CN110860546A - 以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料及其制备方法，涉及污泥处理技术领域。该垃圾填埋场覆盖材料包括污泥30～50wt％和建筑渣土50～70wt％，其中污泥的含水率不超过65wt％，污泥脱水至含水率不超过65wt％前先经厌氧消化处理。厌氧消化后的污泥经建筑渣土改良后能够达到垃圾填埋场覆盖材料要求，拓宽了污泥资源化途径，同时实现了污泥和渣土资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，尤其是涉及一种以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料及其制备方法。
背景技术
污泥作为污水处理的副产物，其产量逐年增加，如何将产量大、成分复杂的污泥经过科学处理后使其减量化、稳定化、无害化、资源化，已成为我国乃至世界环保领域广泛关注的课题。目前污泥的终端处置方法有土地利用、焚烧、建材利用、填埋等方法。
垃圾填埋场在按照卫生填埋工艺进行作业时，需要覆盖材料对垃圾表面进行及时覆盖，避免垃圾与环境的直接接触。覆盖材料的需要量巨大，约占到垃圾填埋场总容量的10％左右，并且国内多数填埋场由于受到地理环境条件的限制，周边难以找到可以满足覆盖层要求的大量土壤，或者填埋场所在当地根本不允许开采珍贵的泥土资源。
因此，将污泥改性，以使其适用于作为垃圾填埋场的覆盖材料对污泥的处理以及垃圾填埋场覆盖材料的革新具有重要意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料，拓宽了污泥资源化途径，同时实现了污泥和渣土资源化利用。
本发明的第二目的在于提供上述垃圾填埋场覆盖材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料，该垃圾填埋场覆盖材料污泥30～50wt％和建筑渣土50～70wt％，所述污泥的含水率≤65wt％，所述污泥脱水至含水率≤65wt％前先经厌氧消化处理。
优选地，所述垃圾填埋场覆盖材料的原料包括(a)～(c)中的任意一种；
(a)污泥30wt％和建筑渣土70wt％；
(b)污泥40wt％和建筑渣土60wt％；
(c)污泥50wt％和建筑渣土50wt％。
优选地，含水率≤65wt％的污泥中还包括调理剂；
优选地，所述调理剂包括无机调理剂和/或有机调理剂；
优选地，所述无机调理剂包括三氯化铁；
优选地，三氯化铁的用量为污泥干基的4～7wt％；
优选地，所述有机调理剂包括聚丙烯酰胺；
优选地，聚丙烯酰胺的用量为污泥干基的4～7wt‰；
优选地，所述调理剂包括三氯化铁和聚丙烯酰胺。
优选地，将经厌氧消化处理的污泥依次与三氯化铁和聚丙烯酰胺混合，再脱水至含水率≤65wt％；
优选地，污泥与三氯化铁混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与三氯化铁搅拌混合时间为10～20min；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺搅拌混合时间为8～12min。
优选地，污泥和建筑渣土的混合物过10目筛。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述垃圾填埋场覆盖材料的制备方法，包括将经厌氧消化的污泥脱水至含水率≤65wt％，然后与建筑渣土按照配方量混合均匀。
优选地，包括将经厌氧消化的污泥脱水至含水率≤65wt％，然后与建筑渣土按照配方量混合均匀。
优选地，污泥使用板框压滤机脱水至含水率≤65wt％。
优选地，厌氧消化处理后的污泥含水率为91～93wt％。
优选地，先将经厌氧消化的污泥使用调理剂调理，再脱水至含水率≤65wt％；
优选地，将经厌氧消化后的污泥依次与配方量的三氯化铁和配方量的聚丙烯酰胺混合均匀，然后将污泥脱水至含水率≤65wt％；
优选地，污泥与三氯化铁混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与三氯化铁搅拌混合时间为10～20min；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺搅拌混合时间为8～12min。
优选地，将含水率≤65wt％的污泥和建筑渣土按照配方量混合均匀后粉碎至过10目筛。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料主要包括污泥和建筑渣土，其中污泥先经厌氧消化处理，以使污泥无害化和稳定化。通过合理配比污泥和建筑渣土的用量，能够良好的改良污泥的力学性能，同时缓解了填埋场封场取土难等问题，实现了污泥和渣土资源化利用。
