申请日2011.05.23
公开(公告)日2011.12.14
IPC分类号C02F11/12
摘要
本发明涉及一种生活污水处理厂脱水污泥的处理方法。先量取石灰石∶菱苦土∶铝矾土=40%～60%∶20%～30%∶20%～30%重量百分比，然后将石灰石、菱苦土和铝矾土混合均匀后900℃～1200℃灼烧1～2h得到污泥固化剂;再量取脱水污泥∶污泥固化剂=90%～95%∶5%～10%重量百分比，在脱水污泥中掺加污泥固化剂，搅拌，混合均匀后露天摊铺20～30cm厚，放置48h，得到污泥固化体，最后填埋处置。本发明固化时间短，污泥固化剂投加量少，能对污泥改性，促进污泥的稳定化，污泥固化体的增容比较小，稳定性和机械强度高，不会造成二次污染，而且固化工艺过程简单、便于操作，投资和处理费用低，可广泛适用于污水厂脱水污泥进行稳定化、减量化、无害化处理。
权利要求书 [支持框选翻译]
1.一种生活污水处理厂脱水污泥的处理方法，其特征是：
第一步，制备污泥固化剂
先量取石灰石∶菱苦土∶铝矾土=40%～60%∶20%～30%∶20%～30%重量百 分比，然后将石灰石、菱苦土和铝矾土三种矿物粉末混合均匀后灼烧，灼烧温度 为900℃～1200℃，灼烧1～2h得到污泥固化剂;
上述石灰石产自安徽巢湖，其中主要成分氧化钙含量为80%～85%、氧化镁 0.1%～0.5%、三氧化二铝0.02%～0.1%、二氧化硅1%～2%;其他成分Fe2O3 1%～2%、 SO3 1%～2%、灰渣11.88%～13.4%;
上述菱苦土由安徽巢湖的菱镁矿经过烧制磨细而成，其中主要成分为氧化镁 70%～84%、氧化钙0.5%～2%、二氧化硅2%～10%;其他成分Fe2O3 2%～3%，SO30.5%～1%，灰渣11%～14%;
上述铝矾土产自安徽巢湖，其中主要成分三氧化二铝含量为50%～55%、氧 化钙0.8%～1.0%、二氧化硅3%～4%，其他成分Fe2O3 2%～3%，SO3 1%～2%，灰 渣38.2%～40%;
第二步，脱水污泥的处理
量取脱水污泥∶污泥固化剂=90%～95%∶5%～10%重量百分比，然后在脱 水污泥中掺加污泥固化剂，搅拌，混合均匀后露天摊铺放置48h，摊铺厚度为 20～30cm，得到污泥固化体，经检测，该污泥固化体含水率和机械强度均符合《生 活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)，最后将污泥固化体填埋处置;
上述脱水污泥为含水率不高于80%的生活污水处理厂脱水污泥。
说明书 [支持框选翻译]
一种生活污水处理厂脱水污泥的处理方法
技术领域
本发明涉及生活污水处理厂脱水污泥的处理方法，属固体废弃物综合利用技 术领域。
背景技术
在城市污水的收集及处理过程中，必然会产生大量的污泥(据统计，全球一 年可能产生干污泥量达1亿t)，随着中国经济的发展、人口增加、人们环境意识 的加强和对环境质量要求的提高，使越来越多的废水需要处理。截止到2002年底， 全国已有城市污水处理厂537座，处理能力达130亿t。按含水率80%计算，可 产生脱水污泥1300万t/a。根据中国国民经济发展计划和水污染防治规划中城市 污水处理规划：到2010年，城市污泥排放量将达1200万t/a(干物质)以上，可产 生含水率80%左右的脱水城市污泥3000万t/a以上。如此数量巨大的城市污泥如 得不到妥善处置将对环境造成二次污染。因此，如何合理处置污水厂污泥，解 决城市污泥的出路已成为非常紧迫的任务。
污泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主 体，同时也混入有原污水中带有的泥砂、纤维、动植物残体及其吸附在其上的有 机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。污泥的组成差别较大，随 污水的来源，污水处理工艺及季节的不同而变化。污泥具有体积大、极易腐败恶 臭的理化特点，因而十分不利于处理与运输。
污泥中含有大量有机质和营养元素，有农用资源化价值，还可以制砖、制生 化纤维板、制陶粒等。但是另一方面污泥中也可能含有大量的重金属物质、病原 菌、病毒微生物和大量的毒性有机物，如不加以妥善处理和处置，将造成堆放和 排放区周围环境严重的二次污染，特别是随着发展中国家城镇基础设施的快速发 展，污泥海洋填埋的禁止，日益严格的污泥农用标准的实施，污泥的处置已成为 一个全球性的环境问题。
