CN116023111A - 全固废污泥固化稳定复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
为解决现有污泥固化稳定化处理技术存在的原材料加入量大、成本高、养护周期长等技术问题，本发明提供一种全固废污泥固化稳定复合材料及其制备方法和应用。本发明提供一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰5‑30％、粉煤灰10‑60％、钛石膏5‑25％、赤泥5‑10％、钢渣10‑25％。本发明所制备的污泥固化稳定复合材料所有原料都是利用工业固废构成，能在短时间内对污泥进行固化稳定化处置。
Description
技术领域
本发明属于市政污泥固化稳定化处理技术领域，尤其涉及一种全固废污泥固化稳定复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
近些年,由于城市进程加快,居民用水量暴增，因此城市生活污水的处理量也随之增加。目前城市污水主要通过污水管网汇总至污水处理厂集中处理解决，虽然有关部门为提高污水处理能力而修建大量污水处理厂，但由于污水处理过程中会产生大量的污泥。就目前的污泥处理措施而言，由于缺乏污泥集中有效处置工艺，或生活垃圾填埋场不接收未经处置后的市政污泥。许多污水处理厂将污泥堆积在污水处理厂内，这种不合理的处理方式不仅会导致周围地区弥漫严重的异味，而且会对环境造成一定程度的污染。市政污水产生的污泥中的成分极其复杂，有:有机物、重金属、寄生虫卵细菌以及病毒等。因此，如果不对污泥进行妥善处理，那么它将会对环境造成次生危害。
为处理相应市政污泥，现有以下工艺：加热脱水干燥焚烧法，该方法处理污泥彻底，但存在能耗高，初期投资大，运行成本高等不足之处，还有一种是利用污泥堆肥处置，该方法能一定程度上的处置市政污泥，但堆肥后的产品去向不明，且不能用于农业，处置量不够等缺点。
目前，国内多家环保企业在污泥固化稳定化工艺中普遍采用水泥、生石灰、粉煤灰、硫酸亚铁等作为市政污泥的固化稳定化材料，这些材料中的水凝胶化学组分利用污泥中水分，发生复杂的化学和物理反应。研究表明这些固化稳定化材料能较好的改善其力学性能，降低含水率，达到填埋或建筑用土标准，为达到污泥固化稳定化处置标准，需要大量加入水泥、生石灰、膨润土等工业产品制备的污泥固化稳定化材料，不仅存在造成庞大的资源浪费，且污泥固化养护周期长，一般达到7-28天，平均养护周期达到17.5天；为养护合格，处置现场需要配置大量的养护场地及设施以及多次转运，增加相应成本。
如：广东工业大学公布的发明专利一种垃圾填埋新工艺下渗滤液污泥固化的方法(申请号：202111014667)中的硫铝酸盐水泥混合物就用到污泥重量的30％，养护周期为7-28天；安徽佳明环保科技股份有限公司也公开发明专利，一种高效底泥固化剂及其制备和应用(申请号：201811592091)，其中水泥、生石膏、三氧化二铁、重金属捕捉剂、重金属稳定剂等产品组分也占稳定材料40％左右,养护周期7-21天.另外四川正升环保科技有限公司开发的以建渣为骨料的污泥固化稳定化复合材料中水泥，生石灰，聚丙酰胺等产品组成，其养护周期一般处于21-28天。
故现有污泥固化稳定化处理技术存在着原材料加入量大、成本高、养护周期长等技术问题。
发明内容
为解决现有污泥固化稳定化处理技术存在的原材料加入量大、成本高、养护周期长等技术问题，本发明提供一种全固废污泥固化稳定复合材料及其制备方法和应用。本发明所制备的污泥固化稳定复合材料所有原料都是利用工业固废作，能在短时间内对污泥进行固化稳定化处置。
本发明提供一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰5-30％、粉煤灰10-60％、钛石膏5-25％、赤泥5-10％、钢渣10-25％。
可选地，所述污泥固化材料A还包括工业废盐，工业废盐的加入量为全固废污泥固化稳定复合材料的1-4％。
可选地，所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为2-8:2-8。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料由以下质量百分比的各物质组成：脱硫灰20％、粉煤灰30％、钛石膏20％、赤泥8％、钢渣19％、工业废盐3％。
本发明还提供上述全固废污泥固化稳定复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、先将钛石膏、赤泥和钢渣混合后并粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、先将钛石膏、赤泥、钢渣和工业废盐混合后并粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
