CN114044640B - 一种双组份污泥基免烧胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双组份污泥基免烧胶凝材料及其制备方法和应用，一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法包括a)增强处理：在污泥之中加入增强改性剂并搅拌混合，所述增强改性剂的重量占绝干的污泥的重量的0.1～3％，得到增强改性污泥；b)极性处理：将步骤a)中所制备的增强改性污泥分为两组，再在两组之中分别加入水溶性的阳离子改性剂和水溶性的阴离子改性剂并搅拌混合，所述阳离子改性剂和阴离子改性剂的重量分别占两组中绝干的污泥的重量的0.05～1％，分别得到阳性污泥和阴性污泥。本发明能够以人民日常生活和工农业日常生产所源源不断产生的污泥为基础原料制造免烧胶凝材料，替代水泥用于制造各种胶凝制品。

Description

一种双组份污泥基免烧胶凝材料及其制备方法和应用

【技术领域】

本发明涉及免烧胶凝材料的技术领域，特别是一种双组份污泥基免烧胶凝材料及其制备方法和应用的技术领域。

【背景技术】

众所周知，传统的建筑胶凝剂是水泥，而水泥的生产一直存在着能耗高以及不可再生矿产资源消耗量大等问题。为此，人们做了大量的努力，比如申请号为202010159633.2的《一种利用城市生活垃圾制备免烧结水泥的方法及产品》通过添加铝灰、硅藻土和磷酸钠对垃圾焚烧飞灰内的二噁英进行降解，并固结和稳定重金属，再在干燥后得到合格的水泥。又比如申请号为201910329171.1的《一种制备固废基免烧生态水泥的方法及生产系统》将高含水的湿物料(脱硫石膏、磷石膏、高炉水冲渣、转炉钢渣、燃煤炉下渣、煤气化炉渣、电石渣、赤泥、尾矿和水泥熟料中的任意一种)和大粒径的颗粒物料(脱硫石膏、磷石膏、高炉水冲渣、转炉钢渣尾渣、燃煤炉下渣、煤气化炉渣、电石渣、赤泥、尾矿和水泥熟料中的任意一种)按比例加入干燥器中进行混合干燥，再在将经过预粉磨后的物料与干粉物料按比例加入混料机中进行混合，并使得混合后的粉体物料进行二次细粉磨，得到固废基免烧生态水泥。此外，申请号为202010607000.3的《一种干法制备免烧结水泥的方法及其产品》将钢渣、粉煤灰、生石灰和磷石膏等胶凝物混合、研磨，再采取等离子氧化措施进一步激发胶凝物中硅酸盐和氯酸盐的活性，得到合格的水泥。

以上技术的共同的优点是避免了传统水泥在生产过程中的高温煅烧步骤，但是，也存在着共同的不足，即必须大量使用具有胶凝性的矿物质原料，而这些矿物质原料的市场价格随着水泥原料的日益枯竭和各地对水泥高能耗逐年收紧的政策限制而不断上涨。这一点无疑制约了上述技术的应用和推广。因此，为了解决上述问题，开发一种以可再生材料为基础原料的免烧胶凝材料是非常必要和具有市场前景的。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种双组份污泥基免烧胶凝材料及其制备方法和应用，能够以人民日常生活和工农业日常生产所源源不断产生的污泥为基础原料制造免烧胶凝材料，替代水泥用于制造各种胶凝制品。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

a)增强处理：在污泥之中加入增强改性剂并搅拌混合，所述增强改性剂的重量占绝干的污泥的重量的0.1～3％，得到增强改性污泥；其中，增强改性剂的优选重量为占绝干的污泥的重量的0.2～0.6％；

b)极性处理：将步骤a)中所制备的增强改性污泥分为两组，再在两组之中分别加入水溶性的阳离子改性剂和水溶性的阴离子改性剂并搅拌混合，所述阳离子改性剂和阴离子改性剂的重量分别占两组中绝干的污泥的重量的0.05～1％，分别得到阳性污泥和阴性污泥。其中，阳离子改性剂和阴离子改性剂的优选重量分别为占两组中绝干的污泥的重量的0.08～0.3％。

作为优选，所述步骤a)中，污泥为生活和工业污水处理所产生的物化污泥、好氧生化污泥和厌氧生化污泥以及污水深度处理所产生的化学污泥。

作为优选，所述步骤a)中，污泥的含水率为30～85％，污泥的固形物中的有机质含量为20～70％。其中，含水率优选为78～82％，污泥的固形物中的有机质含量优选为35～50％。

