3%的原始污泥中加入上述配比的固化剂500 kg，4d后强度可以达到100 kPa，满足填埋处置强度要求，也满足建筑填土强度要求。重金属的浸出液浓度检测符合浸出毒性鉴别标准。

从以上实施例可看出，本发明的固化剂对原始污泥具有良好的处理效果，综合处理后的强度和药剂成本来看，实施例6的固化剂是实际生产中的最佳选择。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，包含如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥  20~40%，

粉煤灰  10~30%，

生石灰  10~30%，

硫酸亚铁  10~30%，

无机盐 5～12%；

其中，所述无机盐为铝盐、钙盐、钠盐、镁盐的其中一种或其两种以上任意组合。

2.根据权利要求1所述的污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述无机盐为铝盐和钙盐的混合物。

3.根据权利要求2所述的污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述铝盐和钙盐的质量比为1:1~5:1。

4.根据权利要求2所述的污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述铝盐为硫酸铝或氯化铝的其中之一或其组合，所述钙盐为氯化钙或硫酸钙的其中之一或其组合。

5.根据权利要求2所述的污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，包含如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥 33.2%，

粉煤灰15.4%，

生石灰23 .7%，

硫酸亚铁18.1 %，

铝盐7.2%

钙盐2.4%。

6.根据权利要求4所述的污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述铝盐为硫酸铝，所述钙盐为氯化钙。

7.权利要求1-6任一项所述的污泥固化和稳定化的固化剂的制备方法，其特征在于，依所述量取各成分，混合均匀。

8.权利要求1-6任一项所述的污泥固化和稳定化的固化剂的应用，其特征在于，将所述固化剂加入到污泥中，搅拌，养护。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述固化剂的添加质量与污泥的质量比为0.3~0.5:1。