申请日2014.03.20
公开(公告)日2015.09.23
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明公开了一种污水厂高有机质污泥的脱水固化与稳定化方法。该污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂，由包括以下质量百分比的组分组成：铝酸钙化合物40～60%;硫铝酸盐水泥40～60%。其主要应用于污水厂脱水污泥的脱水、固化与稳定化。该药剂尤其对有机质含量高于50%的污水厂高有机质污泥具有显著处理效果，在较低质量添加比例3～10%下，在3～7天内将高有机质污泥迅速脱水、固化的同时进行稳定化，使固化污泥达到安全填埋的标准。
权利要求书
1.一种污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂，其特征在于：由包括以下质量百分比 的组分组成：
铝酸钙化合物 40～60%;
硫铝酸盐水泥 40～60%。
2.根据权利要求1所述的污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂，其特征在于：所述 的污水厂高有机质污泥是指有机质含量大于等于50%的城市污水厂脱水污泥。
3.根据权利要求1所述的污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂，其特征在于：所述 的铝酸钙化合物的主要成分为铝钙石12CaO·7Al2O3，且铝钙石12CaO·7Al2O3的含量大于 85%。
4.一种权利要求1-3中任一所述的污泥脱水固化/稳定化药剂的制备方法，其特征在于： 包括以下步骤：
(1)将铝酸钙化合物与硫铝酸盐水泥烘干，然后分别研磨成粉末;
(2)按铝酸钙化合物40～60%、硫铝酸盐水泥40～60%的质量百分比称取铝酸钙化合物和 硫铝酸盐水泥，混合均匀。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，在50～70℃下烘干8～24 小时。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，粉末粒径小于等于0.1 mm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，粉末粒径为0.1～0.06mm。
8.一种利用权利要求1-3中任一所述的药剂使污泥脱水固化/稳定化的方法，其特征在于： 包括以下步骤：
将污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂按污水厂高有机质污泥质量的3～10%添加到 城市污水厂脱水污泥中，混合均匀后于室温下静置养护3～7天，直接进行填埋。
说明书
一种污水厂高有机质污泥的脱水固化/稳定化药剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污泥处理处置技术领域，涉及一种污水厂污泥的脱水固化/稳定化药剂及其制 备方法和应用。
背景技术
随着我国污水处理率的提高，污水处理程度的加强，城市污水厂污泥产量急剧增加。据 估计，我国每年排放的污泥以每年10%的速度增加;预计2015年，我国城市污泥年排放量 将达到800-900万吨左右。城市污水厂污泥中含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机 污染物等，如果处理不当会造成严重的二次污染。污泥处理处置方法有填埋、焚烧、堆肥及 土地利用等，其中卫生填埋方法由于建设周期短、投资相对较低、可分段投入、管理方便、 现场运行简单;根据我国目前的经济状况和未来的发展趋势，在今后相当长的时间里，填埋 仍然是我国最重要的污泥处置方式之一。
由于脱水污泥的高含水率、高持水性和易流变性，其含水率和抗压能力均难以满足填埋 场机械作业要求;同时，污泥中的重金属等有害物质有填埋二次污染风险。我国2007年颁布 的《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》(CJ/T249-2007)明确要求垃圾填埋场混合填埋 泥质含水率应小于60%，且规定了污泥中的重金属含量。根据德国标准，为保证填埋场机械 作业的安全性，入场污泥的抗压强度与抗剪强度应分别大于50kN/m2与25kN/m2。因此，对 污水厂脱水污泥进行适当的处理使之满足填埋场入场要求是污泥填埋处置的前提条件。
污泥固化/稳定化方法是近年来应用较多且日益被重视的污泥预处理方法。此技术利用物 理-化学手段将污泥颗粒胶结、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。 此方法不仅高效低能、操作简单，可以有效地降低污泥含水率，提高其力学稳定性，同时还 可固定污泥中重金属等污染物，降低其环境迁移能力，为污泥的无害化处置提供了先决条件。 针对我国污泥量大、含水率高、地域性质差异大、污染物种类多等特点，研发高效污泥脱水 固化/稳定化药剂，开发污泥脱水固化/稳定化处理技术显得尤为重要，市场前景广阔、经济及 社会效益明显。
目前，有关污泥脱水固化/稳定化药剂、污泥固化/稳定化方法的文献有：
中国专利CN102424511A公开了一种以石灰、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和粉煤灰组成 的固化剂。其主要优点是药剂成分简单易得，经济成本低，在较低温度下(10±0℃)仍可有效 的进行固化;但不足之处在于该药剂添加比例较高，占污泥湿重比达11.9～17.7%。
