CN109293326B - 一种用于淤泥污泥处理的固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由包括以下组分的原料制备而成：污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；石灰12重量份～18重量份；粉煤灰15重量份～20重量份；凹凸棒土13重量份～15重量份；聚丙烯酰胺3重量份～4重量份。与现有技术相比，本发明提供的固化剂以污泥焚烧灰渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥焚烧灰渣的循环利用；更重要的是，本发明提供的固化剂采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品对淤泥污泥的固化速度快、效果好，固化后的产品含水率低且力学性能较好，同时重金属浸出含量低。

Description

一种用于淤泥污泥处理的固化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及污泥焚烧灰渣资源化技术领域，更具体地说，是涉及一种用于淤泥污泥处理的固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
目前，处理污泥的方法主要有填埋、海洋投弃、堆肥和焚烧等方法，其中污泥焚烧以其占地面积少、无菌、焚烧灰渣可循环利用等优点，逐渐成为一种可靠而有效的污泥处理方法。如今，世界各国已经开始深入研究污泥焚烧后的灰渣的有效利用，如何实现污泥焚烧灰渣的循环利用已经逐渐被各界关注。
淤泥污泥处理目前主要通过添加水泥、石灰等固化剂来提高淤泥污泥的强度，使其具有良好工程特性，从而可在市政工程、堤防加固工程、道路工程、填方工程中作为良好的填土材料应用。但是，现有技术中的淤泥污泥处理技术存在固化剂成本高、固化后产品含水率高且力学性能较差，并且固化后的产品存在有害物质溶出的问题，重金属浸出含量高，应用受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于淤泥污泥处理的固化剂及其制备方法和应用，本发明提供的固化剂以污泥焚烧灰渣为主要原料，成本低、无污染，实现了污泥焚烧灰渣的循环利用，并且该固化剂对淤泥污泥的固化速度快、效果好，且固化后的产品重金属浸出含量低。
本发明提供了一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；
石灰12重量份～18重量份；
粉煤灰15重量份～20重量份；
凹凸棒土13重量份～15重量份；
聚丙烯酰胺3重量份～4重量份。
优选的，所述污泥焚烧灰渣由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和焚烧制备而成；
所述焚烧的温度为950℃～1050℃。
优选的，所述石灰为活性石灰；所述石灰的水活性度为300mL～400mL，体积密度为1.5g/cm3～2g/cm3，气孔率为40％～50％，比表面积为0.5cm2/g～1.5cm2/g。
优选的，所述粉煤灰的细度为4％～6％，需水量比为85％～95％，烧失量为1.5％～2.5％。
优选的，所述凹凸棒土的粒度为280目～320目，分散粘度为1400mPa.s～1600mPa.s，松密度为0.5g/mL～0.6g/mL。
优选的，所述聚丙烯酰胺的分子量为1300万～1500万，固含量为90％～98％，水解度为20％～30％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的固化剂的制备方法，包括以下步骤：
将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合后研磨至粒径小于200目，得到固化剂。
本发明还提供了一种淤泥污泥的处理方法，采用上述技术方案所述的固化剂对淤泥污泥进行固化。
优选的，所述固化剂的添加量为淤泥污泥所用质量的8％～18％。
优选的，所述固化的过程具体为：
将固化剂添加到淤泥污泥中进行搅拌，再露天摊晒至固化完全，完成淤泥污泥处理；
所述搅拌的转速为14r/min～18r/min，时间为30min～60min。
本发明提供了一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由包括以下组分的原料制备而成：污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；石灰12重量份～18重量份；粉煤灰15重量份～20重量份；凹凸棒土13重量份～15重量份；聚丙烯酰胺3重量份～4重量份。与现有技术相比，本发明提供的固化剂以污泥焚烧灰渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥焚烧灰渣的循环利用；更重要的是，本发明提供的固化剂采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品对淤泥污泥的固化速度快、效果好，固化后的产品含水率低且力学性能较好，同时重金属浸出含量低。实验结果表明，本发明提供的固化剂用于淤泥处理，固化后的产品10d含水率为41％～44％，无侧限抗压强度为0.99mPa～1.05mPa，30d含水率为22％～25％，无侧限抗压强度为1.20mPa～1.25mPa，180d含水率为16％～19％，无侧限抗压强度为1.38mPa～1.45mPa；30d铅浸出含量由8.56mg/kg降低至0.06mg/kg～0.09mg/kg，30d汞浸出含量由0.95mg/kg降低至0.01mg/kg～0.04mg/kg。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且生产成本低，适合大规模工业生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；