本发明还提供了上述全固废污泥固化稳定复合材料的应用，将全固废污泥固化稳定复合材料和污泥混合均匀后，养护3-14天，即可将污泥固化。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料的应用为污水厂新出污泥固化稳定化，其具体应用方法为：
a、备好新进污水厂污泥，其污泥含水量为75-85％；
b、在污泥中加入污泥固化材料B，将污泥和污泥固化材料B混合搅拌均匀；
c、然后加入污泥质量10-50％的水，搅拌均匀；
d、再将污泥固化材料A，搅拌混合，待混合后的污泥颜色一致，多点取样其Ph值一致时即可；
e、通风避雨雪养护3-14天。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料和污泥的质量比为1-2.5:1-6。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料的应用为生活垃圾填埋场存量污泥固化稳定化处置，其具体应用方法为：
a、污泥坑表面污水导排或抽提至污水处理系统，露出存量污泥主体，并划区定线；
b、将污泥固化材料A和B与待固化的污泥区域由边到中心，由近及远分区分块混合搅拌均匀；
c、进行通风避雨养护3-14天。
可选地，所述全固废污泥固化稳定复合材料和污泥的质量比为1-2:0.8-3。
本发明利用碱性固废(赤泥、脱硫灰等)激发火山灰成分(粉煤灰、矿粉等)并以钛石膏或钢渣为骨料的胶凝体系形成和水化作用，并在工业盐的协同作用下，加快胶凝作用，并对污泥形成多维度及多层次包裹，并发生水化胶凝作用，形成一种有一定强度的固化/稳定化结构体。
利用水泥、粉煤灰、赤泥等碱性固废中的碱性物质破坏污泥各菌种中的细胞壁，杀灭细菌和各种致病菌类，并释放其内部结合水；利用脱硫灰、粉煤灰等固体废物的水化作用(或化学反应)消耗污泥中的部分水分；固化/稳定化产物在养护过程中，通过通风、晾晒、翻动等操作，使其中的水分自然蒸发。
利用脱硫灰、粉煤灰等固体废物替换污泥中的水分和固体物充填，对后续有机物测量起到稀释作用；利用脱硫灰、粉煤灰等固体废物的水化作用和碱性物质分解污泥中的部分有机物。
另一方面,在许多化工产品生产过程中尤其是石化、煤化工、精细化工及中间体等行业，会产生大量含有机物、焦油等有毒有害物质的副产废盐渣。如在有机和无机化工产品生产过程中，产生大量的含盐废水，经蒸发浓缩后形成固态晶体，该结晶盐中含有大量的有机或无机杂质；在农药副产废盐是农药行业中量最大的固体废物，含有各种有毒有害物质，成份复杂。同时由于水分含量高,易结块，难以得到有效处理及利用。
现有工业盐固废主要采用高温热解处理工艺，其工艺主要是采用高温热风或微波直接或间接与废盐进行换热，使废盐中有机物在高温条件下完成裂解，所采用的设备主要有回转式加热炉、多层圆盘裂解炉等。但这种处理工艺能效较低，以高温裂解回转式加热炉工艺为例，由于燃烧采用直接点火燃烧的方式，高温尾气温度达到300℃-500℃，直接外排，燃烧效率不足70％。另外，间接换热过程由于废盐与热风接触时间有限，盐分本身的温度并未达到期望温度，残留有机组分含量难于控制，对温度控制要求较高；且投资大，流程复杂，能耗也高。
本发明采用的工业废盐是氯碱化工和煤化工产生的氯化钠、硫酸钠的工业废盐混盐体系。废盐组分中的硫酸根和氯离子能与粉煤灰中的钙、镁、硅酸根、铝酸根等以及脱硫灰中的钙离子、氢氧根离子在水的作用下生成硅酸钙、铝酸钙、硫酸钙等复合相态的结晶物等复杂的水化，胶凝等化学反应，并对其有显著的缩短其水化反应时间作用。工业废盐为粉煤灰脱硫灰胶凝体系提供更多的氯离子和硫酸根离子,这些离子和粉煤灰中硅酸根\磷酸根离子以及相应的钙离子、镁离子、重金属例子形成复杂的复盐结构，这种复杂的复盐还会包裹部分重金属离子在内，限制金属离子向外迁移，所以加入废盐后，重金属浸出量也明显减少。本发明也为化工或煤化工行业产生的废盐提供了一种成本低，污染少，协同能力强等资源化路线。
本发明通过提供全固废污泥固化稳定复合材料和污泥固化稳定化处置，解决现有污泥处理技术中存在的化工原材料加入量大、成本高、养护周期长的技术问题，且固化后的污泥固化体指标能同时满足含水率小于60％、有机质含量小于5％、可溶性盐含量小于5％、常见重金属元素浸出量低等要求。
本发明的有益技术效果如下：
1、成本低，固废资源化利用大，由于本固化材料全是由工业废弃物构成，材料成本非常低廉。大大减少常用污泥固化材料中的水泥，生石灰，硫酸亚铁盐等产品用量,真正达到以废治废的目的。
2、市政污泥和污泥固化稳定化搅拌混合后，现场一般养护3天，便可达到一定地基承载力，相较于普通污泥固化稳定化材料和污泥固化后，需要平均养护14天，大大缩短养护时间，节约施工场地建设和工程工期；