作为优选，所述步骤a)中，增强改性剂至少同时含有三聚氰胺、丁醇和甲醛，所述三聚氰胺、丁醇和甲醛的重量比为5～15：10～50：10～50。其中，丁醇优选为正丁醇，甲醛优选为质量分数为37％的甲醛水溶液，三聚氰胺、丁醇和甲醛的重量比优选为9～12：35～41：34～42。

作为优选，所述步骤b)中，阳离子改性剂为阳离子聚丙烯酰胺、明矾、季胺盐和酱油曲霉其中的一种或几种的混合物。其中，阳离子改性剂优选为离子度为60％的阳离子聚丙烯酰胺。

作为优选，所述步骤b)中，阴离子改性剂为阴离子聚丙烯酰胺和木质素磺酸盐其中的一种或两种的混合物。其中，阴离子改性剂优选为水解度为20％的阴离子聚丙烯酰胺。

一种由上述制备方法所制得的双组份污泥基免烧胶凝材料。

一种由上述制备方法所制得的双组份污泥基免烧胶凝材料的应用，具体为将砼材料分为两组，再在两组之中分别加入阳性污泥和阴性污泥并搅拌混合，所述阳性污泥和阴性污泥的重量为总重量的15～40％，得到阳性砼材料和阴性砼材料，再将到阳性砼材料和阴性砼材料相混合并在压制或浇注后自然干化静置养护。

作为优选，所述砼材料为砂、造纸绿泥、建筑垃圾筛下粉、盾构弃土、建筑弃土和河道淤泥其中的一种或几种的混合物。

作为优选，所述养护时间在夏季为3～5天，在冬季为7～10天。

本发明的有益效果：

1.本发明以人民日常生活和工农业日常生产所源源不断产生的污泥为基础原料制造免烧胶凝材料，能够替代水泥用于制造各种胶凝制品，尤其是各类筑路水泥制品，比如水稳陶粒、回填陶粒、道路砖、护坡、公路隔离带、路基和固化土等，从而避免了对不可再生的自然界胶凝矿产的依赖，规避了水泥煅烧的所产生的高能耗，同时还为大规模消纳和处置污泥开创了一条新的道路；

2.由于污泥的固形物中的有机质富含大量的由高分子蛋白和部分氨基酸组成的生物质，通过在污泥之中加入增强改性剂，能够使得这些生物质在建材内凝固后起粘结、硬化、抗水以及除臭作用，实现对污泥的增强、除臭和粘结力的调理，并且经过改性后的污泥还会随着时间的推移而逐渐被砼材料所钙化，最后与砼材料完全融为一体，使得砼体强度逐渐上升，延长使用寿命；

3.通过使得增强改性剂至少同时含有三聚氰胺、丁醇和甲醛，能够利用三聚氰胺调节硬度，利用丁醇调节蛋白利用率，又利用甲醛调节粘结性并同时灭菌除臭，且三者间的比例可根据所需污泥的性状而自由灵活调整；

4.通过将增强改性污泥分组并分别添加水溶性的阳离子改性剂和水溶性的阴离子改性剂以赋予不同的极性，得到可相互吸引的阳性污泥和阴性污泥，能够在施工时分别与砼材料相混合，从而得到分别与阳性污泥和阴性污泥带有相同电荷的阳性水泥和阴性水泥，最终利用阴离子和阳离子之间的相互吸引，达到提高凝结力、加快凝结速度以及改善抗冻性的目的；

5.与传统水泥制品的养护不同，本发明所涉及的污泥基水泥制品具有良好的保水性，无需额外浇水养护，经过自然干化静置养护即可得到免烧固化产品，并且夏季在3～5天后而冬季在7～10天后，即可达到70％的最终强度。

【具体实施方式】

实施例一、制备免烧砖：

处理1吨造纸污水污泥(污泥含水率为72％，污泥的固形物中的有机质含量为29.3％)。首先，在污泥之中加入三聚氰胺0.58Kg、37％甲醛2.2Kg以及正丁醇2.2Kg并搅拌均匀，得到增强改性污泥。接着，将所制备的增强改性污泥等分为两组，在其中一组之中加入阳离子PAM粉剂0.2Kg，在另一组之中加入阴离子PAM粉剂0.3Kg，分别搅拌均匀并静置180mins，再搅拌均匀，得到阳性污泥和阴性污泥。随后，在500Kg的阳性污泥之中依次加入500Kg中砂和1000Kg造纸绿泥，再在500Kg的阴性污泥之中依次加入500Kg中砂和1000Kg造纸绿泥，分别搅拌均匀，得到阳性水泥和阴性水泥。接下来，将阳性水泥和阴性水泥混合均匀，投入挤出制砖机内，得到标砖，再自然干化静置养护一段时间。

