申请日2015.09.30
公开(公告)日2016.01.13
IPC分类号C02F11/14; C02F11/18
摘要
本发明公开了一种污水处理厂废弃泥的固定化剂及其制备和应用，属于环境保护中的污水处理厂污泥处理。该发明是将具有高效重金属固定能力的热处理后的富钙粘土和自来水厂尾泥，在温度、pH范围一定的条件下，按照一定的比例混合均匀，并在自然环境条件下放置8-10天，自然风化晾干。之后和污水处理厂废弃污泥按一定比例混合，用于污水处理厂污泥中对环境有害的物质的吸附。本发明其对重金属离子、营养盐等物质具有较强的吸附作用，有利于促进污水厂污泥的固定化;添加自来水厂污泥，可以降低凹凸棒粘土的用量，减少固定化成本，达到以废治废的目的。固定化剂处理后的污泥用于生态湿地的建设和维护，实现其在自然界中循环转换，对污水厂污泥处理处置技术的发展具有很强的引导作用。
权利要求书
1.一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的制备方法，其特征在于：以使用Fe盐和Al盐为絮凝剂的自来水厂废弃泥为主要原料，其中Fe的含量为188g/kg～252g/kg，Al的含量为 94g/kg～143g/kg，添加热处理富钙粘土材料，废弃泥与富钙粘土材料按照干重质量比 100:10～100:20均匀混合后，制备成污水处理厂废弃泥的固定化剂。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂废弃泥的固定化剂的制备方法，其特征在于：所述的富钙粘土材料为钙基海泡石和/或钙基凹凸棒粘土矿物，所述的钙基海泡石分子组成为 Mg4Si6O15(OH)2·6H2O，所述的钙基凹凸棒粘土矿物分子组成为Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O。
3.根据权利要求1所述的污水处理厂废弃泥的固定化剂的制备方法，其特征在于：所述的富钙粘土材料的钙质成分含量为15%～25%，所述钙质分子组成为CaMg(CO3)2，粒径大小为 0.15mm～0.5mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的污水处理厂废弃泥的固定化剂的制备方法，其步骤为;
(1)采集自来水厂尾泥，经过100℃～200℃条件的高压蒸汽灭菌锅处理10～20min，去除污泥中存在的细菌及其它的一些有害物质，降低其含水率。
(2)将所述的富钙粘土材料制作成颗粒状，粒径大小为0.15mm～0.5mm在105℃条件下烘干;
(3)将经过步骤(2)处理过的富钙粘土材料在800℃的温度下加热1h;
(4)将经过步骤(3)处理过的富钙粘土材料与步骤(1)处理过的自来水厂尾泥按照干重质量比10:100～20:100均匀混合，调节混合物pH在7～8之间，在自然环境条件下固化处理8～10d;
(5)将经过步骤(4)固化后的材料制作成颗粒状，粒径大小为0.25mm～0.6mm，在105℃ 条件下烘干。
5.根据权利要求1所述的制备方法制备得到的固定化剂。
6.根据权利要求5所述的污水处理厂废弃泥的固定化剂的应用，其特征在于：将固定化剂用于污水处理厂污泥的处理当中，与污水处理厂污泥混合，吸附去除污水处理厂污泥中的重金属离子和其它有害物质，实现污泥的循环利用。
7.根据权利要求6所述的一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的应用，其步骤是：
(1)采集污水处理厂污泥，经过100℃～200℃条件的高压蒸汽灭菌锅处理10～20min，去除污泥中存在的细菌及其它的一些有害物质，降低其含水率;
(2)将污水处理厂废弃泥的固定化剂与污水处理厂污泥按一定比例混合均匀，调节混合物pH为中性或弱碱性，在自然界中自然反应8-10d;
(3)检测反应后的污水处理厂污泥中重金属有害物质含量;
(4)将处理后的污水处理厂污泥回填到别处，用于生态湿地的建设和维护。
8.根据权利要求7所述的一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的应用，其特征在于：所述步骤 (1)中控制污水处理厂废弃泥的含水率在60%～70%。
