CN112408889B - 一种改性市政污泥的制备方法及其在生态护坡中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改性市政污泥的制备方法，先在市政污泥中加入生石灰处理，然后先后进行磁场和超声波处理，最后加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，烘干，制成改性市政污泥粉末。这种改性市政污泥利用生石灰、磁场、超声波等处理方式的协同作用，能够降低恶臭和杀灭病原菌和寄生虫卵，改变污泥的菌胶团结构，改善脱水性能。本发明还提供了利用上述改性市政污泥制备生态护坡浆液喷播在边坡上的方法，喷播的浆料经养护后强度高，与裸露边坡的粘附性好，不容易脱落，草籽发芽和生长速度快，存活率高。

Description

一种改性市政污泥的制备方法及其在生态护坡中的应用

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，特别是一种应用于生态护坡上的改性市政污泥。

背景技术

市政污泥是指城市污水处理厂经浓缩脱水后排出的泥块或泥饼，是污水处理过程不可避免的副产品。目前，国内外污泥处置的方法主要有焚烧、投海、填埋和资源化利用。我国面临能源、资源相对短缺的问题，市政污泥资源化利用才是长久出路且应用前景广阔的处置方式。

将改性市政污泥的资源化利用和生态护坡技术相结合，充分利用改性市政污泥制备绿色道路生态护坡材料，可以减少污泥的二次污染，促进污泥减量化、稳定化、无害化、资源化。市政污泥成分复杂，在处理过程中存在含水率高、有机质含量高、病原菌虫卵含量大及易腐烂有恶臭等问题，但是市政污泥中含有丰富的N、P、K等植物必需的营养元素，对于边坡生态修复中植物生长能起到较大作用。因此，根据市政污泥的特性及其最终处理目的，经过对市政污泥采用一系列手段进行改性后用作生态护坡是可行的。

现有的市政污泥处理技术中，“声光磁电能场对活性污泥细菌生物活性的影响研究”(冯霞，武汉理工大学，200604)研究了超声波、磁场、激光、紫外光、电场对污泥中细菌生物活性的影响，发现对活性污泥进行外加磁场和超声处理后，磁场对活性污泥中微生物新陈代谢有影响，超声能够对病原菌和寄生虫卵的细胞壁和细胞膜有一定影响。生石灰在污泥重金属钝化中的应用”(程毅，环境工程，2012(30))公开了采用生石灰钝化污泥中的重金属。

现有的市政污泥在生态护坡领域的应用技术中，“市政污泥处置与水泥基材料固化处理技术综述”(吴程浩，质量管理，2018)公开了将污泥、水泥混合成浆料喷薄在裸露的边坡上的技术。“喷播植草生态护坡技术在市政景观工程中的应用”(秦新朝，四川水力发电，2019(06))中公开了将草种预处理后拌入浆液中喷射在边坡上。

然而，上述现有的专利技术和技术文献，都没有将市政污泥处理技术形成协同统一的完整技术，不能得到性能优良，能应用于生态护坡中的污泥材料。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种改性市政污泥的制备方法，具体通过以下技术实现。

一种改性市政污泥的制备方法，包括以下步骤：

S1、取市政污泥加入重量为市政污泥0.5-2％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S2、将所述混合料外加磁场处理10-30min，磁场强度为100-200mT；

S3、将所述混合料再用超声波处理1-5min，超声波能量密度为0.05-0.2W/mL；

S4、向先后经过步骤S2、S3处理的所述混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

采用上述方法制备而成的改性市政污泥粉末成品，能够有效降低恶臭和杀灭病原菌和寄生虫卵，改变污泥的菌胶团结构，改善脱水性能；制成生态护坡所用浆料后的强度高，与裸露边坡的粘附性好，不容易脱落。上述市政污泥的改性制备方法中，市政污泥经过污水处理厂处理后含水率一般在60-85％范围内；采用特定的步骤顺序，发挥了各步骤之间的协同促进作用。只有按照先加入生石灰，然后外加磁场处理，再用超声波处理，最后混合其他原料的方法，才能获得上述最佳的脱臭和杀灭病原菌和寄生虫卵等技术效果。如果去除某一项步骤，或是调整某两个步骤的顺序，都会影响最终的总体技术效果。

优选地，步骤S2中，磁场处理时间为20min，磁场强度为160mT；步骤S3中，超声波处理的时间为2min，超声波能量密度为0.1W/mL。

优选地，步骤S4中，加入的水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料的10-20％、5-10％、0.01-0.1％。

更优选地，步骤S4中，加入的水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料的15％、8％、0.05％。

优选地，所述炉渣是先粉碎过2-5mm筛，取筛下物后再在水中浸泡24-72h制备而成；所述水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥，烧失量＜4％，三氧化硫含量3％，氧化镁含量2％；所述硅灰的二氧化硅含量大于92％。

本发明还提供了一种改性市政污泥在生态护坡中的应用，所述生态护坡所用浆料的原料包括改性市政污泥粉末、壤土、粘合剂和保水剂，加水搅拌制成浆料；所述改性市政污泥粉末采用上述改性市政污泥的制备方法制备而成；粘合剂要结合当地壤土的性质使用；保水剂需结合当地降水量和气候使用，不超过混合溶液体积的1％。