在静置养护28天后，测得成品的抗压强度为16.5MPa，冻后抗压强度为12.5MPa，均符合免烧砖国家行业标准JC/T 422-2007的要求。

实施例二、制备轻质免烧陶粒：

处理1吨城市污水污泥(污泥含水率为81％，污泥的固形物中的有机质含量为52％)。首先，在污泥之中加入三聚氰胺0.5Kg、37％甲醛1.5Kg以及正丁醇2.8Kg并搅拌均匀，得到增强改性污泥。接着，将所制备的增强改性污泥等分为两组，在其中一组之中加入阳离子PAM粉剂0.15Kg，在另一组之中加入阴离子PAM粉剂0.35Kg，分别搅拌均匀并静置180mins，再搅拌均匀，得到阳性污泥和阴性污泥。随后，在500Kg的阳性污泥之中依次加入500Kg建筑垃圾筛下粉和750Kg盾构弃土，再在500Kg的阴性污泥之中依次加入500Kg建筑垃圾筛下粉和750Kg盾构弃土，分别搅拌均匀，得到阳性水泥和阴性水泥。接下来，将阳性水泥和阴性水泥混合均匀，投入对辊压制机内，得到直径25mm免烧陶粒球，再自然干化静置养护一段时间。

在静置养护28天后，测得堆积密度为350Kg/M³，筒压强度为1.5MPa，均符合轻质免烧陶粒国家标准GBT17431.2-1998的要求。

实施例三、制备路基固化土：

处理1吨淀粉污水污泥(污泥含水率为82％，污泥的固形物中的有机质含量为53％)。首先，在污泥之中加入三聚氰胺0.55Kg、37％甲醛2.0Kg以及正丁醇2.1Kg并搅拌均匀，得到增强改性污泥。接着，将所制备的增强改性污泥等分为两组，在其中一组之中加入阳离子PAM粉剂0.12Kg，在另一组之中加入阴离子PAM粉剂0.25Kg，分别搅拌均匀并静置180mins，再搅拌均匀，得到阳性污泥和阴性污泥。随后，在500Kg的阳性污泥之中依次加入1000Kg建筑弃土和500Kg河道淤泥，再在500Kg的阴性污泥之中依次加入1000Kg建筑弃土和500Kg河道淤泥，分别搅拌均匀，得到阳性水泥和阴性水泥。接下来，将阳性水泥和阴性水泥混合均匀，得到路基固化土，铺设厚度300mm，经23吨脉冲压路机碾压4次，再自然干化静置养护一段时间。

在静置养护7天后，钻孔取样，测得无侧限抗压强度为3.5MPa，符合城市快速路基层固化土国家行业标准CJJ/T286-2018的要求。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)增强处理：在污泥之中加入增强改性剂并搅拌混合，所述增强改性剂的重量占绝干的污泥的重量的0.1～3%，得到增强改性污泥，增强改性剂至少同时含有三聚氰胺、丁醇和甲醛，所述三聚氰胺、丁醇和甲醛的重量比为5～15：10～50：10～50；

b)极性处理：将步骤a)中所制备的增强改性污泥分为两组，再在两组之中分别加入水溶性的阳离子改性剂和水 溶性的阴离子改性剂并搅拌混合，所述阳离子改性剂和阴离子改性剂的重量分别占两组中绝干的污泥的重量的0.05～1%，分别得到阳性污泥和阴性污泥，阳离子改性剂为阳离子聚丙烯酰胺、明矾、季胺盐和酱油曲霉其中的一种或几种的混合物，阴离子改性剂为阴离子聚丙烯酰胺和木质素磺酸盐其中的一种或两种的混合物。

2.如权利要求1所述的一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中，污泥为生活和工业污水处理所产生的物化污泥、好氧生化污泥和厌氧生化污泥以及污水深度处理所产生的化学污泥。

3.如权利要求1所述的一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中，污泥的含水率为30～85%，污泥的固形物中的有机质含量为20～70%。

4.一种由权利要求1至3中任一项的制备方法所制得的双组份污泥基免烧胶凝材料。

5.一种由权利要求1至3中任一项的制备方法所制得的双组份污泥基免烧胶凝材料的应用，其特征在于：将砼材料分为两组，再在两组之中分别加入阳性污泥和阴性污泥并搅拌混合，所述阳性污泥和阴性污泥的重量为总重量的15～40%，得到阳性砼材料和阴性砼材料，再将到阳性砼材料和阴性砼材料相混合并在压制或浇注后自然干化静置养护。

6.如权利要求5所述的一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述砼材料为砂、造纸绿泥、建筑垃圾筛下粉、盾构弃土、建筑弃土和河道淤泥其中的一种或几种的混合物。

7.如权利要求5所述的一种双组份污泥基免烧胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述养护时间在夏季为3～5天，在冬季为7～10天。