9.根据权利要求7所述的一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的应用，其特征在于：所述步骤 (2)中固定化剂与污水处理厂污泥的混合的干重质量比控制为105:100～120:100。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的应用，其特征在于：所述步骤(2)中控制混合物pH在7～8之间，呈弱碱性。
说明书
一种污水处理厂废弃泥的固定化剂及其制备和应用
技术领域
本发明属于环境保护中的污水处理厂污泥处理技术领域，更具体地说，是应用热处理的富钙粘土材料、自来水厂尾泥混合制备固定化剂，对污水处理厂污泥的固定化方法。
背景技术
城市生活污泥作为城市污水处理副产物,它有着独特的性质,比如含水率高,有机质含量高,同时还含有大量的病原体和重金属等有毒有害物质。城市污水处理厂污泥的性质复杂且非常不稳定,极其容易腐化,并散发出刺激性气味,如果直接对其进行堆放,会成为病原微生物等有害细菌的生存场所,对环境造成二次污染。因此,城市生活污泥的处理处置已经逐渐成为城市化发展中急需解决的问题之一。
目前，针对污水处理厂污泥处理，国内外主要有以下四种方法，海洋倾倒，污泥卫生掩埋、焚烧和土地利用。海洋倾倒是人们早期对污水厂污泥危害性认识不足而采取的处理方法，会对海洋生态环境造成很大程度破坏，影响海底生物群落的正常生存、繁衍;污泥卫生掩埋处理工艺简单、成本较低、可短期见效，在我国应用比较广泛。缺点是需要占用大量的填埋场地与大量运输费用，同时对污泥土力学性能有一定要求，并且需要对填埋场地进行防渗处理，防止对地下水造成污染;焚烧处理方式能达到污泥的最大减量化(剩余灰质为原体积的1/10左右),是最彻底的处理方法。污泥焚烧之后灰质的性质稳定,无臭味,无病原体生物。灰质可以资源化作为土壤改良剂、制作建材等。然而，焚烧处理也有明显的缺点:其一次性投入大;运行维护的成本高;焚烧后的灰质里重金属含量可能超标,不经处理排放会造成二次污染。
土地利用是污泥处理的另外一种方式，也是现在我们致力于追求的污泥处理方式。在污泥中添加固定化剂,保证重金属离子等污染物质不会流出，不会对环境造成二次污染，有利于污泥在自然界中的循环转换。土地利用是我国未来污泥处理的主要发展方向。
中国专利申请(授权公开号CN101428951A)公开了一种污水厂污泥固化/稳定化循环处理方法，使用水泥、石灰、粉煤灰和粘土矿物的混合物作为固化添加剂;中国专利申请(授权公开号CN101428950A)公开了一种污水厂污泥固化/稳定化材料，使用水泥粘土矿物的混合物、活性剂、元明粉混合物作为固化添加剂;上述方法的主要不足之处在于，1)、固定化过程中采用水泥作为固化添加剂，把污水厂污泥固结成块，不能用于土地再利用，在自然界中不能循环转换;2)、固定化过程中采用大量水泥固化添加剂，固化运行成本高，经济性比较差。3)、固定化产物的抗压强度要求较高，固定化过程材料的添加顺序、时间尺度、材料用量配比以及固定化反应、检测设备的都要严格达到的要求，操作过程复杂，变量多，固定化结果控制难度相对较大。
发明内容
1、本发明要解决的技术问题
针对现有技术中存在的污水处理厂污泥固化后在自然界不能循环转化、固定化运行成本高，经济性比较差的问题，本发明提供了一种污水处理厂废弃泥的固定化剂及其制备和应用，采用富钙粘土、自来水厂污泥混合制备固定化剂，可促进污水处理厂污泥的固定化，降低凹凸棒粘土的用量，减少固定化成本，实现以废治废的目的。
采用经过热处理后的富钙粘土材料、自来水厂尾泥按一定比例混合制备的固定化剂，在温度、pH范围一定的条件下，与热处理后的污水处理厂污泥按照一定的比例混合均匀，吸附转化污水处理厂污泥中对环境有害的物质(重金属离子、营养盐等)的过程。，一方面由于其对重金属离子、营养盐等物质具有较强的吸附作用，有利于促进污水处理厂污泥的固定化;另一方面，添加自来水厂污泥，固定化后的污水处理厂污泥用于生态湿地的建设和维护，实现污泥在自然界中的循环转换。
1、技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：
