CN109665774A - 污泥固化稳定化复合材料及其制备方法，污泥固化稳定化处置方法及固化污泥 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污泥固化稳定化技术，具体公开了一种污泥固化稳定化复合材料的制备方法，包括以下步骤：A、建渣预处理；B、将预处理后建渣与其他污泥固化稳定化材料混合。此外，本发明还公开了由上述方法制得的污泥固化稳定化复合材料。以及用该污泥固化稳定化复合材料进行污泥固化稳定化处置的方法。以及由该处置方法制得的固化污泥。本发明的优点是：提供了一种建渣新用途，解决当前建渣回收利用率低的困境；制得的污泥固化稳定化复合材料能够迅速降低污泥含水率，缩短养护时间，改善力学性能，固定污泥中的有害污染物，减小处置体积，降低处置成本，实现多种固废资源化；得到的固化污泥具有含水率低、力学性能优异的特点。

Description

污泥固化稳定化复合材料及其制备方法，污泥固化稳定化处 置方法及固化污泥

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，尤其是一种污泥固化稳定化技术。

背景技术

本发明所述的建渣即建筑渣土，城市建设每年产生大量建渣，建渣的主要成分为废弃的混凝土块，砖块，砂浆，泥土，钢筋和铁件。

长期以来，我国的建渣再利用没有引起很大重视，通常是未经任何处理就被运到郊外或农村，采用露天堆放或填埋的方式进行处理。建渣的回收再利用成为城市建设的一大难题。同时，建渣中诸多材料可循环利用，不成熟的建渣处理方法无形中造成了极大的资源浪费。

对于建渣，目前主要采用分类处理和循环使用建渣。但面对日益庞大的建渣产生量，目前的回收利用方法仍然难以消化，尤其是建渣中废弃的混凝土块，碎裂的砖块，砂浆难以被有效回收，或回收成本太高，往往只能被丢弃。造成我国建渣利用率不足5％的局面，因此急需寻找一种低成本、便捷的建渣新用途。

另一方面，随着我国的污水处理产业的快速发展，污水处理能力及处理率增长迅速，同时污泥的产量也迅速增加。截至2017底，全国城镇污水处理量达到2.68亿立方米/天，湿污泥(含水率80％)年产生量突破6818万吨。据不完全统计，我国污水处理厂所产生的污泥，只有部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而这其中65％的污泥进入各级生活垃圾填埋场填埋，其中大部分污泥未进行固化-稳定化处置，污泥随意堆放在垃圾填埋场，形成巨大的污泥坑，对生活垃圾填埋场造成运行困难和安全问题已日益突出，引起了社会各界的关注。

固化-稳定化处理技术是通过添加固化稳定化材料(也称固化剂)，将污泥颗粒胶结，同时降低污泥含水率，改善其力学性能，固定污泥中的重金属等有毒有害污染物，使污泥能够达到填埋标准。

目前，国内外普遍采用水泥、生石灰、粉煤灰等作为固化稳定化材料，主要利用水泥、生石灰、粉煤灰等产生凝胶性水化物，胶结污泥颗粒。研究表明这些固化稳定化材料能较好的改善其力学性能，降低含水率，达到填埋或建筑用土标准，为了达到处置标准，需要大量加入水泥、生石灰、膨润土等工业产品，不仅造成庞大的资源浪费，现场处理场地负荷严重，也需要不菲的处置成本。

发明内容

为寻找一种建渣的新用途，同时降低污泥固化稳定化处置成本和处置体积，本发明提供了一种污泥固化稳定化复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：污泥固化稳定化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、建渣预处理，得到预处理后建渣；

B、将预处理后建渣与其他污泥固化稳定化材料混合，得到污泥固化稳定化复合材料。

将建渣与水泥、生石灰、粉煤灰等污泥固化稳定化材料混合组成的污泥固化稳定化复合材料用于处置污泥，可以显著改善处置后的固化污泥的抗压强度，并缩短养护至标准含水率的时间。这主要体现在使用相同质量百分比的固化稳定化复合材料并在养护至相同标准含水率的前提下，经含有建渣的复合材料处理的固化污泥的抗压强度显著高于不含建渣的对照组；且养护至相同标准含水率的时间短于对照组，固化性能显著提升。