所述浆料在生态护坡中的应用方法为：先在需生态修复的裸露边坡上喷播5-8cm的所述浆料；让然后按20-25g/㎡撒播草籽，最后再在表面喷播2cm所述浆料。

优选地，所述改性市政污泥粉末和壤土的混合比例为4：6。

优选地，所述草籽为狗牙根、百喜草、高羊茅、结缕草中至少一种；所述壤土的黏粒含量为15-30％，颗粒大小过2mm标准筛。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：本发明提供了一种改性市政污泥的制备方法，通过对市政污泥按照加入生石灰、磁场处理、超声波处理，最后加入其他原料的固定特殊方式，有效降低了原有污泥的恶臭，杀灭了病原菌和寄生虫卵，改变污泥的菌胶团结构，改善脱水性能；将改性市政污泥制成生态护坡所用浆料后的强度高，与裸露边坡的粘附性好，不容易脱落。

具体实施方式

下面将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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥加入重量为市政污泥1％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S2、将所述混合料外加磁场处理20min，磁场强度为160mT；

S3、将所述混合料再用超声波处理2min，超声波能量密度为0.1W/mL；

S4、向先后经过步骤S2、S3处理的所述混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

上述制备方法中，炉渣是先粉碎过2-5mm筛，取筛下物后再在水中浸泡24-72h制备而成；水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥，烧失量＜4％，三氧化硫含量3％，氧化镁含量2％；所述硅灰的二氧化硅含量大于92％。

实施例2

本实施例提供的改性市政污泥，与实施例1的区别在于：步骤S2中，磁场处理强度为200mT，处理时间为10min；超声处理的超声波能量密度为0.2W/mL，处理时间为1min。

实施例3

本实施例提供的改性市政污泥，与实施例1的区别在于：步骤S2中，磁场处理强度为100mT，处理时间为30min；超声处理的超声波能量密度为0.05W/mL，处理时间为5min。

实施例4

本实施例提供的改性市政污泥，与实施例1的区别在于：步骤S4中，向所述混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料的10％、10％、0.1％。

实施例5

本实施例提供的改性市政污泥，与实施例1的区别在于：步骤S4中，向所述混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料的20％、5％、0.01％。

对比例1

本对比例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥加入重量为市政污泥1％的生石灰，搅拌均匀，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S2、将所述混合料再用超声波处理2min，超声波能量密度为0.1W/mL；

S3、向经过步骤S2处理的所述液态混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

本对比例所用的炉渣、水泥和硅灰与实施例1的品种、型号和参数相同。

对比例2

本对比例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥加入重量为市政污泥1％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S2、将所述混合料外加磁场处理20min，磁场强度为160mT；

S3、向经过步骤S2处理的所述液态混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，制得改性市政污泥浆料；水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

本对比例所用的炉渣、水泥和硅灰与实施例1的品种、型号和参数相同。

对比例3

本对比例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥外加磁场处理20min，磁场强度为160mT；

S2、将步骤S1所得市政污泥再超声波处理2min，超声波能量密度为0.1W/mL；

S3、向先后经过步骤S1、S2处理的所述液态混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

本对比例所用的炉渣、水泥和硅灰与实施例1的品种、型号和参数相同。

对比例4

本对比例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥外加磁场处理20min，磁场强度为160mT；

S2、然后加入重量为市政污泥1％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S3、将步骤S2所得混合料再用超声波处理2min，超声波能量密度为0.1W/mL；

S4、向经过步骤S3处理的所述液态混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，制得改性市政污泥浆料；水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

对比例5

本对比例提供的改性市政污泥，其制备方法为：

S1、取市政污泥外加磁场处理20min，磁场强度为160mT；

S2、将经过步骤S1处理后的市政污泥再用超声波处理2min，超声波能量密度为0.1W/mL；

S3、取步骤S2处理后的市政污泥加入重量为市政污泥1％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S4、向经过上述步骤处理的液态混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，水泥、炉渣、硅灰、氯化钙的用量分别为所述混合料重量的15％、8％、0.05％；烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

应用例1：对实施例1-5和对比例1-5制备的改性市政污泥进行性能评价

针对实施例1-5和对比例1-5制备的改性市政污泥，评价其气味、病原菌(粪大肠菌群值、细菌总数)和寄生虫卵(蛔虫卵死亡率)的情况。气味通过臭气强度来评价，测定方法是三点比较式臭袋法。臭气强度分为6个级别，0级为无气味；1级为勉强能感觉到气味；2级为气味很弱但能够确定气味性质；3级为很容易闻到的气味；4级为强烈的气味；5级为无法忍受的极强气味。粪大肠菌群值的测定方法是发酵法，细菌总数测定方法是平板计数法，蛔虫卵死亡率测定方法是显微镜法。检测结果如下表1所示。