污泥固化处理是近年来污泥的工业处理上普遍重视和使用较多的一种方法。 它是指用物理一化学方法将污泥颗粒胶结、掺合并包裹在密实的惰性基材中，形 成整体性较好的固化体的一种过程。其中固化所用的惰性材料叫固化剂，污泥经 过固化处理所形成的固化产物为固化体。
稳定化是将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质过程。 稳定化一般可分为化学稳定化和物理稳定化。化学稳定化是通过化学反应使有毒 物质变成不溶性化合物，使其在稳定的晶格内固定不动;物理稳定化是将污泥与 一种疏松物料(如粉煤灰)混合生成一种粗颗粒的固体。
污泥的固化和稳定化一般同时进行，其机理是向污泥中加入固化剂，通过一 系列复杂的物理化学反应(如水化反应)，将有毒有害的物质固定在固化形成的 网链(晶格)中，使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体，可就地填埋或用 作建筑材料等。污泥固化处理技术既可用作特殊工业污泥，如含重金属污泥，含 油污泥，电镀污泥、印染污泥等危险废物的固化处理，也可用于城市污水处理厂 产生的普通污泥的固化处理。
中国专利文献《一种污泥固化填埋处置方法》(公开号CN101007696，公 开日期2007年8月1日)，公开了一种污泥固化填埋处置方法，它在污泥中掺 加固化材料水泥、粘土或亚粘土，将各组分进行均匀拌和形成固体物质后进行填 埋处置，各组分的用量按重量份的配比为：污泥100份、水泥15-80份、粘土 或亚粘土20-160份。但水泥固化增容比较大，且粘土来源并不广泛。
中国专利文献《城市污水厂污泥的固化处理方法》(公开号CN101050046， 公开日期2007年10月10日)，采用水泥作为固化剂，采用石灰、铝盐及铝的 氧化物、煤渣中的一种或几种作为助凝剂。向污泥中添加3-8%的固化剂，1-8% 的助凝剂，经机械搅拌均匀后平铺到填埋场中，覆盖防水膜，干式养护3-15天， 养护完成后，可以继续进行后续填埋。该处理方法以水泥为固化剂，也存在增 容比较大的问题，且固化养护时间较长，效率较低。
中国专利文献《污水厂产生的脱水污泥进行固化/稳定化处理用固化剂》(公 开号CN101172749，公开日期2008年5月7号)，涉及的是污水厂产生的脱水 污泥进行固化/稳定化处理用固化剂，其特征是在脱水污泥中按重量比例添加固 化材料和辅助固化材料膨润土，将各组分混合搅拌均匀，各组分所占重量百分比 为：污泥30～80%，固化材料15～30%，膨润土5～40%;上述的固化材料 由水泥、石灰、粉煤灰以及石膏，各组成成分质量比为水泥∶石灰∶粉煤灰∶ 石膏=(13～18)∶(1～4)∶(1～3)∶(1～3)。该发明中所述固化剂在应用中的添加量较 大。
中国专利文献《淤泥、污泥固化剂》(公开号CN101638311，公开日期2010 年2月3日)，公开了一种淤泥、污泥固化剂。该发明由95%起胶结作用的主 料和5%起催化作用的辅料组成;其中，所述的主料由下述原料组成：煤矸石、 膨润土、硅灰石、火山灰土、矿渣、粉煤灰、灰岩石、电石渣;所述的辅料由下 述重量份的原料组成：聚丙烯酰胺、三乙醇胺、石英粉、气相二氧化硅、氧化 铜、氧化铁、氢氧化钙、水玻璃、磷酸。采用上述的固化剂5%-10%与污泥、淤 泥进行均匀搅拌，5个小时后就能实现初凝，一个月之内完全凝固，抗压强度能 达到0.8MPa～5MPa。并且将有害物质包含在其中，不会溢出形成二次污染。经 过固化后的污泥、淤泥可代替土石方材料，加以填方利用。该发明所采用的原 料种类繁多，且来源并不广泛，养护时间很长，效率很低。
发明内容
本发明旨在提供一种基建和运行费用低、工艺流程简单、操作维护方便、二 次污染小的脱水污泥固化处理方法。
为了达到上述目的，本发明是这样进行的。发明人通过研究生活污水处理厂 脱水污泥的性质发现：1、有机质有很强的持水性，有机质含量高是脱水污泥含 水率高的根本原因;2、脱水污泥的孔隙大部分都被水充满，承压时将发生更大 的变形;3、参照塑性图分类法，脱水污泥属于高液限粉质有机土;4、因为脱水 污泥具有很强的持水性，泥饼含水率降低到65%的过程较慢，而当污泥越过胶 粘状态后，含水率下降非常快;5、采用自然晾晒的方法使污泥含水率降到可填 埋水平(60%～65%)，占地大，劳动强度高，可操作性较差。
