CN111448968B - 一种利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供一种利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，该方法操作便捷，成本低廉，可大规模应用，利用工业固体废弃物和生物质废弃物，实现高效改良且能实现尾泥和固体废弃物的综合利用。本发明利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其包括以下步骤：在自来水厂尾泥中加入磷石膏基固化材料并混合均匀，降低尾泥含水率，引入营养元素并且固定土壤、减少水土流失；再添加黏土尾矿吸附材料并混合均匀，吸附固定尾泥中重金属离子；最后加入改良材料并混合均匀，改善尾泥理化性能，增加有机质含量和总养分。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种改良制备绿化土的方法，更具体地说涉及一种利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，属于废物资源化利用技术领域。
背景技术
自来水厂常规净水工艺中，原水的大量泥沙、腐殖质、藻类、细菌和胶体颗粒等有机和无机杂质在加入混凝剂后形成了絮凝颗粒，絮凝颗粒在沉淀池和滤池中被截留。因此自来水厂在生产大量饮用水的同时产生了大量的排泥水和泥浆(污泥)。近年来，自来水厂泥浆量呈指数型増长的态势，每年大约产生150-240万吨干泥浆，如此巨量的泥浆需要合理筹划研究，进行经济有效的综合利用，否则简单地处理或直接排入到自然环境中，不仅严重污染环境，而且还会造成水资源与能源的浪费，因此合理处置给水厂泥浆成为当前亟需解决的问题。
目前，给水厂污泥的常规处置方式主要是直接排放，包括排入水体、污水管道、大海以及陆地的填埋。对于中小型给水厂，距污水处理厂较近且在污水处理厂负荷能力内，可通过直接排放以达到减少成本、节约费用的目的。(1)填埋处理：早期在不具备水厂泥浆处理条件的地区通常选择将泥浆尾泥送至垃圾填埋场进行处理。垃圾填埋场通常建在远离城市的地方，脱水泥浆含水率较高导致了运输成本也比较高，且在运输过程中也存在着一定的安全隐患。因此，填埋处理受制于距离和运输成本，已逐渐减少或被禁止。(2)海洋抛投：当前，海洋权益越来越受到国际化会的重视，群众的环保理念也在逐渐提升，海洋投弃作为一种转移环境危害的方法，己经受到了群众的广泛质疑和一些海洋大国的强烈反对，相关国家和组织纷纷出台了一系列的禁令来限制海洋抛投。(3)水厂联合污水厂共同运营，将水厂厂区污水同排泥水一同送至污水厂，可降低水厂的运行成本和管理成本。但是过量的排泥水容易造游积在管道中，成城市污水管网的堵塞，因此，此方法只适合中小规模的水厂。
随着我国中医药产业的迅速发展，中药渣的排放量逐年增加。据估计，我国中药企业每年要消耗植物类药材数百万吨，随之产生的植物类药渣多达几千万吨(含水分)。中药药渣含有大量纤维素、蛋白质、脂质及多种微量，是一种可循环利用的生物质资源，可用于生产有新价值的产品。将中药药渣用于自来水厂尾泥的改良，可转化为生物有机肥料，提高中药渣的利用率，改善生活环境，对构建资源节约型、环境友好型社会以及推动农业绿色发展具有重要的意义。
在农业生产过程中，磷石膏的应用也有着一定的价值。利用经过环保处理的磷石膏，可以制备出土壤的调理剂，借助化学反应，通过合理的加工，可以制备出硫酸钾及硫酸铵。对于磷石膏当中的有机磷及铁、硫、镁等化学元素进行提取，能够丰富土壤成分。虽然磷石膏的化学元素是复杂的，但在土壤当中，只要不存在对土壤环境及周遭环境有害的成分，成分得到一定的丰富，是可以提升土质的。即是说为了转变盐碱土壤的物理及化学性质，改变土壤状态，以经过合理的处理的磷石膏作为土壤的调节剂是有应用价值的。对于用磷石膏生产出的硫酸铵加以利用，能够使磷石膏当中的硫得到利用，硫是植物生长所需的重要营养元素之一，有利于增产。磷石膏与碳酸氢铵相互反应会得出硫酸铵溶液，硫酸铵是优质的氮肥，有着促进农作植物生长的作用，进而提高作物产量。磷石膏经过净化，可与碳酸氢铵及氨气产生反应，生成硫酸钾，是优质的钾肥，对于忌氯的经济作物是适用的。
磷石膏属于气硬性材料，耐水性较差，其主要化学成份是二水硫酸钙(CaSO4·2H2O)，自身在水中的的溶解度大，因此在湿润状态下，石膏易产生溶解现象，各晶体之间的结合力也会减弱，尤其在动水溶蚀作用下会产生不可恢复的强度损失现象。在磷石膏中掺入富硅铝质矿物材料，使其在水化过程中生成难溶于水的，且具有一定强度的硅酸钙凝胶(C-S-H)或者钙矾石(AFt)，有效地填充土团粒间的空隙，并连接土壤颗粒形成网状结构，使尾泥结构变得稳定，提高工程性能的同时，改善了生化性能。富硅铝质矿物材料不仅能够提高磷石膏的耐水性能，同时也能使得土壤的保水性能有进一步提升，能够有效避免水土流失问题。
