CN105174686A - 一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂及其制备方法和应用，包括如下重量百分比的成分：硅酸盐水泥30%~50%，粉煤灰10%~30%，生石灰10%~30%，膨润土和海泡石10%~25%，氯化钙2%~5%。本发明的固化剂对于某些初步脱水的市政脱水污泥可进行固化/稳定化处理，提升污泥固化强度，降低污泥含水率，将污泥中重金属等有害成分钝化及无害化，处理成本较低，且处理效果良好。本工艺具有脱水污泥稳定化、减量化、无害化处理的优势，便于实现污泥资源化。

Description

一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及污泥处理领域，具体涉及一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着我国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设随之高速发展，截止2010年，城镇污水处理能力达到1.22亿立方米，“十二五”期间还将增加污水处理能力9000万立方米，但是污水处理厂污水处理运营规模扩大伴随产生大量的市政脱水污泥，以含水率80%计算，我国污泥产生量将突破3000万t/年，预计到2020年将达到6000万t/年。由于我国处于市政污水处置发展初期，污水处理设施建设过程中存在严重的“重水轻泥”发展思路，相比于发达国家污水处理厂的污泥处置成本占污水处理厂总投资的30%~50%，我国“十一五”期间污泥处置的投资比例仅占10%~20%，大多数中小型污水处理厂仅完成了污泥初步脱水过程，并未建立有效的后续处置设施。

从污水处理厂排出的原始市政污泥一般是含水量在95%?99%的胶溶状膏体物，具有体积庞大（是所含固体物体积的数十倍）、持水性好（不易脱水）、顶配曲线差、散发腐败恶臭气味的理化特点，因而十分不利于处理和运输。

市政污泥在经过初步浓缩脱水后变成已成型的泥块或泥饼，一般含水率在80%左右，其成分复杂,含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物等，若不妥善处理将会导致严重的二次污染。目前国内污泥的处置方法主要有填埋、堆肥农用、焚烧、自然干化及外运等。从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，有将近80%的市政污泥并未得到有效处置。

近年来，安全填埋技术发展迅速，但是我国污泥填埋处置绝大部分采取简易填埋方法，污泥坑内部及周边未采取任何防渗及防水措施，市政污泥也并未进行有效稳定化和固化处理，便运转到污泥坑中进行填埋处置。因此，当前亟需一种经济实惠、实用性较好，能够对市政脱水污泥进一步进行有效稳定化和固化处理的污泥固化剂。

发明内容

为了解决上述技术问题，针对具有高有机质、重金属含量特点的市政脱水污泥，可进行稳定化/固化处理，快速降低污泥的含水率，将污泥中重金属等有害物质无害化及钝化，选用的改性固化剂成分能够有效降低有机质对于固化剂水化反应遏制的影响，同时固化剂所组成成分在市场上通用常见、成本较低、制作工艺简易。本发明提供一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂及其制备方法和应用。

本发明提供一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，该固化剂为颗粒固体，颗粒直径小于1cm，包括如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥30%~50%，

粉煤灰10%~30%，

生石灰10%~30%，

膨润土和海泡石10%~25%，

氯化钙2%~5%。

以上各组成成分的比例是以纯度百分比形式所计算的，各组分在固化剂中所占的比例均是以选择100%纯度的物料所计算。

所述硅酸盐水泥规格为通用硅酸盐水泥PC32.5及以上，所述粉煤灰为二级粉煤灰，所述膨润土为钙基膨润土；

进一步地，所述膨润土和海泡石质量比为2:1；

进一步优选地，所述市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂包括如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥43%，

粉煤灰17%，

生石灰21%，

膨润土和海泡石16%，

氯化钙3%。

本发明还提供一种所述市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂的制备方法：选取上述固化剂中各组成成分的粉剂，颗粒直径均须小于1cm，依所述量取各成分后混合均匀，无成分添加先后顺序要求，即完成制备，制备后固化剂须在密封干燥条件下保存。

本发明还提供一种所述市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂的应用：针对一般市政脱水污泥含水率80%左右、有机质含量50%以下的特性，将所述固化剂加入市政脱水污泥中，然后将污泥和药剂混合物置于搅拌机中搅拌20min左右，至污泥和药剂均匀混合，然后将固化污泥置于室内避雨水条件下，静置养护3d~7d。一般市政脱水污泥性质为含水率80%左右、有机质含量50%以内，超出此范围的脱水污泥，本发明的固化剂也能够适用，添加比例对应增加即可。