中国专利CN102603153A公开了一种可在1天或数小时内将污泥固化并达到填埋强度50 kN/m2的污泥固化剂，主料与其比例为：SiO2:3～8%，A12O3:25～35%，CaO:32～43%，SO3:15～23%， Fe2O3:1～3%，Li2O:0.1～0.3%。其主要优点是固化时间较短，固化剂成分简单易得;但不足之 处在于该专利所属药剂无法保障固化污泥的脱水与重金属稳定化效果，且添加比例较高，药 剂占污泥湿重的比例达8.7～13.6%。
中国专利CN102225858A，公开了一种铝基凝胶固化剂，由普通硅酸盐水泥：合成铝酸 钙12CaO·7Al2O3：促凝早强剂无水CaSO4：三乙醇胺：NaAlO2=50～85%：10～40%：2.5～5%： 0.5～1%-2～4%组成。其主要优点为高效，固化剂的添加比例较低，且该固化剂以低碱铝、钙、 硅原料为主，固化污泥具有低碱高强特性，可实现NH3等恶臭气体释放量的大幅削减，环境 效益显著;但不足之处为成分较为复杂。
以上发明尽管各具特色，但应用于污泥固化/稳定化处理时仍存在添加比例较大，成分较 为复杂等缺点。此外这些药剂虽有较强的固化/稳定化效果，但对不同性质污泥的脱水效果不 是很理想。
随着我国经济的发展与生活水平的提高，大量的有机物流入污水中，进而使污水厂污泥 中的有机质含量升高;目前，一些城市污水厂脱水污泥的有机质含量可达60～70%。由于高有 机质污水厂脱水污泥中含有大量的结合水，用上述脱水固化/稳定化剂时，污泥中的水分难以 脱除，进而影响了固化体强度的形成和重金属的稳定化，使高有机质污泥的固化体无法满足 填埋场入场要求。因此，开发一种集脱水、固化与稳定化为一体的污水厂高有机质污泥脱水 固化/稳定化药剂，在较低添加比例下实现高有机质污泥的高效脱水固化/稳定化具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种污水厂高有机质污泥的脱水固化/ 稳定化药剂及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明涉及的污泥脱水固化/稳定化药剂由铝酸钙化合物与硫铝水泥材料按一定的质量 比复配而成。脱水固化药剂中的铝酸钙化合物(主要成分为12CaO·7Al2O3)可屏蔽有机质 的干扰，且具有高效脱水性，可将高有机质污泥中的水分迅速脱除。脱水固化药剂中所用硫 铝水泥为低碱快硬硫铝酸盐水泥，添加到污泥中时发生水化放热反应，将污泥中的水分脱除 的同时使污泥强度迅速增大。此外，水泥水化反应形成大量的针状晶体，与污泥相互交结形 成网格，将重金属等有害物质固定，降低了污泥填埋的重金属污染风险。
固化是指材料形成一定机械强度的过程，而稳定化是指将材料中的有害物质固定的过程， 通过有害物质固定使该材料对周围环境的污染减小。
一种污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂，由以下质量百分比的组分组成：
铝酸钙化合物 40～60%;
硫铝酸盐水泥 40～60%。
所述的污水厂高有机质污泥是指有机质含量大于等于50%的城市污水厂脱水污泥。
所述的铝酸钙化合物的主要成分为铝钙石(12CaO·7Al2O3)，且12CaO·7Al2O3的含量 大于85%。
铝酸钙化合物的制备为已公开技术，较易制备，其具体过程如下：将Al(OH)3和CaCO3分别在马弗炉中于900～1000℃煅烧2h，冷却后将其磨细过筛(孔径0.08mm);研磨后的A12O3和CaO以摩尔比7：12均匀混合，并加入适量的水后沸煮1-2h，冷却后于65℃烘箱烘至恒 重;磨碎后与少量CaF2混合均匀并于1180℃下煅烧2h，加热结束后自然冷却至室温。
硫铝酸盐水泥为市售产品，材料容易得到。
一种污泥脱水固化/稳定化药剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将铝酸钙化合物与硫铝酸盐水泥烘干，然后分别研磨成粉末;
(2)按铝酸钙化合物40～60%、硫铝酸盐水泥40～60%的质量百分比称取铝酸钙化合物 和硫铝酸盐水泥，混合均匀。
所述的步骤(1)中，在50～70℃下烘干8～24小时。
所述的步骤(1)中，粉末粒径小于等于0.1mm，优选0.1～0.06mm。
一种利用上述药剂使污泥脱水固化/稳定化的方法，包括以下步骤：
将污水厂高有机质污泥脱水固化/稳定化药剂按污水厂高有机质污泥质量的3～10%添加 到城市污水处理厂脱水污泥中，混合均匀后于室温下静置养护3～7天，直接进行填埋。
本发明涉及的药剂具有脱水效果好、凝结速度快、早期强度高、碱性低等优点，具有良 好的污水厂污泥脱水固化/稳定化效果，特别适用于有机质含量大于50%的难脱水高有机污泥， 使高有机质污泥在短时间内达到卫生填埋的土力学要求，并实现重金属的高效固定。
本发明的优点和效果：
1.本发明药剂中铝酸钙化合物的主要成分12CaO·7Al2O3具有屏蔽有机质影响，迅速将 污泥中的水分脱除的特性;且硫铝酸盐水泥与污泥中的水分发生水化放热反应，进一步增强 了药剂的脱水性能。因此，该药剂对含有高有机质的城市污水厂污泥具有理想的脱水效果， 短时间内将污泥含水率降低至60%以下。
2.硫铝酸盐水泥具有早强、快硬特性，针状水泥水化产物与污泥相互交结形成坚实的网 格结构，提高了固化污泥的抗压强度。与此同时，重金属等有害物质被固定在固化体网格内， 实现了污泥的稳定化。
3.本发明药剂对高有机质污泥具有良好的脱水固化效果，即使对有机质含量为60～70% 的难脱水污泥，湿重添加比仅为3～10%;固化污泥的增容比小，处理费用低，应用范围广， 具有较高的经济与环境效益。
4.本发明的污泥脱水固化/稳定化剂对污泥的稳定化效果显著，使重金属的浸出毒性降 低为原污泥的1～90%，减小了填埋场污泥重金属污染的风险。
本发明脱水固化剂的主要原料廉价易得，操作方法简单，可实现城市污水厂污泥的大规 模固化/稳定化处理，为污泥卫生填埋提供条件。