而在相同的抗压强度和相同标准含水率的前提下，用含有一定比例的建渣的复合材料处理污泥，水泥等固化稳定化材料的用量可显著低于对照组，使得处置体积和成本大大降低。

其原因是经过筛选后的建渣的主要成分是废弃的混凝土块，砖块，砂浆。这些建材在生产或形成的过程中内部形成细小的孔隙结构，破碎成一定粒径的颗粒物时，内部细小孔隙暴露在外，在与污泥混合后污泥内部水分进入建渣颗粒孔隙，使污泥中的水分被颗粒孔隙吸附，局部含水率迅速降低，使得水分很快在混合物中均匀分布，有利于水泥、粉煤灰形成的凝胶性水化物的胶结力稳定，从而从整体上提高了固化污泥的抗压强度。同时，破碎后的建渣颗粒为非常坚硬的孔隙结构，其微观结构具有许多分枝或凸起和空腔或凹槽，能够使颗粒之间相互锁紧或卡紧，同时其高硬度的特点能起到作为固化污泥支架的作用，并且其孔隙结构还增强了与污泥中凝胶性物质的结合力，由此在污泥内部形成结合牢固的微型支架群，这是目前所使用的固化材料不具备的，从而进一步提高了固化污泥的抗压强度。

应当理解，上述说明是发明人根据研究结果对建渣作为固化稳定化材料时其作用原理的分析和认识结果，但是随着科技的发展和人类对事物认识的发展，未来研究对建渣作为固化稳定化材料时的作用机理可能会有新的发现和新的认识，因此上述说明不应当理解为对本发明的限制。

需要补充说明的是，本发明上述步骤B中所述的“其他污泥固化稳定化材料”指的是除了预处理后建渣以外的实际需要使用的污泥固化稳定化材料，因为建渣无法产生胶黏性，不能单独作为污泥固化稳定化材料使用。需要与其他的污泥固化稳定化材料一起使用。“其他污泥固化稳定化材料”可以是本领域常用的污泥固化稳定化材料或其组合物，如最常用的硅酸盐水泥、生石灰、粉煤灰或其组合物等；也可以是其他功能相同的材料或其组合物，除了以上材料外，还可以包括其他功能性材料。这是本领域技术人员容易理解的。

作为本发明的进一步改进，所述步骤A建渣预处理包括对所述建渣进行筛选，对筛选后的建渣进行破碎的步骤。这两个步骤是本发明的重要步骤，研究表明建渣中的金属物料和泥土对于固化污泥的含水率和抗压强度几乎无贡献，全部加入反而增大了处置体积，同时安全填埋也不允许有金属等尖锐物料，因此应当首先将其筛除，金属物料可单独回收，泥土可作为草皮基质的稀释料等。对筛选后的建渣进行破碎也至关重要，从堆放场获得的建渣主要是大型的碎块，其不具备上文所述的显著特点，反而体积太大导致污泥处置体积庞大，无法直接使用，需先进行破碎，试验表明破碎过程中也不是粒径越小越好，其原因可能是破碎过细反而使建渣粉化，孔隙与支撑结构被破坏。为起到本发明的功能，试验表明使用的建渣颗粒的粒径需要控制在1～20mm的范围内，最好是控制在5～10mm的范围内，因此需要在对建渣进行适当的破碎后筛分出所需粒径的建渣颗粒进行使用。

作为本发明的进一步改进，步骤B中所述的其他污泥固化稳定化材料包括硅酸盐水泥，生石灰和/或赤泥。其含义是：本方案中的“其他污泥固化稳定化材料”需包括硅酸盐水泥，除了包括硅酸盐水泥外，还应当包括生石灰或赤泥中的一种或两种。硅酸盐水泥是构成污泥固化稳定化复合材料的重要原料，其作用是产生胶凝性水化物，胶结污泥颗粒；生石灰的作用主要是中和污泥中的酸性物质，并和污泥中的水发生化学反应，有助于快速降低污泥含水率，并在短时间内除去污泥的臭气以及杀灭污泥中的病毒细菌。赤泥具有与生石灰类似的作用，技术人员可根据当地原料供给情况选择使用或组合使用。

作为本发明的进一步改进，步骤B中所述的其他污泥固化稳定化材料包括硅酸盐水泥，生石灰，粉煤灰，煤渣，赤泥和磷石膏。该方案为发明人提出的进一步的改良方案，其中加入的粉煤灰、煤渣和磷石膏均是工业废弃物，粉煤灰和煤渣均能产生胶凝性水化物，因此可取代部分水泥的加入，减少水泥添加量。磷石膏可填充污泥颗粒中的孔隙，使结构密实，抗压能力进一步增大，但由于磷石膏具有较强的酸性，使用磷石膏时最好加入适量碱性较强的赤泥用于中和酸性物质。

作为本发明的进一步改进，步骤B中所述的污泥固化稳定化复合材料由以下质量百分比的各组分组成：预处理后建渣15～35％，硅酸盐水泥15～35％，生石灰5～20％，粉煤灰10～25％，煤渣6～15％，赤泥0～15％，磷石膏0～15％，聚丙酰胺0～3％，羧甲基纤维素0～2％。

