CN109053101B - 改性污泥及其制备方法以及其作为覆土材料的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了改性污泥及其制备方法以及其作为覆土材料的施工方法；由污水厂污泥、硫铝酸盐水泥和石灰所组成。与此同时，本发明还公开了改性污泥的制备方法以及改性污泥作为覆土材料的施工方法。本发明公开的日覆土或中层覆土不仅能够快速反应形成，即养护24小时便可以作为覆土材料使用，而且其强度与渗透性完全可满足作为覆土的工程力学性能要求。此外，垃圾填埋体中覆土的渗透系数后期还会增大，以降低中层滞水产生的可能性，并且污泥改性处理之后，其体积并未发生明显的增加，这样也就不会占用填埋场的库容。

Description

改性污泥及其制备方法以及其作为覆土材料的施工方法
技术领域
本发明属于污泥的资源化领域，尤其涉及一种以污水厂污泥改性作为填埋场日覆土或中层覆土的改性污泥、改性污泥的制备方法以及改性污泥作为覆土材料的施工方法。
背景技术
随着我国城市化的不断推进，产生的垃圾逐渐增多，垃圾围城现象已经成为城市发展过程中面临的一个难题。中国的城市生活垃圾等固体废弃物的年产量达2.9亿吨，且还在以8%~15%的高速度增长，居世界之首。卫生填埋场由于技术门槛低，处理量大，是废弃物的最终处置手段，也是现阶段垃圾的主要处理、处置措施之一，占总处理量的90.5%。
对于垃圾填埋场的覆土，《CJJ17-2004生活垃圾卫生填埋技术规范》要求，根据覆土材料的不同，单元覆土的厚度为20~25 cm，而中层覆土的厚度宜大于30 cm。一般可以采用黏土材料，但对于黏土材料短缺的地区，可以采用替代材料。《CJJ113-2007生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》提出除压实黏土、HDPE土工膜等不同形式外，如果填埋体的渗透系数偏低，易在填埋体中形成中层滞水，日覆土一般需要铲除后，再进行次日的垃圾填埋，这样工作量就很大。
黏土材料是常规土材料的首选，但是填埋场未必能保证稳定的黏土供应，且黏土按规范推荐的厚度进行施工，将占用垃圾填埋场的库容。为了降低黏土使用量，有不少专利提出采用改性土作为填埋场的覆土材料。有的提出以粉煤灰、熟石灰、半水石膏、黏土和水制成覆土材料；有的提出了以快硬硫铝酸盐水泥、填料、纤维素醚、胶黏剂、纤维、速凝剂、吸水树脂、驱鸟剂、除臭剂、憎水剂及颜料组成的覆土材料。上述采用的组成材料较为复杂，经济成本较高。还有的采用污泥和矿化垃圾混合后作为填埋场日覆土材料，臭味明显，施工现场环境质量差。除此之外，现有的专利没有考虑到覆土材料在进入填埋体的渗透系数，进入填埋体的渗透系数需要保持不变或增大，以减少中层滞水的产生。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种将污泥快速改性成具有强度和结构且后期渗透系数提高的覆盖材料的组分、制备方法以及使用改性污泥作为覆土材料的施工方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
改性污泥，其特征在于：所述改性污泥按照质量分数包括：
硫铝酸盐水泥 15%~30%；
生石灰 10%~15%；
脱水污泥 55%~75%。
作为优选，所述脱水污泥为城市污水厂的脱水污泥，并且该脱水污泥的湿基含水率在65%~80%，有机质含量在5%~15%。
改性污泥的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将污水厂脱水污泥倾倒至搅拌机中，并按照质量分数，把硫铝酸盐水泥与生石灰加至搅拌机之中，使三者充分搅匀，搅拌时间为5~10分钟，进而形成混合土材料；
步骤二：将步骤一中搅拌均匀的混合土料堆放在储泥堆场或储泥室中，养护24小时，存储温度控制在20±5℃以上，湿度在80%以上，并且养护过程中无需翻动，静置即可；
步骤三：将养护好的混合土材料进行重塑，以改变所述混合土材料的粒径分布，即破碎、研磨土材料，最终使改性污泥的颗粒粒径≤2 cm、湿基含水率低于60%、轻击击实后渗透系数在1×10-7 cm/s左右的数量级(酸性厌氧环境下渗透系数还会增长)以及无侧限抗压强度高于100 kPa。