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0.08~0.15:1。

本发明具有的优点在于：

（1）本发明的固化剂能够快速发生水化反应生成水化硅酸钙、羟基聚合物胶体和氢氧化钙等水化产物，从而将脱水污泥内部结合水、自由水、毛细水等难以析出的水分反应消耗，同时一部分转变成结合水，有效降低污泥含水率；

（2）对于有机质含量较高的市政脱水污泥，由于有机质会抑制固化剂水化反应从而降低污泥固化和稳定化的效果，本发明的固化剂成分能够有效抑制有机质对于固化剂水化反应的影响，提高对污泥的稳定化及固化效果；

（3）本发明的固化剂成分能够降低污泥中重金属离子活性，将重金属钝化剂无害化，同时能够将污泥中病原菌、细菌等有害物质杀死，实现污泥的无害化处理；

（4）本发明的固化剂所选用的原材料水泥、粉煤灰、生石灰、膨润土、海泡石和氯化钙都是常见的工业原料，能够实现固化剂材料的批量生产及大规模应用。

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。

本发明的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，包括如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥30%~50%，

粉煤灰10%~25%，

生石灰10%~30%，

膨润土和海泡石13%~25%，

氯化钙2%~5%。

根据不同的应用工程设计和实际工程应用效果要求，确定具体使用比例，一般来说对于含水率为80%左右、有机质含量为50%以下的市政脱水固化剂使用量为8~15%，每吨污泥掺量为80～150kg。含水量高则掺量越高，固化和稳定化效果要求高则掺加量越高，有机物含量高则掺加量越高，固化时间要求短则掺加量越高。实际工程应用中，使用本发明的固化剂3d后抗压强度可达到90~150kPa左右，含水量可迅速降至50%以下，7d后的无侧限抗压强度可以达到130~400kPa，重金属离子浸出浓度均低于《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007)中要求的标准。并且具有优越的防水性、水稳定性的特点。

实施例1

本实施例对于珠海市某市政污水处理厂市政脱水污泥，污泥性质为含水率81.2%、有机质含量48.7%，使用本发明固化剂与污泥的拌合比率为15%，在1吨脱水污泥中加入150kg本固化剂，采用搅拌机将污泥和药剂混合均匀，进行稳定固结试验。本实施例固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥50%，

粉煤灰25%，

生石灰10%，

膨润土和海泡石13%，

氯化钙2%。

固化搅拌完成后的污泥在室内、室温条件下养护7d，然后随机取样，按照土工试验标准尺寸取污泥样品检测其抗剪强度及无侧限抗压强度，同时试验完后的污泥进行含水率、重金属浸出试验。以下表1的数据是原污泥样品原始性质分析结果平均值，表2是固化后污泥样品在实验室的实验结果数据平均值，是用本发明实施例1的固化剂固化稳定化污泥后测得的固化效果。

表1污泥原始性质分析结果

含水率%	有机质含量%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
						81.2	48.7	437.53	215.80	24.55	17.49

表2固化后污泥样品性质分析结果

抗剪强度Pa	UCS kPa	含水率%	Zn g/kg	Cu mg/kg	Pb g/kg	As mg/kg
							54.6	126.1	36.7	19.53	12.47	1.09	0.54

根据表2试验结果，固化污泥样品含水率、强度等能够达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）中要求的标准，固化剂固化稳定化处理后的污泥浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007)中要求的标准。

实施例2

本实施例对于珠海市某市政污水处理厂市政脱水污泥，污泥性质为含水率76.2%、有机质含量43.5%，使用本发明固化剂与污泥的拌合比率为12%，在1吨脱水污泥中加入120kg本固化剂，采用搅拌机将污泥和药剂混合均匀，进行稳定固结试验。本实施例固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥30%，

粉煤灰10%，

生石灰30%，

膨润土和海泡石25%，

氯化钙5%。

固化搅拌完成后的污泥在室内、室温条件下养护7d，然后随机取样，按照土工试验标准尺寸取污泥样品检测其抗剪强度及无侧限抗压强度，同时试验完后的污泥进行含水率、重金属浸出试验。以下表3的数据是原污泥样品原始性质分析结果平均值，表4是固化后污泥样品在实验室的实验结果数据平均值，是用本发明实施例2的固化剂固化稳定化污泥后测得的固化效果。

表3污泥原始性质分析结果

含水率%	有机质含量%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
						76.2	43.5	376.34	158.74	18.72	31.45

表4固化后污泥样品性质分析结果

抗剪强度kPa	UCS kPa	含水率%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
							43.9	106.1	43.7	15.61	7.86	1.14	1.23