在该方案中发明人实际上是提出了一种污泥固化稳定化复合材料组合物，聚丙酰胺和/或羧甲基纤维素的加入，能增加污泥固化体的网状结构，达到进一步增加污泥抗压强度的目的。上述污泥固化稳定化复合材料组合物能够迅速降低污泥含水率，缩短养护时间，改善其力学性能，固定污泥中的重金属等有毒有害污染物，减小污泥的处置体积，降低污泥处置成本，且实现将建渣等固废资源化，很大程度上解决固废难以利用的问题。具有目前的污泥固化稳定化材料难以比拟的优点，具体应用效果可参见本发明实施例。

此外，本发明还公开并要求保护一种污泥固化稳定化复合材料，所述污泥固化稳定化复合材料即由上述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法制备得到。

此外，本发明还公开了一种污泥固化稳定化处置方法，包括如下步骤：

A、物料混合：将污泥与上述的污泥固化稳定化复合材料按一定比例混合均匀，得到混合料；

B、养护：将混合料养护至含水率及强度达到填埋要求，得到固化污泥。

更佳的，步骤A中所述的污泥固化稳定化复合材料占所述污泥重量的10～35％。

此外，本发明还公开并要求保护一种固化污泥，所述固化污泥由上述的污泥固化稳定化处置方法制得。该固化污泥具有含水率低，抗压强度优异，重金属等有害物质含量低的特点。不仅可进行卫生填埋，还可作为填埋场覆土材料。

本发明的有益效果是：1)本发明为城市建设产生的大量建渣寻找到一种新的用途，即作为污泥固化稳定化材料进行利用，一定程度上解决了当前建渣回收利用率低的困境。2)本发明提供的污泥固化稳定化复合材料制备方法及由其制备得到的污泥固化稳定化复合材料组合物能够迅速降低污泥含水率，缩短养护时间，改善其力学性能，固定污泥中的重金属等有毒有害污染物，减小污泥的处置体积，降低污泥处置成本，且实现将多种固废资源化，很大程度上解决固废难以利用的问题，具有目前的污泥固化稳定化材料难以比拟的优点。3)由本发明的方法处置得到的固化污泥具有含水率低、力学性能优异的特点，不仅满足国家标准的安全填埋要求，更可作为填埋场等的覆土材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

按照以下步骤制备污泥固化稳定化复合材料：

(1)建渣预处理：筛除建渣(成分按质量百分比计为：混凝土块17％，砖块36％，砂浆16％，金属物料9％，泥土18％，其他4％)中的金属物料和泥土后，将大块混凝土打碎，然后将筛选后的建渣送入破碎机中进行破碎，破碎后筛分出粒度为5～10mm的建渣颗粒，得到预处理后建渣；

(2)将预处理后建渣与其他污泥固化稳定化材料混合，得到污泥固化稳定化复合材料；所述污泥固化稳定化复合材料由以下质量分数的各组分组成：预处理后建渣25％，硅酸盐水泥18％，生石灰12％，粉煤灰17％，煤渣10.5％，赤泥9％，磷石膏7％，聚丙酰胺1.5％。

按照以下步骤进行污泥固化稳定化处置：

(3)将污泥(含水率87％)和上述污泥固化稳定化复合材料分别用螺旋输送机送入搅拌机中，充分搅拌15min，形成混合料，其中所加入的上述污泥固化稳定化复合材料占所述污泥重量的25％。

(4)将固化污泥在养护场养护28天，得到固化污泥。

(5)取上述固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，检测结果见表1。检测样品重金属物质浓度，检测结果见表2。

实施例二：

按照与实施例一相同的条件进行设计，与实施例一使用相同的原料，并同时同地养护，其区别在于：步骤(2)中污泥固化稳定化复合材料由以下质量分数的各组分组成：预处理后建渣22％，硅酸盐水泥20％，生石灰14％，粉煤灰16％，煤渣10％，赤泥7％，磷石膏9％，羧甲基纤维素2％；步骤(3)中加入的上述污泥固化稳定化复合材料占污泥重量的30％。

取该实施例制得的固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，检测结果见表1。检测样品重金属物质浓度，检测结果见表2。

实施例三：

按照与实施例一相同的条件进行设计，与实施例一使用相同的原料，并同时同地养护，其区别在于：步骤(1)中将筛选后的建渣送入破碎机中进行破碎，破碎后筛分出粒度为1～20mm的建渣颗粒，得到预处理后建渣；步骤(2)中污泥固化稳定化复合材料由以下质量分数的各组分组成：预处理后建渣5％，硅酸盐水泥24％，生石灰20％，粉煤灰19％，煤渣13％，赤泥8％，磷石膏9％，羧甲基纤维素1％，聚丙酰胺1％；步骤(3)中加入的上述污泥固化稳定化复合材料占污泥重量的16％。