改性污泥作为垃圾填埋场覆土材料的施工方法，该施工方法包括以下步骤：
步骤一：填埋场日覆土层或中层覆土层中应剔除有害的石块、土块以及其它碎屑，并应位于最大冰冻深度以下；
步骤二：以平碾或者羊角碾的方式在日覆土或者中层覆土工作面上进行覆盖作业，日覆盖以15 cm为宜，中层覆盖以20 cm为宜；
步骤三：覆盖施工作业应分层碾压，每层5~10 cm为宜，碾压效果通过压实度控制，压实度应达到95%以上。
本发明的有益效果是：
1、覆土材料主要为污水厂脱水污泥，污泥作为本来就是填埋场的固体废弃物，污泥经过改性处理后进入填埋场，并不会占用填埋场的计划库容，同时能够提供大量消耗污泥的去路；
2、采用的硫铝酸盐水泥具有快硬性，污泥固化处理之后经养护24小时，就可以作为覆土施工使用，满足日覆土使用周期快的特点；
3、改性污泥具有比较高的无侧限抗压强度，渗透系数较低，能够满足作为垃圾填埋场覆土的工程力学性能要求；
4、污泥中含有大量的有机质，改性污泥中有机质随着时间的降解将使其渗透系数不断提高，继而在次日施工前覆土不需要进行铲除，并且垃圾填埋体中不会形成中层滞水。
附图说明
图1为填埋场覆盖示意图。
其中：1-垃圾，2-日覆盖，3-中层覆盖。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
实施例1
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：15%；石灰：10%；污水厂污泥：75%。
实施例2
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：15%；石灰：15%；污水厂污泥：70%。
实施例3
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：20%；石灰：10%；污水厂污泥：70%。
实施例4
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：20%；石灰：15%%；污水厂污泥：65%。
实施例5
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：25%；石灰：10%；污水厂污泥：65%。
实施例6
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：25%；石灰：15%；污水厂污泥：60%。
实施例7
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：30%；石灰：10%；污水厂污泥：60%。
实施例8
一种以污水厂污泥改性的卫生填埋场覆土材料的组成成分及其质量百分数如下：硫铝酸盐水泥：30%；石灰：15%；污水厂污泥：55%。
实施案例1~8中的改性污泥成分经过下述的方法分别制成改性污泥材料（1 kg~2kg），具体操作步骤是：
步骤一：将污水厂脱水污泥倾倒至搅拌机中，并按照质量分数，把配制好的硫铝酸盐水泥与生石灰加至搅拌机中，使三者充分搅匀，搅拌时间为5~10分钟，进而形成混合土材料；
步骤二：将步骤一中搅拌均匀的混合土料堆放在储泥堆场或储泥室中，养护24小时，存储温度控制在20±5℃以上，湿度在80%以上，并且养护过程中无需翻动，静置即可；
步骤三：将养护好的混合土材料进行重塑，以改变所述混合土材料的粒径分布，即破碎、研磨土材料，最终使改性污泥的颗粒粒径≤2 cm、湿基含水率低于60%，轻击击实后渗透系数在1×10-7 cm/s左右的数量级和无侧限抗压强度高于100 kPa。
在20±5℃温度、90%的湿度条件下养护24小时；然后，对养护土样进行重塑并压实，模拟施工现场的压实过程，并按照GB/T50123-1999土工试验方法开展含水率试验、无侧限抗压强度试验以及常水头柔性壁渗透试验，获得的试验结果如下表1所示。
表1 不同配合比情况下污水厂改性污泥的基本参数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
注：渗透系数1为轻击击实之后土样的渗透系数；渗透系数2为在pH=6.5的酸性厌氧条件下养护30天的该土样渗透系数。