一种污水处理厂废弃泥的固定化剂，由自来水厂废弃泥和富钙粘土材料混合制成。
所述自来水厂废弃泥，其Fe的含量为188g/kg～252g/kg，Al的含量为94g/kg～143g/kg;
所述富钙粘土材料为钙基海泡石和/或钙基凹凸棒粘土矿物，所述的钙基海泡石分子组成为Mg4Si6O15(OH)2·6H2O，钙基凹凸棒粘土矿物分子组成Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O;
所述富钙粘土材料钙质成分含量为15%～25%，所述钙质分子组成为CaMg(CO3)2;
所述富钙粘土材料粒径大小为0.15mm～0.5mm;
一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的制备方法，其制备过程步骤如下：
(1)采集自来水厂尾泥，经过100℃～200℃条件的高压蒸汽灭菌锅处理10～20min，去除污泥中存在的细菌及其它的一些有害物质，降低其含水率。
(2)将所述的钙基粘土材料制作成颗粒状，粒径大小为0.15mm～0.5mm在105℃条件下烘干;
(3)将经过步骤(2)处理过的钙基粘土材料在800℃的温度下加热1h;
(4)将经过步骤(3)处理过的钙基粘土材料与步骤(1)处理过的自来水厂尾泥按照干重质量比10:100～20:100均匀混合，调节混合物pH在7～8之间，在自然环境条件下固化处理8～10d;
(5)将经过步骤(4)固化后的材料制作成颗粒状，粒径大小为0.25mm～0.6mm，在105℃条件下烘干;
一种污水处理厂污泥固定化剂的使用方法，其将由自来水厂废弃泥和富钙粘土材料混合制成固定化剂用于污水处理厂污泥的处理当中，在温度、pH一定的条件下，与污水处理厂污泥按一定比例混合，吸附去除污水处理厂污泥中的重金属离子和其它有害物质。
一种污水处理厂废弃泥的固定化剂的使用方法，其步骤是：
(1)采集污水处理厂污泥，经过100℃～200℃条件的高压蒸汽灭菌锅处理10～20min，去除污泥中存在的细菌及其它的一些有害物质，降低其含水率;
(2)将污水处理厂废弃泥的固定化剂与污水处理厂污泥按干重质量比105:100～120:100混合均匀，调节混合物pH为中性或弱碱性，在自然界中自然反应一段时间;
(3)检测反应后的污水处理厂污泥中重金属等有害物质含量;
(4)将处理后的污水处理厂污泥回填到别处，用于生态湿地的建设和维护当中。
所述步骤(1)中控制污水厂废弃泥的含水率在60%～70%;
所述步骤(2)中固定化剂与污水处理厂污泥的混合的干重质量比控制为105:100～120:100;
所述步骤(2)中控制混合物pH在7～8之间，呈弱碱性;
3、有益效果
(1)本发明采用经过热处理后的富钙粘土材料、自来水厂尾泥混合制备而成的固定化剂，对污水厂污泥中对环境有害的物质(重金属离子、营养盐等)具有很强的吸附转化作用，有利于促进污泥再利用进程;
(2)本发明采用经过热处理后的富钙粘土材料、自来水厂尾泥混合制备而成的固定化剂，添加到污水处理厂污泥中，处理后的污泥不会固结成整体，可以用于生态湿地的建设和维护，实现污泥在自然界中的循环转换;
(3)本发明采用经过热处理后的富钙粘土材料、自来水厂尾泥混合制备而成的固定化剂，添加自来水厂尾泥，可以降低富钙粘土材料的用量，减少固定化成本，同时达到以废治废的目的;
(4)自来水厂尾泥、污水厂废弃泥经过100℃～200℃条件的高压蒸汽灭菌锅处理，去除污泥中存在的细菌及其它的一些有害物质，同时起到降低其含水率的作用效果;
(5)热处理后的富钙粘土材料、自来水厂尾泥按照干重质量比10:100～20:100均匀混合制备固定化剂、该固定化剂与污水处理厂污泥的混合的干重质量比控制为105:100～120:100，既能以最低成本获得最好的固定效果，同时又有利于固定化剂对污泥中重金属离子等有害物质的充分吸附;
(6)本发明控制污水厂废弃泥的含水率为60%～70%，有利于固定化剂与污泥的均匀混合，促进污水厂污泥的有害物质的吸附进程;
(7)本发明控制污水厂废弃泥的固定化过程的pH在7～8之间，呈弱碱性。弱碱性有利于固定化剂絮状体悬浮物的存在，对污水处理厂的污泥中的重金属离子和营养盐的吸附。