厌氧消化后的污泥经建筑渣土改良后能够达到垃圾填埋场覆盖材料要求，拓宽了污泥资源化途径，节约了黏土资源。以建筑渣土作为污泥的改良剂，以废治废，可直接使用，且容易大量获取，节省了如水泥固化剂等资源的投入。且本发明提供的垃圾填埋场覆盖材料还具备绿植生长所需营养基质，待垃圾填埋场封场之后，可美化填埋场周边环境，改善人民的生活环境。
本发明还提供了上述垃圾填埋场覆盖材料的制备方法，该方法包括将经厌氧消化的污泥脱水至含水率≤65wt％，然后与建筑渣土按照配方量混合均匀。该制备方法工艺简单，操作方便，应用时所需设备投入小，节省投资和运行费用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明效果例2中各组垃圾填埋场覆盖材料绿植实验结果。
具体实施方式
下面将结合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。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种垃圾填埋场覆盖材料，该垃圾填埋场覆盖材料主要包括污泥和建筑渣土。本发明使用的污泥先经厌氧消化处理。厌氧消化为污泥在厌氧条件下，由厌氧菌和兼性菌将污泥中的可生物降解的有机物分解为CH4、CO2、H2O和H2S的消化技术。厌氧消化可使污泥无害化和稳定化。本发明使用的污泥含水率≤65wt％。以污泥作为垃圾填埋场覆盖材料的主要原料，使污泥得到二次利用，变废为宝，使废弃物资源化。
本发明提供的垃圾填埋场覆盖材料中还包含建筑渣土，建筑渣土是指在建筑工程、装饰工程、修复和养护工程中所产生的建筑垃圾和工程渣土，虽然渣土可作为道路路基填料使用，但依然存在大量的渣土被遗弃，严重影响着人们正常生活的环境，因此，将污泥和建筑渣土作为垃圾填埋场覆盖材料的主要原料，不仅缓解了填埋场封场取土难等问题，同时实现了污泥和渣土资源化利用。
通过合理配比污泥和建筑渣土的用量，能够良好的改良污泥的力学性能。本发明提供的垃圾填埋场覆盖材料中，含水率≤65wt％的污泥的用量为30～50wt％，例如可以为但不限于为30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％；建筑渣土的用量为50～70wt％，例如可以为但不限于为50wt％、55wt％、60wt％、65wt％或70wt％。
本发明提供的垃圾填埋场覆盖材料，基于经厌氧消化的污泥的泥质，通过降低污泥中的含水率，以及经建筑渣土改良后达到垃圾填埋场覆盖材料标准，实现了污泥的资源化利用，节约了土地资源。本发明通过建筑渣土改良经厌氧消化的污泥，符合污泥《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T 23485-2009)中污泥用作垃圾填埋场覆盖添加料的限制要求，不仅拓宽了经厌氧消化的污泥的应用途径，同时也有效地利用了渣土，减轻了渣土被遗弃造成的生态破坏，具有变废为宝的优点。本发明提供的垃圾填埋场覆盖材料在保证垃圾填埋场覆盖材料质量的同时，具备促进绿植生长的能力，并且拥有保湿效果，具有美化垃圾填埋场的功能。
综上本发明基于经厌氧消化的稳定化、无害化的污泥，以建筑渣土为改良剂，制备垃圾填埋场覆盖材料，合理利用了污泥和渣土的属性，拓宽了污泥处置方式，同时满足绿植的基本生长需求，达到了以废治废，变废为宝的目的。
调整垃圾填埋场覆盖材料中污泥和建筑渣土的配比能够调节垃圾填埋场覆盖材料的含水率、横向剪切强度和植物种子在垃圾填埋场覆盖材料中的生长率。污泥含量增加能够提高含水率和横向剪切强度；建筑渣土含量的提高有利于种子发芽。在一些优选的实施方式中，垃圾填埋场覆盖材料的原料按照如下任一种的配比效果较佳：(a)污泥30wt％和建筑渣土70wt％；(b)污泥40wt％和建筑渣土60wt％；以及(c)污泥50wt％和建筑渣土50wt％。
在一些优选的实施方式中，所述含水率≤65wt％的污泥中还包括调理剂，调理剂能使污泥胶质微粒表面起化学反应，中和污泥胶质微粒的电荷，促使污泥微粒凝聚成大的颗粒絮体，同时使水从污泥颗粒中分离出来，提高污泥的脱水性能。调理剂可选择无机调理剂或有机调理剂，也可将无机调理剂和有机调理剂结合使用。无机调理剂效果好且价格较低，无机调理剂优选使用三氯化铁。三氯化铁使污泥中的悬浊粒子混凝，改善污泥的脱水性能。三氯化铁的用量优选为污泥干基的4～7wt％，例如可以为但不限于为4wt％、5wt％、6wt％或7wt％。有机调理剂用量较少，而且没有腐蚀性，优选使用聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺的用量优选为污泥干基的4～7wt‰，例如可以为但不限于为4wt‰、5wt‰、6wt‰或7wt‰。
