申请日2016.05.20
公开(公告)日2016.10.26
IPC分类号C02F11/00; C02F11/06; C02F11/10; C02F11/12
摘要
本发明涉及市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，属于环境岩土工程领域,包括以下步骤：1、向100重量份的市政脱水污泥中添加0.01‑1重量份的光催化剂、0.1‑2重量份的萃取剂、1‑10重量份的吸波剂、0.1‑10重量份的激发剂、0.1‑20重量份的碱性固化剂和0.001‑2重量份的重金属固化剂;2、将市政脱水污泥与添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、激发剂、碱性固化剂和重金属固化剂进行混合;3、混合后的市政脱水污泥处理颗粒状;4、将污泥放入微波炉进行微波光催化一体化处理。本发明具有高效降低有机质、固化重金属、污泥体积减量大等优势,变废为宝，可极大的缓解目前势态严峻的市政污泥处理局势。
权利要求书
1.市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、向100重量份的市政脱水污泥中添加0.01-1重量份的光催化剂、0.1-2重量份的萃取剂、1-10重量份的吸波剂、0.1-10重量份的激发剂、0.1-20重量份的碱性固化剂和0.001-2重量份的重金属固化剂;
步骤S2、将市政脱水污泥与步骤S1添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、激发剂、粘结剂和重金属固化剂进行均匀混合;
步骤S3、将步骤S2混合后的市政脱水污泥处理成颗粒状;
步骤S4、将污泥颗粒放入微波炉进行微波光催化一体化处理,并回收处理过程中产生的废气。
2.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的光催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌中任意一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的萃取剂是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一种或多种的混合物。
4.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的吸波剂是微波干化市政脱水污泥。
5.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的激发剂是氯化镁和硫酸钠中任意一种或多种的混合物。
6.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S1的碱性固化剂是水玻璃。
7.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S3中，将市政脱水污泥处理成的颗粒直径在5-50cm范围内。
8.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S4中，微波温度范围为100-450℃。
9.根据权利要求1所述的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，其特征在于，所述步骤S4中，微波光催化一体化处理时间范围为30S-1000S，微波温度范围为100W-7000W。
说明书
市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法
技术领域
本发明涉及属于环境岩土工程领域,具体涉及一种市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法。
背景技术
市政脱水污泥是污水处理的主要副产物，其产生量急剧增长，很多城市已经形成“污泥围城”之势，市政脱水污泥具有容量大、不稳定等特点，其中的固相有机质因为含量高达38%，且分子量大、沸点高、难降解，特别容易发生腐败变质而变得恶臭，对人体有毒有害，不处理或处置不当将导致污染水入侵地下水、恶臭气体侵蚀大气等严重的二次污染事故。
市政脱水污泥的处理技术、工艺及装备的发展仍受经济水平发展的制约，不堪巨额处理费用而作出的“重水轻泥”思想业已导致严重的环境污染。污泥处理通常采用的填埋、土地利用、焚烧等方法已经引起了恶劣的环境污染、惨重的人员伤亡和巨额的财产损失，污泥处理陷入困境。
卫生填埋这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。
污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，被认为是最有发展潜力的一种处置方式，科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地 的修复与重建(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地)，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。
湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法之一，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，设备维护成本高，而且产生强致癌物质二恶英。
