CN112811751A - 一种基于废弃物改性的污泥固化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于废弃物改性的污泥固化剂及其制备方法，属于固体废弃物循环再生利用及固化剂材料制备领域。该污泥固化剂包括如下成分：改性骨架剂，脱水剂，调理剂。制备方法包括如下步骤：在废弃物破碎过程中向破碎粉末内喷洒聚苯烯酸钾水溶液生成改性骨架剂，再复配一定比例脱水剂和调理剂，生成污泥固化剂成品。本发明以改性废弃物粉末为固化主料，降低了处理成本，提高污泥的处理效果。该方法在短时间内可大大降低污泥的含水率，使污泥易于运输和后续处理。本发明方法与现有的水泥基固化方法相比，快速脱水固化效率高，材料来源广泛，价格低廉。同时“以废治废”一方面实现了污泥的无害化快速脱水处理，另一方面为废弃物处理再利用找到合适的出路。

Description

一种基于废弃物改性的污泥固化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物循环再生利用及固化剂材料制备领域，具体涉及一种基于废弃物改性的污泥固化剂材料的制备方法。
背景技术
随着我国城市人口的急剧增长，城市化进程不断加快，城市每天都会产生大量废水。经过长期的探索，污水的处理与处置不论在数量上还是质量上都取得了巨大的进步，但污水处理厂产生的污泥现状却不容乐观。再加上许多污水处理厂多年来“重水轻泥”导致污泥处置问题频发。这些污泥含水率高，有机成分高，易腐败散发恶臭气味，并且污泥成分中还含有许多有毒物质和病原微生物，存在巨大的安全隐患。此外，污泥的高含水率导致其运输困难，许多污水处理厂没有足够的污泥停留场地及充足的处置时间，因此需要对污泥进行及时有效的处理。
建筑垃圾指人们在从事拆迁、建设、装修、修缮等建筑业的生产活动中产生的渣土、废旧混凝土、废旧砖石及其他废弃物的统称。这些垃圾的堆放占用大量的土地面积，而且垃圾中的有害物质通过垃圾渗滤进入土壤中，从而发生一系列物理、化学、生物反应，或为植物根系吸收或被微生物合成吸收，造成土壤污染。并且大多数城市对建筑垃圾堆放未制定有效合理的方案，从而产生不同程度的安全隐患，比如建筑垃圾的崩塌现象时有发生，甚至会导致地表排水和泄洪能力降低。因此，无论从保护环境还是从资源再利用角度来看，建筑垃圾资源化利用的研究都是当今环境治理领域亟待解决的重大课题。通过对建筑垃圾破碎处理中产生的超细粉成分分析发现，其主要为SiO2、CaO、Al2O3、Fe3O4等，可作为污泥固化剂原料。
现有的污泥固化剂主要成分多数仍为水泥基类材料，然而水泥用作污泥固化剂时，添加量大、成本高，而且由于水泥的添加，固化污泥的后期应用范围受限，因此探索更高效、经济的固化剂材料很有必要。
发明内容
为解决现有污泥固化剂固化时间长，添加量大，以及水泥基材料过度使用成本高，固化污泥再利用范围受限等问题。针对城市污水处理厂高含水率污泥的特性，本发明提供了一种廉价有效的快速污泥固化剂。以建筑垃圾破碎处理产生的超细粉为主要原料，通过表面改性增强其固化效果，为建筑垃圾处理再利用找到合适的出路，同时复配吸水剂和调理剂，增强污泥快速脱水固化效果，使固化污泥易于运输和后续处理。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明利用建筑垃圾破碎产生的超细粉为主要污泥固化剂成分，快速固化高含水率污泥，形成污泥固化体的骨架结构。并且，在建筑垃圾破碎为超细粉的过程中喷洒一定比例的聚苯烯酸钾水溶液，一方面防止粉尘飞扬，污染环境；另一方面改变超细粉的表面特性，因为附着于粉尘表面的聚苯烯酸钾为高分子化合物，使得超细粉的表面具有高分子长链可吸附裹挟更多污泥颗粒，增强固化效果。此外，复配几种调理剂、吸水剂，增强污泥快速脱水固化效果，使固化污泥易于运输和后续处理。
基于废弃物改性的污泥固化剂，该污泥固化剂包括如下成分：
以质量百分比计，组成为：改性骨架剂：60％-70％、脱水剂：15％-20％、调理剂：10％-25％。
优选的，所述的超细粉为建筑垃圾破碎处理产生的粒径小于10μm的粉尘类物质，在固化过程中形成污泥固化体的骨架结构。并在破碎过程中向内喷洒一定比例聚苯烯酸钾水溶液，改变其表面特性。