在一些优选的实施方式中，优选将经厌氧消化处理的污泥依次与三氯化铁和聚丙烯酰胺混合，再脱水至含水率≤65wt％。其中污泥与三氯化铁混合优选采用搅拌混合，搅拌混合时间优选10～20min，例如可以为但不限于为10min、12min、15min、17min或20min。污泥与聚丙烯酰胺混合优选采用搅拌混合，搅拌混合时间优选8～12min，例如可以为但不限于为8min、9min、10min、11min或12min。
在一些优选的实施方式中，所述垃圾填埋场覆盖材料过10目筛，其覆盖性能较好，且植物种子在其中也较易生长。
根据本发明的另一个方面，本发明还提供了上述垃圾填埋场覆盖材料的制备方法，该方法包括将经厌氧消化的污泥脱水至含水率≤65wt％，然后与建筑渣土按照配方量混合均匀，通过使用建筑渣土给污泥改性，使改性后的污泥能够作为垃圾填埋场覆盖材料。该制备方法工艺简单，操作方便，应用时所需设备投入小，节省投资和运行费用。
本发明不限制污泥使用的脱水方法，本领域常规的脱水方式均可以用于本发明中厌氧消化后的污泥的脱水。厌氧消化后的污泥含水率一般为91～93wt％，优选使用板框压滤机脱水至含水率≤65wt％。板框压滤机具有过滤推动力大、滤饼的含固率高、滤液清澈和固体回收率高的优点。
在一些优选的实施方式中，在将污泥脱水前，优选先使用调理剂对污泥进行调理。调理剂能够加速污泥的浓缩过程，改善污泥的脱水效果。优选按照如下方法调理带脱水的污泥：
将经厌氧消化后的污泥依次与配方量的三氯化铁和配方量的聚丙烯酰胺混合均匀，其中污泥与三氯化铁混合优选采用搅拌混合，搅拌混合时间优选10～20min，例如可以为但不限于为10min、12min、15min、17min或20min。然后再将污泥与聚丙烯酰胺混合，优选采用搅拌混合，搅拌混合时间优选8～12min，例如可以为但不限于为8min、9min、10min、11min或12min。将经调理剂调理后的污泥脱水处理，至污泥的含水率≤65wt％。
在一些优选的实施方式中，将按照配方量混合后的污泥和建筑渣土粉碎，粉碎至过10目筛。
下面结合优选实施例进一步说明本申请的技术方案和有益效果。
实施例中使用的污泥来源于天津市津南污泥处理厂经厌氧消化后的污泥，其泥质如表1所示：
表1 津南污泥处理厂厌氧消化后污泥和渣土性质
实施例1
(1)厌氧消化污泥板框脱水；经厌氧消化处理后的污泥(含水率91～93wt％)利用高程差流入污泥调理池，同时添加三氯化铁，添加量为污泥干基的5wt％，搅拌15min后，投加污泥干基的5wt‰的聚丙烯酰胺，充分搅，10min后分别经过低压、高压泵注入板框压滤机，经压滤后排出泥饼，泥饼含水率小于65wt％。
(2)将步骤(1)得到的污泥和建筑渣土掺混均匀，其中污泥的用量为30wt％，建筑渣土的用量为70wt％。
(3)将步骤(2)得到的混合物粉碎，经粉碎机打碎后，过10目的筛子，获得垃圾填埋场覆盖材料。
实施例2
(1)厌氧消化污泥板框脱水，方法同实施例1中的(1)。
(2)将步骤(1)得到的污泥和建筑渣土掺混均匀，其中污泥的用量为40wt％，建筑渣土的用量为60wt％。
(3)方法同实施例1中(3)。
实施例3
(1)厌氧消化污泥板框脱水，方法同实施例1中的(1)。
(2)将步骤(1)得到的污泥和建筑渣土掺混均匀，其中污泥的用量为50wt％，建筑渣土的用量为50wt％。
(3)方法同实施例1中的(3)。
实施例4
(1)厌氧消化污泥板框脱水；经厌氧消化处理后的污泥(含水率91～93wt％)利用高程差流入污泥调理池，同时添加三氯化铁，添加量为污泥干基的7wt％，搅拌10min后，投加污泥干基的4wt‰的聚丙烯酰胺，充分搅，12min后分别经过低压、高压泵注入板框压滤机，经压滤后排出泥饼，泥饼含水率小于65wt％。
(2)方法同实施例3中(2)。
(3)方法同实施例3中(3)。
对比例1
对比例1与实施例3的区别在于，污泥的用量为20wt％，建筑渣土的用量为80wt％。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，污泥的用量为60wt％，建筑渣土的用量为40wt％。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，将未经厌氧消化的污泥直接脱水至含水率≤65wt％，然后和建筑渣土混合。
效果例1
检测各实施例和对比例的含水率、横向剪切强度和臭气浓度，含水率采用CJ/T221所述方法，横向剪切强度采用GB/T50123所述方法，臭气浓度采用GB/T14675中所述方法。结果如表2所示。
表2
效果例2