表1实施例1-5和对比例1-5制备的改性市政污泥性能检测

从上表1可以看到，当按照本发明的方法，即实施例1-5中按照特定的顺序进行生石灰、磁场、超声波这几个环节对市政污泥进行处理，制备的改性市政污泥的臭气强度、病原菌数量、蛔虫死亡率明显优于缺少其中任意一个环节，或调整这四个环节的处理先后顺序所获得的改性市政污泥的相应技术效果。说明生石灰、磁场、超声波的共同协同作用，对改性市政污泥的整体性能度具有显著影响。

应用例2：以实施例1-5和对比例1-5制备的改性市政污泥为原料制备的生态护坡浆料的性能评价

将实施例1-5和对比例1-5制备的改性市政污泥的粉末成品为原料，制备用于裸露边坡喷播的生态护坡浆料的原料之一。生态护坡浆料的原料包括改性市政污泥、壤土、早强型减水剂和引气剂；改性市政污泥粉末和壤土的混合比例为4：6，粘合剂和保水剂用量均为生态护坡浆液质量的0.1％。

将浆料喷播在生态护坡上的方法为：先在需生态修复的裸露边坡上喷播5cm的所述浆料；让然后按25g/㎡撒播草籽，最后再在表面喷播2cm所述浆料。所用的草籽为狗牙根和高羊茅按1:1混合而成。

喷播后的养护方法为：喷播完成后在表层覆盖无纺布或草帘，待草籽发芽后即可去掉无纺布或草帘。根据气候及降雨情况，采用黑色遮阳网或遮阳帘保持草籽发芽所需的湿度，采用喷雾方式浇水避免水量过大冲走草籽。根据草籽生长情况适时的除虫和施肥。各实施例1-5和对比例1-5对应的生态护坡在草帘、浇水、除虫和施肥等养护过程保证一致。

生态护坡浆料的制备方法是将改性市政污泥的粉末与草籽、水充分搅拌制成酱料，再加入减水剂和引气剂混合均匀即可。采用泵送能力和扬程适中的喷播机将混合均匀的生态护坡浆液分3次均匀喷播在经过整理的需生态修复的裸露边坡上。

养护结束后的性能指标是发芽时间、存活率、生长速度。发芽时间和存活率测定方法为实测法，生长速度的测定方法为目测法。经过上述方法评价后的各性能指标的结果如下表2所示。

表2改性市政污泥为原料制备的生态护坡浆料的性能检测结果

序号	发芽时间，d	存活率，％	生长速度	抗压强度，MPa	粘聚力，kPa
						实施例1	7	95	快	0.87	38
实施例2	9	91	较快	0.80	32
						实施例3	10	90	较快	0.81	34
实施例4	12	92	较快	0.83	33
						实施例5	11	93	较快	0.85	35
对比例1	16	88	一般	0.68	24
						对比例2	18	89	一般	0.66	22
对比例3	22	74	较慢	0.52	17
						对比例4	15	85	一般	0.67	19
对比例5	16	87	快	0.63	20

由上表2可知，采用实施例1-5的改性市政污泥最终制备的生态护坡浆料，其强度等性能也明显优于对比例1-5。

Claims (6)

1.一种改性市政污泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取市政污泥加入重量为市政污泥0.5-2％的生石灰，240r/min下搅拌3min，得混合料；所述生石灰中氢氧化钙含量大于85％，200目筛余量小于5％；

S2、将所述混合料外加磁场处理10-30min，磁场强度为100-200mT；

S3、将所述混合料再用超声波处理1-5min，超声波能量密度为0.05-0.2W/mL；

S4、向先后经过步骤S2、S3处理的所述混合料中加入水泥、炉渣、硅灰、氯化钙混匀，烘干，磨碎过2mm筛制得改性市政污泥粉末。

2.根据权利要求1所述的改性市政污泥的制备方法，其特征在于，步骤S2中，磁场处理时间为20min，磁场强度为160mT；步骤S3中，超声波处理的时间为2min，超声波能量密度为0.1W/mL。

3.根据权利要求1所述的改性市政污泥的制备方法，其特征在于，所述炉渣是先粉碎过2-5mm筛，取筛下物后再在水中浸泡24-72h制备而成；所述水泥为硅酸盐水泥和/或硫铝酸盐水泥，烧失量＜4％，三氧化硫含量3％，氧化镁含量2％；所述硅灰的二氧化硅含量大于92％。

4.一种改性市政污泥在生态护坡中的应用，其特征在于，所述生态护坡所用浆料的原料包括改性市政污泥粉末、壤土、粘合剂和保水剂，加水搅拌制成浆料；所述改性市政污泥粉末采用权利要求1-3任一项的改性市政污泥的制备方法制备而成；

所述浆料在生态护坡中的应用方法为：先在需生态修复的裸露边坡上喷播5-8cm的所述浆料；让然后按20-25g/㎡撒播草籽，最后再在表面喷播2cm所述浆料。

5.根据权利要求4所述的在生态护坡中的应用，其特征在于，所述改性市政污泥粉末和壤土的混合比例为4：6。

6.根据权利要求4所述的在生态护坡中的应用，其特征在于，所述草籽为狗牙根、百喜草、高羊茅、结缕草中至少一种；所述壤土的黏粒含量为15-30％，颗粒大小过2mm标准筛。