石灰12重量份～18重量份；
粉煤灰15重量份～20重量份；
凹凸棒土13重量份～15重量份；
聚丙烯酰胺3重量份～4重量份。
在本发明中，所述污泥焚烧灰渣优选由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和焚烧制备而成。本发明对所述生活污泥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的城市污泥即可。在本发明中，所述生活污泥的含水率优选为70％～90％，更优选为80％。
在本发明中，所述反稀释的目的是将生活污泥的含水率调整至90％～99％，优选为95％。
在本发明中，所述脱水的目的是将上述含水率较高的泥浆脱水至含水率为55％～65％，优选为60％，得到污泥泥饼。本发明对所述脱水的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的板框压滤脱水系统即可。
在本发明中，所述热干化处理的目的是将上述污泥泥饼的含水率降至35％～45％，优选为40％。本发明对所述热干化处理的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥干化机即可；所述污泥泥饼通过输送设备至该污泥干化机。
在本发明中，所述焚烧的温度优选为950℃～1050℃，更优选为1000℃。本发明对所述焚烧的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥焚烧系统即可；热干化处理后的污泥泥饼通过输送设备至该污泥焚烧系统。在本发明中，所述焚烧的过程在有氧条件下进行。
在本发明中，所述污泥焚烧灰渣除的主要化学组成物质为SiO2和A12O3，熟料充分水化后，形成水化硅酸钙、钙钒石以及水化硅铝酸钙，并穿插在土壤颗粒间，能够增强土体的密实性，提高固化体的抗压强度，从而实现了污泥焚烧灰渣的资源化利用。在本发明中，所述污泥焚烧灰渣在使用前，优选还进行预处理；所述预处理的目的是脱除残留在污泥焚烧灰渣中的重金属，保证后期应用的安全性。在本发明中，所述预处理优选具体为：
在所述污泥焚烧灰渣中添加重金属去除剂，采用高温热法工艺，得到预处理后的污泥焚烧灰渣。在本发明中，所述重金属去除剂优选包括CaCl2和/或MgO；所述高温热法工艺的温度优选为900℃～1000℃，更优选为950℃。
在本发明中，所述固化剂包括60重量份～70重量份的污泥焚烧灰渣。在本发明优选的实施例中，所述污泥焚烧灰渣分别为60重量份、65重量份、70重量份。
在本发明中，所述石灰优选为活性石灰；所述活性石灰具有高反应能力的体积密度小、气孔率高、比表面积大、晶粒细小的特点，能够与淤泥污泥中的水分发生反应，不仅能提高pH，使重金属转化成氢氧化物等沉淀，同时也可发出大量热，促进水分蒸发，加快淤泥污泥的固化。在本发明中，所述活性石灰优选由普通石灰焙烧而成；所述焙烧的温度优选为1100℃～1200℃，更优选为1150℃。本发明对所述焙烧的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的回转窑或新型竖窑(套筒窑)均可。在本发明中，所述石灰的水活性度优选为300mL～400mL，更优选为350mL；所述石灰的体积密度优选为1.5g/cm3～2g/cm3，更优选为1.8g/cm3；所述石灰的气孔率优选为40％～50％，更优选为45％；所述石灰的比表面积优选为0.5cm2/g～1.5cm2/g，更优选为1.0cm2/g。在本发明中，所述固化剂包括12重量份～18重量份的石灰。在本发明优选的实施例中，所述石灰分别为12重量份、15重量份、18重量份。
在本发明中，所述粉煤灰的细度(R90)优选为4％～6％，更优选为5％；所述粉煤灰的需水量比优选为85％～95％，更优选为90％；所述粉煤灰的烧失量优选为1.5％～2.5％，更优选为2％。本发明对所述粉煤灰的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的由热电站烟囱收集的灰尘即可。粉煤灰属于火山灰性质的混合材料，其主要成分是硅、铝、铁、钙、镁的氧化物，具有潜在的化学活性，在一定条件下，能够与水反应生成类似于水泥凝胶体的胶凝物质，并具有一定的强度。在本发明中，所述固化剂包括15重量份～20重量份的粉煤灰。在本发明优选的实施例中，所述粉煤灰分别为20重量份、18重量份、15重量份。
在本发明中，所述凹凸棒土的粒度优选为280目～320目，更优选为300目；所述凹凸棒土的分散粘度优选为1400mPa.s～1600mPa.s，更优选为1500mPa.s；所述凹凸棒土的松密度优选为0.5g/mL～0.6g/mL，更优选为0.55g/mL。本发明对所述凹凸棒土的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。凹凸棒土是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，土质细腻，有油脂滑感，质轻、性脆，断口呈贝壳状或参差状，吸水性强，并能吸附机污染物和重金属离子。在本发明中，所述固化剂包括13重量份～15重量份的凹凸棒土。在本发明优选的实施例中，所述凹凸棒土分别为15重量份、14重量份、13重量份。
在本发明中，所述聚丙烯酰胺的分子量优选为1300万～1500万，更优选为1400万；所述聚丙烯酰胺的固含量优选为90％～98％，更优选为95％；所述聚丙烯酰胺的水解度优选为20％～30％，更优选为25％。本发明对所述聚丙烯酰胺的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明优选的实施例中，所述聚丙烯酰胺(PAM)为阴离子型，具有吸附架桥的作用，利用分子吸附不同的颗粒分子，使其聚集，强颗粒间的交联度，便于淤泥污泥的干化。在本发明中，所述固化剂包括3重量份～4重量份的聚丙烯酰胺。在本发明优选的实施例中，所述聚丙烯酰胺分别为4重量份、3重量份。