3、经过养护后，污泥固化体检测指标含水率、可溶性盐含量、有机质含量均满足一般工业固废入场填埋标准；
4、经过养护后的污泥固化体经过晾晒，其含水率能进一步下降至40％左右，因此经过晾晒的污泥固化体在现场能做一般工业固废填埋入场道路基础，生活垃圾填场埋中间覆盖用土等用，实现污泥固化稳定化后资源利用途径。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，达成技术功效的实现并据以实施。
实施例1
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰5％、粉煤灰60％、钛石膏15％、赤泥5％、钢渣15％。
实施例2
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰10％、粉煤灰50％、钛石膏25％、赤泥5％、钢渣10％。
实施例3
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰30％、粉煤灰10％、钛石膏25％、赤泥10％、钢渣25％。
实施例4
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰20％、粉煤灰40％、钛石膏5％、赤泥10％、钢渣25％。
实施例5
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣、工业废盐；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰10％、粉煤灰41％、钛石膏20％、赤泥5％、钢渣23％、工业废盐1％。所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为2:8。
实施例6
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣、工业废盐；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰25％、粉煤灰35％、钛石膏15％、赤泥8％、钢渣13％、工业废盐4％。所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为8:2。
实施例7
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣、工业废盐；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰28％、粉煤灰15％、钛石膏23％、赤泥9％、钢渣23％、工业废盐2％。所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为3:5。
实施例8
一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣、工业废盐；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰20％、粉煤灰30％、钛石膏20％、赤泥8％、钢渣19％、工业废盐3％。所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为5:3。
以上实施例中，实施例1-4的制备方法为：
步骤1、先将钛石膏、赤泥和钢渣混合后并粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
实施例5-8的制备方法为：
步骤1、先将钛石膏、赤泥、钢渣后并和工业废盐混合粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
将实施例1-8制备的全固废污泥固化稳定复合材料应用于污水厂新出污泥固化稳定化，其具体应用方法为：
a、备好新进污水厂污泥，其污泥含水量为75-85％；
b、在污泥中加入污泥固化材料B，将污泥和污泥固化材料B混合搅拌均匀；
c、然后加入污泥质量10-50％的水，搅拌均匀；
d、然后再将污泥固化材料A和上述已混合污泥固化材料B的污泥混合物进行二次加强搅拌混合，待混合后的污泥颜色一致，多点取样其Ph值一致时即可；e、通风避雨雪养护3-14天。
将实施例1-8制备的全固废污泥固化稳定复合材料应用于生活垃圾填埋场存量污泥固化稳定化处置，其具体应用方法为：
a、污泥坑表面污水导排或抽提至污水处理系统，露出存量污泥主体，并划区定线；
b、将污泥固化材料A和B与待固化的污泥区域由边到中心，由近及远分区分块混合搅拌均匀；