优选的，所述的调理剂为A、B两种材料复合构成，其中，A为粉煤灰、电石渣中的一种或两种，B为碳纤维、木屑粉中的一种或两种，调理剂颗粒的粒径为0.5～300μm，具有多孔结构，孔隙率为50％-80％，具有很强的吸水性和除臭性，并且可以使污泥中的重金属向稳定形态转化，发生钝化反应，固定重金属。
优选的，所述的脱水剂为膨润土、氧化钙、氢氧化钙、氯化铝或氯化镁中的一种或两种以上组合。脱水剂具有强烈的吸水性能，反应产物可以粘结污泥，强化了污泥的固化效果。
优选的，聚苯烯酸钾水溶液的质量浓度为0.01g/mL～0.2g/mL。
优选的，粒径小于10μm的粉尘类物质与聚苯烯酸钾水溶液的质量比为20～50∶1。
优选的，所述的调理剂中A、B两种材料复合的质量比为5～20:1。
所述污泥固化剂材料的制备方法，步骤如下：
S1：将建筑垃圾进行充分破碎处理，产生粒径小于10μm的超细粉，在破碎过程中喷洒一定比例的聚苯烯酸钾水溶液，防止粉尘飞扬且使超细粉表面性质发生改变，增强固化能力，得到改性骨架剂。
S2：将一定比例的膨润土、氧化钙、氢氧化钙、氯化铝或氯化镁中的一种或两种以上人工混合后得到脱水剂。
S3：将粉煤灰、电石渣中的一种或两种与碳纤维、木屑粉中的一种或两种材料复合，得到调理剂。
S4：以Box-Behnken三因素三水平的响应曲面(RSM)设计方法优化改性骨架剂、脱水剂、调理剂的掺量比例，确定污泥固化剂组分配比。
S5：按照污泥固化剂组分配比将改性骨架剂、脱水剂、调理剂一同加入混合机内进行混合，生成污泥固化剂。混合机的搅拌速度为每分钟55-60转，搅拌时间为30-40分钟。
本发明的有益效果：
(1)采用建筑垃圾破碎产生的超细粉为主要固化剂材料，为建筑垃圾的再利用找到合适的出路，并且采取“以废治废”，固化剂材料来源广泛，价格低廉，降低了处理成本。
(2)建筑垃圾破碎过程中喷洒聚苯烯酸钾水溶液，一方面可以减少粉尘飞扬，污染环境；另一方面，使超细粉表面性质发生改变，超细粉表面的聚苯烯酸钾具有高分子链可以吸附裹挟污泥颗粒，使超细粉的固化能力增强。
(3)使用的脱水剂和调理剂具有较强的吸水性能，其反应产物还可以粘结污泥。此外，投加的调理剂具有很强的除臭性，可降低污泥的恶臭气味；并且可使污泥中的重金属向稳定形态转化，增强污泥的固化和稳定化效果。
(4)采用Box-Behnken三因素三水平的响应曲面(RSM)设计方法针对不同含水率污泥进行优化固化剂组分的掺量配比，针对性强，提高固化效果，节约资源。
具体实施方式
以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
处理含水率为95％的污泥；
S1：将建筑垃圾破碎处理，产生的粒径小于10μm的粉尘类物质，同时向产生的粒径小于10μm的粉尘类物质喷洒质量浓度为0.1g/mL的聚苯烯酸钾水溶液，计算破碎速度和喷洒速度，保证超细粉和聚苯烯酸钾的质量比为25∶1，再进行一定的晾晒干化处理，得到改性骨架剂。
S2：将膨润土、氯化铝、氧化钙按照质量比为3∶3∶4倒入混合池内，采用人工混合，得到吸水剂。
S3：将粉煤灰和碳纤维按照质量比为9∶1复合得到调理剂。
S4：以Box-Behnken三因素三水平的响应曲面(RSM)设计方法优化改性骨架剂、脱水剂、调理剂的掺量比例。针对含水率为98％的污泥，确定固化剂组分配比，改性骨架剂：60％、脱水剂：20％、调理剂：20％。
S5：按照固化剂组分配比将改性骨架剂、脱水剂、调理剂一同加入混合机内进行混合，生成固化剂。混合机的搅拌速度为每分钟60转，搅拌时间为35分钟。
实施例2
处理含水率为85％的污泥；
S1：将建筑垃圾破碎处理，产生的粒径小于10μm的粉尘类物质，同时向产生的粒径小于10μm的粉尘类物质喷洒质量浓度为0.1g/mL的聚苯烯酸钾水溶液，计算破碎速度和喷洒速度，保证超细粉和聚苯烯酸钾的质量比为30∶1，再进行一定的晾晒干化处理，得到改性骨架剂。
S2：将膨润土、氯化铝、氧化钙按照质量比为3∶3∶4倒入混合池内，采用人工混合，得到吸水剂。
S3：将粉煤灰和碳纤维按照质量比为9∶1复合得到调理剂。
S4：以Box-Behnken三因素三水平的响应曲面(RSM)设计方法优化改性骨架剂、脱水剂、调理剂的掺量比例。针对含水率为85％的污泥，确定固化剂组分配比，改性骨架剂：65％、脱水剂：20％、调理剂：15％。