本发明提供的固化剂以污泥焚烧灰渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥焚烧灰渣的循环利用；更重要的是，本发明提供的固化剂采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品对淤泥污泥的固化速度快、效果好，固化后的产品含水率低且力学性能较好，同时重金属浸出含量低。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的固化剂的制备方法，包括以下步骤：
将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合后研磨至粒径小于200目，得到固化剂。
本发明将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合后研磨至粒径小于200目，得到固化剂。在本发明中，所述污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。本发明对所述研磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的研磨机即可。
本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且生产成本低，适合大规模工业生产。
本发明还提供了一种淤泥污泥的处理方法，采用上述技术方案所述的固化剂对淤泥污泥进行固化。本发明对所述淤泥污泥的来源没有特殊限制，如可采用本领域技术人员熟知的河道淤泥或市政污泥均可。
在本发明中，所述固化剂的添加量优选为淤泥污泥所用质量的8％～18％。本发明提供的固化剂能够在较低掺加量的前提下实现淤泥污泥的处理且处理效果好，处理后的产品能够作为土方使用；在本发明优选的实施例中，所述固化剂的添加量优选为淤泥污泥所用质量的8％。
在本发明中，所述固化的过程优选具体为：
将固化剂添加到淤泥污泥中进行搅拌，再露天摊晒至固化完全，完成淤泥污泥处理。本发明对所述搅拌的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的大型搅拌机即可。在本发明中，所述搅拌的转速优选为14r/min～18r/min，更优选为16r/min；所述搅拌的时间优选为30min～60min，更优选为40min。
本发明提供了一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由包括以下组分的原料制备而成：污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；石灰12重量份～18重量份；粉煤灰15重量份～20重量份；凹凸棒土13重量份～15重量份；聚丙烯酰胺3重量份～4重量份。与现有技术相比，本发明提供的固化剂以污泥焚烧灰渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥焚烧灰渣的循环利用；更重要的是，本发明提供的固化剂采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品对淤泥污泥的固化速度快、效果好，固化后的产品含水率低且力学性能较好，同时重金属浸出含量低。实验结果表明，本发明提供的固化剂用于淤泥处理，固化后的产品10d含水率为41％～44％，无侧限抗压强度为0.99mPa～1.05mPa，30d含水率为22％～25％，无侧限抗压强度为1.20mPa～1.25mPa，180d含水率为16％～19％，无侧限抗压强度为1.38mPa～1.45mPa；30d铅浸出含量由8.56mg/kg降低至0.06mg/kg～0.09mg/kg，30d汞浸出含量由0.95mg/kg降低至0.01mg/kg～0.04mg/kg。
另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且生产成本低，适合大规模工业生产。
为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品；其中，所用的污泥焚烧灰渣为含水率为80％生活污泥，通过反稀释将污泥含水率调至95％，再通过板框压滤脱水系统将含水率95％的泥浆脱水至含水率60％的污泥泥饼，该污泥泥饼通过输送设备送往污泥干化机进行热干化处理，使污泥泥饼含水率降至40％，然后通过输送设备进入污泥焚烧系统，在有氧条件下，温度为1000℃条件下发生燃烧反应，形成的产物；所用的石灰为活性石灰，由普通石灰在套筒窑内1150℃下焙烧而成，水活性度为350mL，体积密度为1.8g/cm3，气孔率为45％，比表面积为1.0cm2/g；所用的粉煤灰为一级标准，细度为5.0％，需水量比为90％，烧失量为2.0％；所用的凹凸棒土为一级品，粒度为300目，分散粘度为1500mPa.s，松密度为0.55g/mL；所用的聚丙烯酰胺(PAM)为阴离子型，分子量为1400万，固含量为95％，水解度为25％。
实施例1
(1)原料配比：污泥焚烧灰渣60kg，石灰12kg，粉煤灰20kg，凹凸棒土15kg，聚丙烯酰胺4kg。
(2)将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合均匀，用研磨机研磨至粒径小于200目，得到用于淤泥污泥处理的固化剂。