c、进行通风避雨养护3-14天。
处理前污泥和固化/稳定化试验样品采样后送专业单位检测相应指标，依照《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599-2020)要求，对样品含水率(≤60％)、有机质(≤5％)、可溶性盐(≤5％)含量、无侧限抗压强度、重金属浸出物进行检测。
检测方法如下：
(1)有机质执行《固体废物有机质的测定灼烧减量法》(HJ 761-2015)
(2)可溶性盐执行《土壤检测第16部分：土壤水溶性盐总量的测定》(NY/T1121.16-2006)
(3)含水率执行《土壤干物质和水分的测定重量法》(HJ613-2011)
(4)无侧限抗压强度执行《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)
(5)重金属浸出物执行《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)
检测结果如下：
从表中可知，本发明可有效对市政污泥固化，现场一般养护3天，便可达到一定地基承载力，污泥固化体检测指标含水率、可溶性盐含量、有机质含量均满足一般工业固废入场填埋标准，相较于普通污泥固化稳定化材料和污泥固化后，需要平均养护17.5天，大大缩短养护时间，节约施工场地建设和工程工期；加入工业废盐后能更有效的减少污泥固化时间，工业废盐与脱硫灰,粉煤灰对于市政污泥的固化稳定化各指标具有加强协同作用，使污泥固化体后无侧限抗压强度.、重金属浸出物、含水率、有机质含量等综合性能大大提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全固废污泥固化稳定复合材料，包括污泥固化材料A和污泥固化材料B，所述材料污泥固化A为钛石膏、赤泥、钢渣；污泥固化材料B为：脱硫灰，粉煤灰，污泥固化材料A、B各物质的质量百分比为：脱硫灰5-30％、粉煤灰10-60％、钛石膏5-25％、赤泥5-10％、钢渣10-25％。
2.根据权利要求1所述的全固废污泥固化稳定复合材料，其特征在于，所述污泥固化材料A还包括工业废盐，工业废盐的加入量为全固废污泥固化稳定复合材料的1-4％。
3.根据权利要求2所述的全固废污泥固化稳定复合材料，其特征在于，所述工业废盐中氯化钠与硫酸钠的质量比为2-8:2-8。
4.根据权利要求3所述的全固废污泥固化稳定复合材料，其特征在于，所述全固废污泥固化稳定复合材料由以下质量百分比的各物质组成：脱硫灰20％、粉煤灰30％、钛石膏20％、赤泥8％、钢渣19％、工业废盐3％。
5.根据权利要求1所述的全固废污泥固化稳定复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
步骤1、先将钛石膏、赤泥和钢渣混合后并粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的全固废污泥固化稳定复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
步骤1、先将钛石膏、赤泥、钢渣和工业废盐混合后并粉碎至粒径为0.1-5mm，得到污泥固化材料A；
步骤2、然后将脱硫灰和粉煤灰预先混合均匀，得到污泥固化材料B。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的所述的全固废污泥固化稳定复合材料的应用，将全固废污泥固化稳定复合材料和污泥混合均匀后，养护3-14天，即可将污泥固化。
8.根据权利要求7所述的全固废污泥固化稳定复合材料的应用为污水厂新出污泥固化稳定化，其具体应用方法为：
a、备好新进污水厂污泥，其污泥含水量为75-85％；
b、在污泥中加入污泥固化材料B，将污泥和污泥固化材料B混合搅拌均匀；
c、然后加入污泥质量10-50％的水，搅拌均匀；
d、再将污泥固化材料A，搅拌混合，待混合后的污泥颜色一致，多点取样其Ph值一致时即可；
e、通风避雨雪养护3-14天。
9.根据权利要求8所述的全固废污泥固化稳定复合材料的应用,其特征在于，所述全固废污泥固化稳定复合材料和污泥的质量比为1-2.5:1-6。
10.根据权利要求7所述的全固废污泥固化稳定复合材料的应用为生活垃圾填埋场存量污泥固化稳定化处置，其具体应用方法为：
a、污泥坑表面污水导排或抽提至污水处理系统，露出存量污泥主体，并划区定线；
b、将污泥固化材料A和B与待固化的污泥区域由边到中心，由近及远分区分块混合搅拌均匀；
c、进行通风避雨养护3-14天,其中，全固废污泥固化稳定复合材料和污泥的质量比为1-2:0.8-3。
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