S5：按照固化剂组分配比将改性骨架剂、脱水剂、调理剂一同加入混合机内进行混合，生成固化剂。混合机的搅拌速度为每分钟60转，搅拌时间为35分钟。
实施例3
处理含水率为75％的污泥；
S1：将建筑垃圾破碎处理，产生的粒径小于10μm的粉尘类物质，同时向产生的粒径小于10μm的粉尘类物质喷洒质量浓度为0.1g/mL的聚苯烯酸钾水溶液，计算破碎速度和喷洒速度，保证超细粉和聚苯烯酸钾的质量比为35∶1，再进行一定的晾晒干化处理，得到改性骨架剂。
S2：将膨润土、氯化铝、氧化钙按照质量比为3∶3∶4倒入混合池内，采用人工混合，得到吸水剂。
S3：将粉煤灰和碳纤维按照质量比为9∶1复合得到调理剂。
S2：以Box-Behnken三因素三水平的响应曲面(RSM)设计方法优化改性骨架剂、脱水剂、调理剂的掺量比例。针对含水率为75％的污泥，确定固化剂组分配比，改性骨架剂：70％、脱水剂：15％、调理剂：15％。
S3：按照固化剂组分配比将改性骨架剂、脱水剂、调理剂一同加入混合机内进行混合，生成固化剂。混合机的搅拌速度为每分钟60转，搅拌时间为35分钟。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应该本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，该污泥固化剂以质量百分比计，包括如下成分：
改性骨架剂：60％-70％、脱水剂：15％-20％、调理剂：10％-25％。
2.如权利要求1所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，所述的改性骨架剂为建筑垃圾破碎处理产生的粒径小于10μm的粉尘类物质，并在破碎过程中向内喷洒一定比例的聚苯烯酸钾水溶液，进行表面改性。
3.如权利要求1所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，所述的脱水剂为膨润土、氧化钙、氢氧化钙、氯化铝或氯化镁中的一种或两种以上组合。
4.如权利要求1所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，所述的调理剂为A、B两种材料复合构成，其中，A为粉煤灰、电石渣中的一种或两种，B为碳纤维、木屑粉中的一种或两种，调理剂颗粒的粒径为0.5～300μm，具有多孔结构，孔隙率为50％-80％。
5.如权利要求2所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，聚苯烯酸钾水溶液的质量浓度为0.01g/mL～0.2g/mL。
6.如权利要求2所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，粒径小于10μm的粉尘类物质与聚苯烯酸钾水溶液的质量比为20～50∶1。
7.如权利要求4所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂，其特征在于，所述的调理剂中A、B两种材料复合的质量比为5～20:1。
8.权利要求1～7任一所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂的制备方法，步骤如下：
S1：将建筑垃圾进行充分破碎处理，产生粒径小于10μm的超细粉，在破碎过程中向超细粉内喷洒一定比例的聚苯烯酸钾水溶液，得到改性骨架剂；
S2：将一定比例的膨润土、氧化钙、氢氧化钙、氯化铝或氯化镁中的一种或两种以上人工混合后得到脱水剂；
S3：将粉煤灰、电石渣中的一种或两种与碳纤维、木屑粉的一种或两种材料复合，得到调理剂；
S4：以Box-Behnken三因素三水平的响应曲面设计方法优化改性骨架剂、脱水剂、调理剂的掺量比例，确定污泥固化剂组分配比；
S5：按照污泥固化剂组分配比将改性骨架剂、脱水剂、调理剂一同加入混合机内进行混合，生成污泥固化剂。
9.根据权利要求8所述的一种基于废弃物改性的污泥固化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的混合机的搅拌速度为每分钟55-60转，搅拌时间为30-40分钟。
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