(3)将步骤(2)得到的用于淤泥污泥处理的固化剂添加到深圳某河道淤泥(初始含水率为84.8％，铅浸出含量为8.56mg/kg，汞浸出含量为0.95mg/kg)中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的8％，然后在大型搅拌机中在16r/min转速下搅拌40min，搅拌结束后，露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理；得到的产物可作为土方使用。
实施例2
(1)原料配比：污泥焚烧灰渣65kg，石灰15kg，粉煤灰18kg，凹凸棒土14kg，聚丙烯酰胺4kg。
(2)将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合均匀，用研磨机研磨至粒径小于200目，得到用于淤泥污泥处理的固化剂。
(3)将步骤(2)得到的用于淤泥污泥处理的固化剂添加到深圳某河道淤泥中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的8％，然后在大型搅拌机中在16r/min转速下搅拌40min，搅拌结束后，露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理；得到的产物可作为土方使用。
实施例3
(1)原料配比：污泥焚烧灰渣70kg，石灰18kg，粉煤灰15kg，凹凸棒土13kg，聚丙烯酰胺3kg。
(2)将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合均匀，用研磨机研磨至粒径小于200目，得到用于淤泥污泥处理的固化剂。
(3)将步骤(2)得到的用于淤泥污泥处理的固化剂添加到深圳某河道淤泥中进行固化试验；所述固化剂的添加量为淤泥质量的8％，然后在大型搅拌机中在16r/min转速下搅拌40min，搅拌结束后，露天摊晒至固化完全，完成淤泥处理；得到的产物可作为土方使用。
对比例1
采用实施例1提供的制备方法制备得到固化剂，并在相同条件下进行淤泥处理，区别在于：采用同质量的石灰代替粉煤灰和凹凸棒土，即原料除污泥焚烧灰渣和聚丙烯酰胺外，采用单一的石灰47kg。
对比例2
采用实施例1提供的制备方法制备得到固化剂，并在相同条件下进行淤泥处理，区别在于：采用同质量的粉煤灰代替石灰和凹凸棒土，即原料除污泥焚烧灰渣和聚丙烯酰胺外，采用单一的粉煤灰47kg。
对比例3
采用实施例1提供的制备方法制备得到固化剂，并在相同条件下进行淤泥处理，区别在于：采用同质量的凹凸棒土代替粉煤灰和石灰，即原料除污泥焚烧灰渣和聚丙烯酰胺外，采用单一的凹凸棒土47kg。
对固化10天、30天、180天的产物进行分析检测，结果参见表1所示。
表1实施例1～3和对比例1～3提供的固化剂分别用于淤泥处理的效果数据
Figure BDA0001877195640000091
Figure BDA0001877195640000101
由表1可知，采用本发明实施例1～3提供的固化剂用于淤泥污泥处理，固化速度快、效果好、掺加量低，处理后的产品含水率低且力学性能较好，同时后期强度也不会降低，并且重金属浸出含量明显降低。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种用于淤泥污泥处理的固化剂，由以下组分的原料制备而成：
污泥焚烧灰渣60重量份～70重量份；
石灰12重量份～18重量份；
粉煤灰15重量份～20重量份；
凹凸棒土13重量份～15重量份；
聚丙烯酰胺3重量份～4重量份；
所述污泥焚烧灰渣由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和焚烧制备而成；
所述焚烧的温度为950℃～1050℃。
2.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述石灰为活性石灰；所述石灰的水活性度为300mL～400mL，体积密度为1.5g/cm3～2g/cm3，气孔率为40％～50％，比表面积为0.5cm2/g～1.5cm2/g。
3.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述粉煤灰的细度为4％～6％，需水量比为85％～95％，烧失量为1.5％～2.5％。
4.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述凹凸棒土的粒度为280目～320目，分散粘度为1400mPa.s～1600mPa.s，松密度为0.5g/mL～0.6g/mL。
5.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺的分子量为1300万～1500万，固含量为90％～98％，水解度为20％～30％。
6.一种权利要求1～5任一项所述的固化剂的制备方法，包括以下步骤：
将污泥焚烧灰渣、石灰、粉煤灰、凹凸棒土和聚丙烯酰胺混合后研磨至粒径小于200目，得到固化剂。
7.一种淤泥污泥的处理方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的固化剂对淤泥污泥进行固化。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述固化剂的添加量为淤泥污泥所用质量的8％～18％。
9.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于，所述固化的过程具体为：
将固化剂添加到淤泥污泥中进行搅拌，再露天摊晒至固化完全，完成淤泥污泥处理；
所述搅拌的转速为14r/min～18r/min，时间为30min～60min。
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