根据表4试验结果，固化污泥样品含水率、强度等能够达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）中要求的标准，固化剂固化稳定化处理后的污泥浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007)中要求的标准。

实施例3

本实施例对于珠海市某市政污水处理厂市政脱水污泥，污泥性质为含水率78.8%、有机质含量44.5%，使用本发明固化剂与污泥的拌合比率为10%，在1吨脱水污泥中加入100kg本发明的固化剂，采用搅拌机将污泥和药剂混合均匀，进行稳定固结试验。本实施例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20%，

生石灰20%，

膨润土和海泡石17%，

氯化钙3%。

固化搅拌完成后的污泥在室内、室温条件下养护7d，然后随机取样，按照土工试验标准尺寸取污泥样品检测其抗剪强度及无侧限抗压强度，同时试验完后的污泥进行含水率、重金属浸出试验。以下表5的数据是原污泥样品原始性质分析结果平均值，表6是固化后污泥样品在实验室的实验结果数据平均值，是用本发明实施例3的固化剂固化稳定化污泥后测得的固化效果。

表5污泥原始性质分析结果

含水率%	有机质含量%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
						78.8	44.5	397.76	357.17	42.90	20.21

表6固化后污泥样品性质分析结果

抗剪强度kPa	UCS kPa	含水率%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
							44.21	116.3	40.5	25.64	17.65	2.15	0.87

根据表3试验结果，固化污泥样品含水率、强度等能够达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）中要求的标准，固化剂固化稳定化处理后的污泥浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007)中要求的标准。

实施例4

本实施例对于珠海市某市政污水处理厂市政脱水污泥，污泥性质为含水率80.0%、有机质含量42.1%，使用本发明固化剂与污泥的拌合比率为8%，在1吨脱水污泥中加入80kg本发明的固化剂，采用搅拌机将污泥和药剂混合均匀，进行稳定固结试验。本实施例固化剂根据下述配方混合而成（重量百分比）：

硅酸盐水泥43%，

粉煤灰17%，

生石灰21%，

膨润土和海泡石16%，

氯化钙3%。

固化搅拌完成后的污泥在室内、室温条件下养护7d，然后随机取样，按照土工试验标准尺寸取污泥样品检测其抗剪强度及无侧限抗压强度，同时试验完后的污泥进行含水率、重金属浸出试验。以下表5的数据是原污泥样品原始性质分析结果平均值，表6是固化后污泥样品在实验室的实验结果数据平均值，是用本发明实施例3的固化剂固化稳定化污泥后测得的固化效果。

表5污泥原始性质分析结果

含水率%	有机质含量%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
						80.0	42.1	379.46	242.07	26.49	36.14

表6固化后污泥样品性质分析结果

抗剪强度kPa	UCS kPa	含水率%	Zn mg/kg	Cu mg/kg	Pb mg/kg	As mg/kg
							40.4	92.4	44.2	22.59	23.31	2.86	1.56

根据表6试验结果，固化污泥样品含水率、强度等能够达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（GB/T23485-2009）中要求的标准，固化剂固化稳定化处理后的污泥浸出毒性均低于《危险废物鉴别标准一浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007)中要求的标准。

从以上实施例可看出，本发明的固化剂对市政脱水污泥具有良好的处理效果，综合处理后的固化效果和药剂成本来看，实施例4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 (8)

1.一种市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，包括如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥30%~50%，

粉煤灰10%~30%，

生石灰10%~30%，

膨润土和海泡石10%~25%，

氯化钙2%~5%。

2.根据权利要求1所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述固化剂包括如下重量百分比的成分：

硅酸盐水泥43%，

粉煤灰17%，

生石灰21%，

膨润土和海泡石16%，

氯化钙3%。

3.根据权利要求2所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述膨润土和海泡石的质量比为2:1。

4.根据权利要求1所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂，其特征在于，所述硅酸盐水泥规格为PC32.5及以上，所述粉煤灰为二级粉煤灰，所述膨润土为钙基膨润土。

5.一种权利要求1所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂的制备方法，其特征在于，依所述量取该固化剂中各组成成分，混合均匀。

6.一种权利要求1所述的市政脱水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，搅拌均匀，养护。

7.根据权利要求6所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂的应用，其特征在于，所述固化剂的添加质量与污泥的质量比为0.08~0.15:1。

8.根据权利要求6所述的市政脱水污泥固化和稳定化的固化剂的应用，其特征在于，所述固化剂加入到污泥中养护3d-7d，完成污泥固化。