分析我国污泥处理的现状，存在的主要技术难题是：①有机质厌氧消化操作稳定性差，消化率低，消化产气的利用技术不配套;②处置过于依赖农用，但由于缺乏有效的组织，事实上以无序弃置为主，造成主要由有机质引起的二次污染危害程度相当大;③由于没有有效的脱水技术，脱水污泥的含水率较高。一种有效的处理与处置技术，应当兼顾到环境生态效益与处理成本的均衡。将来的污泥处理技术必须具有较好的资源经济性，即少消耗能源、少占用土地和减少二次污染物的排放等，以满足人类社会的可持续发展的需要。充分利用污泥中的有用成分，将它变废为宝，以废治废，走污泥资源化的道路是当今世界污泥处理与处置技术发展的方向。
我国市政脱水污泥处理主要存在处理率低、工艺不完善、技术单一、装备水平落后、处置保障率、资源化利用率低以及二次污染风险大等问题。因此，必须改进和革新市政脱水污泥处理工艺。20世纪90年代后，国内外学者开始将微波技术引入污水污泥处理。传统观点认为，微波处理方法的缺点是不能进行污泥干燥全处理，而仅仅是前处理过程利用微波技术，相对于热干燥处理其经济性不佳，难以大批量处理，并且还要注意辐射泄露。
关于污泥的典型的研究如下：傅大放等用输出功率为750W的微波辐射浓缩池污泥发现，辐射45min污泥含水率可降为36%。邹路易等用微波辐射浓缩池污泥的研究表明，当电耗小于0.2×10-3kW·h时污泥含水率仍在 80%以上，电耗达0.35×10-3kW·h时污泥含水率可降至60%。田禹等研究了微波辐射处理对污泥结构和脱水性能的影响。MENNEDEZ等对微波制备活性炭的可行性进行了分析。Gan进一步证明：微波干燥重金属氢氧化物沉淀污泥时，对其中重金属Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+和Pb2+有明显固定作用。Tai HS证明了微波辐射对土壤中重金属铬的固定效果，满足美国环境保护署规定5mg/L的浸出最高浓度要求。在污泥有机物和重金属检测方面，有少量的研究报道，比如采用Tessier五步萃取法分析城市污水厂污泥中重金属的形态分布、采用微波辅助萃取/高效液相色谱法测定深圳市龙岗区供水集团有限公司各水厂的沉淀池和回收水池池底污泥中烷基酚类和烷基酚聚氧乙烯醚类化合物的浓度等。但这些检测实验的污泥用量一般都是30ml左右，所使用的微波炉设备简陋，有的还使用家用微波炉，工业化污泥微波萃取尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1、向100重量份的市政脱水污泥中添加0.01-1重量份的光催化剂、0.1-2重量份的萃取剂、1-10重量份的吸波剂、0.1-10重量份的激发剂、0.1-20重量份的碱性固化剂和0.001-2重量份的重金属固化剂;
步骤S2、将市政脱水污泥与步骤S1添加的光催化剂、萃取剂、吸波剂、激发剂、粘结剂和重金属固化剂进行均匀混合;
步骤S3、将步骤S2混合后的市政脱水污泥处理成颗粒状;
步骤S4、将污泥颗粒放入微波炉进行微波光催化一体化处理,并回收处理过程中产生的废气。
本发明的有益效果是：本发明的市政脱水污泥水玻璃微波双重固化制备轻质材料的方法具有高效降低有机质、快速脱水、重金属固化、污泥体积减量大等优势,变废为宝，固化剂、吸波剂、光催化剂和绿色萃取剂等物质能使污泥体系的温度超过了300℃，微波能量能破坏污泥及其有机质本身复杂的结构，60%以上的污泥有机质被降解、催化氧化、萃取出来，最终可将污泥中的水分降低80%以上。同时，在微波处理过程中，废气主要是易于收集、回用的低分子无害物质，也无辐射遗留物存在，是一种十分安全无害的高新技术。本发明能将降解为低分子的有机质催化氧化或者萃取出来，具有成本低、同步低耗深度脱水、高温降解有机质、光催化活性有机质、萃取有机质、固化重金属和残余惰性有机质等多项优点。
进一步的，所述步骤S1的光催化剂为纳米二氧化钛、纳米氧化锌或其混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明针对污泥中活性有机质、惰性有机质、水分等的特点，将氧化能力强、具有一定磁性的无毒光催化剂二氧化钛、纳米氧化锌引入到污泥中，再污泥混合物进行微波处理，明显加快了处理速率，能大幅度的增强微波处理的效果。
进一步的，所述步骤S1的吸波剂是微波干化市政脱水污泥。
采用上述进一步方案的有益效果是：利用市政脱水污泥中残余惰性有机质的特点，将其制备微波干化市政脱水污泥吸波剂，不仅提高了微波的加热效率和污泥体系温度，而且大大提高了污泥的使用率。
进一步的，所述步骤S1的萃取剂是碳酸二甲酯、四氯化碳、丙二醇或乙酸乙酯中任意一种或多种的混合物。
采用上述进一步方案的有益效果是：使用了萃取剂，加速了低分子有机质和分解的有机质的溶解和萃取行为，能使污泥有机质含量降低60%。
进一步的，所述步骤S1的碱性固化剂是水玻璃。
采用上述进一步方案的有益效果是：采用水玻璃可以将污泥中的残余有机质、重金属和胶凝材料粘结起来，并获得高强度的微波聚合物。
进一步的，所述步骤S3中，将市政脱水污泥处理成的颗粒直径在5-50cm范围内。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据处理后的污泥用途调整制品厚度，获得较好的微波固化速度。
进一步的，所述步骤S4中，微波功率范围为100W-7000W，微波处理时间范围为30S-1000S。
采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据待处理的污泥总量多少确定微波的功率大小和微波时间。