黏土尾矿吸附材料是一种具有二维层状及棒状结构的含水富镁铝酸盐混合矿物材料，因成本低廉、储量丰富、机械强度高、化学稳定性好、实用性强、交换容量高、环保等优点，引起了科研人员的广泛关注。黏土尾矿吸附材料是一种性能优异的吸附剂，其吸附作用包括了物理吸附和化学吸附两种类型，前者主要受黏土尾矿吸附材料的比表面积、孔结构中的结构电荷的影响，后者与黏土尾矿吸附材料表面的Si-OH等基团、氢键、类质同晶置换作用等有关。
自来水厂尾泥的无害化、减量化、资源化手段是目前最具潜力的处置方式，研制新的处置和利用方法，实现自来水厂尾泥的资源化利用势在必行。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，该方法操作便捷，成本低廉，可大规模应用，利用工业固体废弃物和生物质废弃物，实现高效改良且能实现尾泥和固体废弃物的综合利用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其包括以下步骤：在自来水厂尾泥中加入磷石膏基固化材料并混合均匀，降低尾泥含水率，引入营养元素并且固定土壤、减少水土流失；再添加黏土尾矿吸附材料并混合均匀，吸附固定尾泥中重金属离子；最后加入改良材料并混合均匀，改善尾泥理化性能，增加有机质含量和总养分。
本发明上述的利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其进一步的技术方案是所述的磷石膏基固化材料由磷石膏和富硅铝质矿物材料组成，磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为 3:5～5:7；磷石膏基固化材料的用量为尾泥质量的5～15％。
本发明上述的利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的黏土尾矿吸附材料用量为磷石膏基固化材料和尾泥总质量的1～3‰。
本发明上述的利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的改良材料为中药药渣生物质废弃物；改良材料用量为磷石膏基固化材料、尾泥和黏土尾矿吸附材料总质量的20～40％。
本发明上述的利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其进一步的技术方案还可以是所述的添加黏土尾矿吸附材料并混合均匀后将尾泥放置焖料8～16h，将尾泥的含水率控制在 50～70％。
本发明上述的利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法中，其最优方案是：磷石膏基固化材料的添加量为10％，黏土尾矿吸附材料添加量为2‰，焖料时间为12h时，处理后尾泥的含水量为60％；改良材料与尾泥的质量比为3:7。
本发明具有以下有益效果：
在改良过程中，使用磷石膏基固化材料通过化学水化反应和物理吸附作用降低尾泥的含水率并且固定土壤、减少水土流失，同时引入营养元素；在磷石膏中掺入富硅铝质矿物材料，使其在水化过程中生成硅酸钙凝胶(C-S-H)或者钙矾石(AFt)，具有一定的强度且难溶于水，使得土壤结构变得稳定，能够有效提高磷石膏基材料的耐水性能和结构强度，有效解决水土流失问题；黏土尾矿吸附材料是层链状结构，呈棒状或纤维状集合体，具有较大的比表面积，能够很好的吸附和固定尾泥的重金属离子；添加改良材料来增加尾泥中的有机质含量，达到绿化用土的要求。
本发明的方法操作便捷，成本低廉，可大规模应用，利用工业固体废弃物和生物质废弃物，实现高效改良且能实现尾泥和固体废弃物的综合利用。
附图说明
图1为黏土尾矿吸附材料XRD图像；
图2为黏土尾矿吸附材料扫描电镜图；
图3为磷石膏基固化材料XRD图像；
图4为磷石膏基固化材料扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
以0.5:9.5质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为3:7组成，同时称取总质量1‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料8h；
以1:9质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例2
以0.5:9.5质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为3:7组成，同时称取总质量2‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料12h；
以1:9质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例3
以1:9质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为4:6组成，同时称取总质量2‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料12h；