取该实施例制得的固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，检测结果见表1。检测样品重金属物质浓度，检测结果见表2。

实施例四：

按照与实施例一相同的条件进行设计，与实施例一使用相同的原料，其区别在于：步骤(3)中将固化稳定化复合材料用移动搅拌机送入污泥坑，然后覆盖三防布进行原位养护28天，得到固化污泥。

取上述固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，检测结果见表1。检测样品重金属物质浓度，检测结果见表2。

实施例五(对比)：(在实施例一的基础上不加入建渣)

按照与实施例一相同的条件进行设计，与实施例一使用相同的原料，并同时同地养护，其区别在于：步骤(2)中的污泥固化稳定化复合材料由以下质量分数的各组分组成：

硅酸盐水泥24％，生石灰16％，粉煤灰23％，煤渣13.8％，赤泥12.2％，磷石膏9％、聚丙酰胺2％。

取该实施例制得的固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，检测结果见表1。

实施例六(对比)：(在实施例一的基础上不加入建渣，并养护至与实施例一含水率相同的水平，对比养护时间与抗压强度)

按照与实施例一相同的条件进行设计，与实施例一使用相同的原料，并同时同地养护，其区别在于：步骤(2)中的污泥固化稳定化复合材料由以下质量分数的各组分组成：硅酸盐水泥24％，生石灰16％，粉煤灰23％，煤渣13.8％，赤泥12.2％，磷石膏9％、聚丙酰胺2％。步骤(4)中在养护场将污泥养护至含水率为45.2％。

取该实施例制得的固化污泥样品进行含水率、无侧限抗压强度检测，并统计养护总时间，检测结果见表1。

表1：固化污泥物理性能检测结果表

表2：固化污泥中重金属物质浓度检测结果表(单位：mg/kg干污泥)

	总镉	总汞	总铅	总铬	总砷	总镍	总锌	总铜
									实施例一	0.9	2.5	68	197	14.6	28.6	443	143
实施例二	1.0	2.7	59	184	12.4	27.4	432	179
									实施例三	1.1	2.2	61	206	13.7	29.9	466	177
实施例四	1.0	2.6	66	211	13.3	28.5	448	163

Claims (10)

1.建渣作为污泥固化稳定化材料的用途。

2.污泥固化稳定化复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A、建渣预处理，得到预处理后建渣；

B、将预处理后建渣与其他污泥固化稳定化材料混合，得到污泥固化稳定化复合材料。

3.根据权利要求2所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A建渣预处理包括对所述建渣进行筛选，对筛选后的建渣进行破碎的步骤；所述对建渣进行筛选步骤为筛除建渣中的金属物料和泥土；所述对筛选后的建渣进行破碎的步骤为：对筛选后的建渣进行破碎，破碎后筛分出粒度为1～20mm的建渣颗粒。

4.根据权利要求3所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法，其特征在于：所述对筛选后的建渣进行破碎的步骤为：对筛选后的建渣进行破碎，破碎后筛分出粒度为5～10mm的建渣颗粒。

5.根据权利要求2～4中任一权利要求所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的其他污泥固化稳定化材料包括硅酸盐水泥，生石灰和/或赤泥。

6.根据权利要求2～4中任一权利要求所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的其他污泥固化稳定化材料包括硅酸盐水泥，生石灰，粉煤灰，煤渣，赤泥和磷石膏。

7.根据权利要求2～4中任一权利要求所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法，其特征在于：步骤B中所述的污泥固化稳定化复合材料由以下质量百分比的各组分组成：预处理后建渣15～35％，硅酸盐水泥15～35％，生石灰5～20％，粉煤灰10～25％，煤渣6～15％，赤泥0～15％，磷石膏0～15％，聚丙酰胺0～3％，羧甲基纤维素0～2％。

8.由权利要求2～7中任一权利要求所述的污泥固化稳定化复合材料的制备方法制得的污泥固化稳定化复合材料。

9.污泥固化稳定化处置方法，包括如下步骤：

A、物料混合：将污泥与权利要求8所述的污泥固化稳定化复合材料按一定比例混合均匀，得到混合料；所述的污泥固化稳定化复合材料占所述污泥重量的10～35％；

B、养护：将混合料养护至含水率及强度达到填埋要求，得到固化污泥。

10.由权利要求9所述的污泥固化稳定化处置方法制得的固化污泥。