根据上述研究结论，发明人采用化学固化药剂将脱水污泥改性处理，降低 污泥含水率，增强污泥机械强度，使污泥能安全、低成本地卫生填埋，或做其他 资源化处理。具体原理及工艺过程如下：
第一步，制备污泥固化剂
先量取石灰石∶菱苦土∶铝矾土=40%～60%∶20%～30%∶20%～30%重量百 分比，然后将石灰石、菱苦土和铝矾土三种矿物粉末混合均匀后灼烧，灼烧温度 为900℃～1200℃，灼烧1～2h得到污泥固化剂;
上述石灰石产自安徽巢湖，其中主要成分氧化钙含量为80%～85%、氧化镁 0.1%～0.5%、三氧化二铝0.02%～0.1%、二氧化硅1%～2%;其他成分Fe2O3 1%～2%、 SO3 1%～2%、灰渣11.88%～13.4%;
上述菱苦土由安徽巢湖的菱镁矿经过烧制磨细而成，其中主要成分为氧化镁 70%～84%、氧化钙0.5%～2%、二氧化硅2%～10%;其他成分Fe2O3 2%～3%，SO30.5%～1%，灰渣11%～14%;
上述铝矾土产自安徽巢湖，其中主要成分三氧化二铝含量为50%～55%、氧 化钙0.8%～1.0%、二氧化硅3%～4%，其他成分Fe2O3 2%～3%，SO3 1%～2%，灰 渣38.2%～40%;
第二步，脱水污泥的处理
量取脱水污泥∶污泥固化剂=90%～95%∶5%～10%重量百分比，然后在脱 水污泥中掺加污泥固化剂，搅拌，混合均匀后露天摊铺放置48h，摊铺厚度为 20～30cm，得到污泥固化体，经检测，该污泥固化体含水率和机械强度均符合《生 活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)，最后进行填埋处置;
上述脱水污泥为含水率不高于80%的生活污水处理厂脱水污泥。
本发明的优点和效果是：
1.本发明的污泥固化剂活性较高，因此固化时间短，可以在短期内(48h) 使污泥凝固，达到填埋要求;且固化剂投加量少，仅为污泥量的5%～11%。
2.本发明的污泥固化剂投加量少，因此污泥固化体的增容比较小。
3.本发明的污泥固化剂采用无毒害无机物制备得到，因此污泥固化剂不会 对造成二次污染，并能对污泥改性，促进污泥的稳定化。
4.本发明的污泥固化剂与污泥中的水反应，形成大量水石榴石与多核水羟 合镁离子，并建立起水化物结构网，因此固化体稳定性高，经水浸泡后含水率上 升较少，仍可保持较高的机械强度;
5.与现有的采用水泥固化工艺相比，本发明的污泥固化剂投加量少，减容 效果好;与石灰固化工艺相比，本发明的固化剂养护时间较短，强度较高，体积 不会膨胀;因此污泥固化过程简单、运输方便、处理费用低。
具体实施方式
实施例1
在上海某大型生活垃圾填埋场进行污泥固化处理中试。
第一步，将取自安徽巢湖的石灰石、菱苦土、铝矾土三种矿物粉末按重量百 分比55%∶20%∶25%配伍，然后混合均匀后灼烧，灼烧温度为1000℃，灼烧 时间为2h，冷却后得到污泥固化剂。经检测，该污泥固化剂中各组分的重量百 分比为MgO=10%～30%，Al2O3=15%～20%，CaO=40%～45%，SiO2=4%～8%， Fe2O3=2%～3%，SO3=1%～2%，灰分=8%～12%;
上述石灰石的主要成分CaO为82.1%、MgO为0.5%、Al2O3为0.05%、SiO2为3.6%，Fe2O3为1.25%、SO3为1.1%、灰渣为11.4%。
上述菱苦土主要成分为MgO 73.5%、CaO 2.2%、SiO2 9%，Fe2O3 2.5%，SO30.8%，灰渣12%。
上述铝矾土主要成分为Al2O3 53.6%、CaO 0.8%、SiO2 3.1%，Fe2O3 2%， SO3 1.5%，灰渣39%。
第二步，量取上海市某生活污水处理厂的脱水污泥(该脱水污泥的含水率为 73.3%，抗压强度低于3kPa)：第一步制得的污泥固化剂=92%∶8%，总重量约6 t。将脱水污泥与污泥固化剂放入搅拌机中，搅拌3min混合均匀后出料，露天摊 铺厚度为20～30cm养护48h，得到污泥固化体，经检测，该污泥固化体含水率 和机械强度等的性质如表1。均符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008)，最后进行填埋处置。