本实施例1~8通过调整污水厂污泥改性过程中各组分的配合比，得到一系列含水率不同、强度不一、渗透系数有差异的改性污泥。同时，对污泥改性后体积的变化进行了测定。
尽管添加了改性材料，但污泥的体积并没有发生显著的增长。例如，实施例3，添加材料总掺入量为30%，由于硫铝酸盐水泥和生石灰分别与水反应，改性后材料的密度升高，结构形态发生改变，污泥的体积增加仅为11%，因而体积的增容率不会成为改性污泥资源化利用的限制因素。
根据《GB/T 23485-2009城镇污水处理厂污泥处置—混合填埋用泥质》中关于污泥进入填埋场的规定：要求污泥或处理后的污泥含水率在60%以下。污水厂污泥经过改性处理后，含水率低于60%，实施例1~8均满足进入垃圾填埋场的要求。
在养护龄期达到24小时后，改性污泥的无侧限抗压强度均大于50 kPa，基本都在100 kPa以上，实施例8的强度甚至可以达到500 kPa，在这样的强度条件下，机械可以在上面进行施工作业；具体操作步骤如下：
步骤一：填埋场日覆土层或中层覆土层中应剔除有害的石块、土块以及其它碎屑，并应位于最大冰冻深度以下；
步骤二：以平碾或者羊角碾的方式在日覆土或者中层覆土工作面上进行覆盖作业，日覆盖以20 cm为宜，中层覆盖以15 cm为宜；
步骤三：覆盖施工作业应分层碾压，每层5~10 cm为宜，碾压效果通过压实度控制，压实度应达到95%以上。
对于日覆土或中层覆土，规范并没有关于渗透性能的明确规定，但是当改性土在承担覆土作用时，就需要一个相对较低的渗透系数，以减少降雨对垃圾填埋体的入渗。污水厂改性污泥的渗透系数都普遍较低，通常在1×10-7 cm/s左右的数量级，甚至更小，能够起到雨水以及污水的防护屏障作用。然而，改性污泥在长期的填埋体酸性厌氧环境中，其渗透系数后期会略有上升，进而降低中层滞水产生的可能性。
本发明还公开了改性污泥的制备方法以及改性污泥作为覆土材料的施工方法。本发明公开的日覆土或中层覆土不仅能够快速反应形成，即养护24小时便可以作为覆土材料使用，而且其强度与渗透性完全可满足作为覆土的工程力学性能要求。此外，垃圾填埋体中覆土的渗透系数后期还会增大，以降低中层滞水产生的可能性，并且污泥改性处理之后，其体积并未发生显著的增加，这样也就不会占用填埋场的库容。
本发明采用固化的方法，不仅利用水化反应降低含水率，同时生成的水化产物具有快速提高污泥强度的功能。因此该工艺在工程上具有实用价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.改性污泥作为垃圾填埋场覆土材料的施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：
步骤一：将污水厂脱水污泥倾倒至搅拌机中，并按照质量分数，把硫铝酸盐水泥与生石灰加至搅拌机之中，使三者充分搅匀，搅拌时间为5~10分钟，进而形成混合土材料；
步骤二：将步骤一中搅拌均匀的混合土材料堆放在储泥堆场或储泥室中，养护24小时，存储温度控制在20±5℃以上，湿度在80%以上，并且养护过程中无需翻动，静置即可；
步骤三：将养护好的混合土材料进行重塑，以改变所述混合土材料的粒径分布，即破碎、研磨土材料，最终使改性污泥的颗粒粒径≤2 cm、湿基含水率低于60%，轻击击实后渗透系数在1×10-7 cm/s的数量级和无侧限抗压强度高于100 kPa，本步骤中得到的改性污泥材料作为填埋场的覆土；
步骤四：填埋场日覆土层或中层覆土层中应剔除有害的石块、土块以及其它碎屑，并应位于最大冰冻深度以下；
步骤五：以平碾或者羊角碾的方式在日覆土或者中层覆土工作面上进行覆盖作业，日覆盖以15 cm为宜，中层覆盖以20 cm为宜；
步骤六：覆盖施工作业应分层碾压，每层5~10 cm为宜，碾压效果通过压实度控制，压实度应达到95%以上；
所述步骤一中改性污泥各组分的质量分数比为：
硫铝酸盐水泥 15%~30%；
生石灰 10%~15%；
脱水污泥 55%~75%。
2.如权利要求1所述的改性污泥作为垃圾填埋场覆土材料的施工方法，其特征在于：所述脱水污泥为城市污水厂的脱水污泥，并且该脱水污泥的湿基含水率在65%~80%，有机质含量在5%~15%。
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