以高羊茅为供试草本植物，分别以实施例1～3垃圾填埋场覆盖材料作为培养土，每盆中均匀播撒100粒种子，置于20～25℃房间中，视基质干湿情况，定期洒水保湿，考察了不同配比下获得覆盖材料对高羊茅生长的影响，结果如表3和图1所示，图1中从左至右依次为空白对照、实施例1、实施例2和实施例3。
表3
| 组别 | 发芽率(％) |
| 实施例1 | 80 |
| 实施例2 | 68 |
| 实施例3 | 62 |
| 空白对照 | 85 |
从上述效果例可以看出，厌氧消化处理后的污泥经建筑渣土改良后，基本要求、生物学指标、污染物指标均达到城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质GB/T 23485-2009垃圾填埋覆盖土用泥的要求，可以作为垃圾填埋场覆盖材料。
绿植试验表明：随着污泥添加量的增加，发芽率有减少的趋势，试验组“30wt％脱水泥+70wt％渣土”、“40wt％脱水泥+60wt％渣土”、“50wt％脱水泥+50wt％渣土”发芽率分别较对照组下降5.9％、20％、27.1％，发芽率的降低可通过稍微多播撒种子弥补，具备促使绿植正常发育生长的能力；另外，相比于对照组，试验组具有较强的保湿吸水特性，在应用时可有效减少因浇水而增加的水费和人力费用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种以污泥为基的垃圾填埋场覆盖材料，其特征在于，包括污泥30～50wt％和建筑渣土50～70wt％，所述污泥的含水率≤65wt％，所述污泥脱水至含水率≤65wt％前先经厌氧消化处理。
2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场覆盖材料，其特征在于，所述垃圾填埋场覆盖材料的原料包括(a)～(c)中的任意一种；
(a)污泥30wt％和建筑渣土70wt％；
(b)污泥40wt％和建筑渣土60wt％；
(c)污泥50wt％和建筑渣土50wt％。
3.根据权利要求1所述的垃圾填埋场覆盖材料，其特征在于，含水率≤65wt％的污泥中还包括调理剂；
优选地，所述调理剂包括无机调理剂和/或有机调理剂；
优选地，所述无机调理剂包括三氯化铁；
优选地，三氯化铁的用量为污泥干基的4～7wt％；
优选地，所述有机调理剂包括聚丙烯酰胺；
优选地，聚丙烯酰胺的用量为污泥干基的4～7wt‰；
优选地，所述调理剂包括三氯化铁和聚丙烯酰胺。
4.根据权利要求3所述的垃圾填埋场覆盖材料，其特征在于，将经厌氧消化处理的污泥依次与三氯化铁和聚丙烯酰胺混合，再脱水至含水率≤65wt％；
优选地，污泥与三氯化铁混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与三氯化铁搅拌混合时间为10～20min；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺搅拌混合时间为8～12min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的垃圾填埋场覆盖材料，其特征在于，污泥和建筑渣土的混合物过10目筛。
6.权利要求1-5任一项所述的垃圾填埋场覆盖材料的制备方法，其特征在于，包括将经厌氧消化的污泥脱水至含水率≤65wt％，然后与建筑渣土按照配方量混合均匀。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，污泥使用板框压滤机脱水至含水率≤65wt％。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，厌氧消化处理后的污泥含水率为91～93wt％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，先将经厌氧消化的污泥使用调理剂调理，再脱水至含水率≤65wt％；
优选地，将经厌氧消化后的污泥依次与配方量的三氯化铁和配方量的聚丙烯酰胺混合均匀，然后将污泥脱水至含水率≤65wt％；
优选地，污泥与三氯化铁混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与三氯化铁搅拌混合时间为10～20min；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺混合采用搅拌混合；
优选地，污泥与聚丙烯酰胺搅拌混合时间为8～12min。
10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，其特征在于，将含水率≤65wt％的污泥和建筑渣土按照配方量混合均匀后粉碎至过10目筛。
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