以2:8质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例4
以1:9质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为4:6组成，同时称取总质量2‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料12h；
以3:7质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例5
以1.5:8.5质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为4:6组成，同时称取总质量3‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料12h；
以3:7质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例6
以1.5:8.5质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为5:5组成，同时称取总质量3‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料12h；
以4:6质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
实施例7
以1.5:8.5质量比称取磷石膏基固化材料和尾泥，其中磷石膏基固化材料由磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为5:5组成，同时称取总质量3‰黏土尾矿吸附材料放于搅拌锅中搅拌均匀，将搅拌均匀后的尾泥置于密封袋内焖料16h；
以4:6质量比称取改良材料和尾泥，置于搅拌锅内搅拌均匀，加以人工细整使其混合均匀。
经实验测试和分析：
自来水厂尾泥含水率很高，并且黏性较高，不适合做绿化种植土使用，表1为尾泥组分。
改良后尾泥理化性状有了明显改善，含水率有了较大的降低，且尾泥变得疏松透气。
图1为黏土尾矿吸附材料XRD图，图2为黏土尾矿吸附材料扫描电镜图，表2为黏土尾矿吸附材料组分。
黏土尾矿吸附材料是一种灰白色细粉状物质。图1为黏土尾矿吸附材料的XRD图，其主要物相是(Mg,Al)5(Si,Al)8O20(OH)2·8H2O。由图2的扫描电镜图可以看出，黏土尾矿吸附材料是一种层链状结构，呈棒状或纤维状集合体，具有较大的比表面积，这些特点使其具有一定的吸附性能。
图3为磷石膏基固化材料XRD图，图4为磷石膏基固化材料扫描电镜图，表3为磷石膏组分，表4为富硅铝质矿物材料组分。
由图3可知，磷石膏基固化材料主要组分为CaSO4·2H2O。由图4可知，磷石膏基固化材料主要呈板块状。磷石膏基固化材料中的硅、铝化合物会发生水化反应，生成硅酸钙凝胶(C-S-H)或者钙矾石(AFt)，具有一定的强度且难溶于水，使得土壤结构变得稳定，能够有效提高磷石膏基材料的耐水性能和结构强度，有效解决水土流失问题；磷石膏中还含有P、S等养分元素，给尾泥中增加养分。
表5为尾泥和改良土浸出液检测结果
由表5可知，黏土尾矿吸附材料的加入，对尾泥中重金属离子具有一定的吸附作用，能够很好的吸附固定重金属离子。
表6改良土送检结果
由表6可知，实施例4改良土的种子发芽率能够达到100％，各项指标能够达到绿化用土的标准。
表1自来水厂尾泥组分
表2黏土尾矿吸附材料组分(黏土尾矿吸附材料购自盱眙天元猫砂有限公司)
表3磷石膏的组分
表4富硅铝质矿物材料的组分(富硅铝质矿物材料购自江苏洋河新城新材料有限责任公司)
表5尾泥和改良土浸出液检测结果
表6改良土送检结果
Claims (2)
1.一种利用自来水厂尾泥改良制备绿化土的方法，其特征在于包括以下步骤：在自来水厂尾泥中加入磷石膏基固化材料并混合均匀，降低尾泥含水率，引入营养元素并且固定土壤、减少水土流失；再添加黏土尾矿吸附材料并混合均匀，吸附固定尾泥中重金属离子；最后加入改良材料并混合均匀，改善尾泥理化性能，增加有机质含量和总养分；所述的磷石膏基固化材料由磷石膏和富硅铝质矿物材料组成，磷石膏与富硅铝质矿物材料质量比为3:5～5:7；磷石膏基固化材料的用量为尾泥质量的5～15％；所述的黏土尾矿吸附材料用量为磷石膏基固化材料和尾泥总质量的1～3‰；所述的改良材料为中药药渣生物质废弃物；改良材料用量为磷石膏基固化材料、尾泥和黏土尾矿吸附材料总质量的20～40％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的添加黏土尾矿吸附材料并混合均匀后将尾泥放置焖料8～16h，将尾泥的含水率控制在50～70％。
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