申请日2010.06.30
公开(公告)日2010.11.24
IPC分类号C02F11/14
摘要
本发明公开了一种城市污泥的固化稳定化方法，所述城市污泥的含水率为60%～85%，该方法以石材废弃物与硅酸盐水泥的混合物作为固化稳定剂，将固化稳定剂加入到所述城市污泥中，搅拌均匀即获得可直接填埋或用做资源化的固化体，其中，所述石材废弃物由石材厂切割加工石材后所产生，所述石材废弃物为石粉，石泥或着二者的组合，所述石材废弃物的含固率为70%～100%，以所述城市污泥的重量为基准，所述石材废弃物加入量为40%～115%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。本发明将石材废弃物用于污泥的固化稳定，可以达到以废治废的效果，有效避免城市污泥固化过程中的二次污染和大幅降低处理成本。
权利要求书
1.一种城市污泥的固化稳定化方法，所述城市污泥的含水率为60%～85%，其特征在于：该方法以石材废弃物与硅酸盐水泥的混合物作为固化稳定剂，将固化稳定剂加入到所述城市污泥中，搅拌均匀即获得可直接填埋或用做资源化的固化体，其中，所述石材废弃物由石材厂切割加工石材后所产生，所述石材废弃物为石粉，石泥或着二者的组合，所述石材废弃物的含固率为70%～100%，以所述城市污泥的重量为基准，所述石材废弃物加入量为40%～115%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。
2.根据权利要求1所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述石材废弃物为石粉，以所述城市污泥的重量为基准，所述石材废弃物加入量为40%～80%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。
3.根据权利要求2所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述固化体直接用于填埋，所述石材废弃物的加入量为40%～70%，所述硅酸盐水泥的加入量为5%～8%。
4.根据权利要求2所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述固化体用做资源化，所述石材废弃物的加入量为50%～80%，所述硅酸盐水泥的加入量为8%～15%。
5.根据权利要求1所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述石材废弃物为含固率70%～80%的石泥，以所述城市污泥的重量为基准，所述石材废弃物加入量为50%～115%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。
6.根据权利要求5所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述固化体直接用于填埋，所述石材废弃物的加入量为50%～100%，所述硅酸盐水泥的加入量为5%～8%。
7.根据权利要求5所述的固化稳定化方法，其特征在于：所述固化体用做资源化，所述石材废弃物的加入量为62.5%～115%，所述硅酸盐水泥的加入量为8%～15%。
说明书
一种城市污泥的固化稳定化方法
技术领域
本发明属于环境岩土工程技术领域，特别涉及一种城市污泥的固化稳定化方法。
背景技术
城市污泥是在水处理过程中产生的固体废弃物，城市污泥中的有害成分比较高，如病原微生物、盐分、有机污染物、重金属等，目前城市污泥的危害还鲜为人知，常常被非法取用，造成土地的重金属积累超标、土地板结，人类居住环境和食物被无意中污染和破坏。世界各国对于城市污泥的处理处置都进行了有益的实践和探索，所采用的方法主要有填埋、海洋倾弃、焚烧、农用等。其中，倾弃已经基本不用，焚烧成本很高，农用由于污染物高而受到限制，所以从目前我国经济水平来看以填埋为主，适度走资源化道路比较合适。但由于城市污泥含水率非常高(含水率约60%～85%)，土工含水率高达百分之几百，因此，其流动性非常强，力学性质很差，如果未加处理直接进行填埋，很容易诱发场地塌滑，难以满足填埋场对土性的要求，且污泥中的有害成分比较高，不加以稳定化，则会对环境危害较大，因此，在填埋或资源化以前须做固化稳定化处理。
固化技术始于19世纪50年代对于放射性废物的处理。固化指的是添加固化剂于废弃物中，使其变为不可流动性或形成固体的过程。稳定化是指将有害污染物转变成低溶解性、低毒性及低移动性的物质，以减少有害物污染的技术。固化稳定化的目的主要有两个：一是通过物理或化学的方法改变污染物的流动性，以减少污染的几率;二是增强被处理体的力学特性以便其在建设中被利用。
对于城市污泥的固化稳定化，传统添加的固化剂主要有：石灰、粉煤灰、水泥、一些专用药剂、包胶等。但从使用情况看，这些固化剂的成本比较高，处理过程复杂，所添加的材料较多，且处理效果难以满足要求，因此影响了城市污泥固化稳定化技术的推广。因此亟待寻找经济上合理、技术上可行的固化稳定化材料来代替传统常用材料。
近年来随着国家进行大规模的建设，推动了建筑行业的迅猛发展，从而石材行业也得到飞速发展，排放的石材废弃物也日益增多，已成为企业，乃至整个社会沉重的负担。石材废弃物主要指的是石材在切割加工中产生的石粉或石泥，其产量现已基本和污泥的产量相当，造成的危害还不为人所知。就目前来说，大都采用填埋堆放或随意弃置，这样产生的问题是劳民伤财，占用大量良田，污染环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改进的城市污泥的固化稳定化方法。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种城市污泥的固化稳定化方法，所述城市污泥 的含水率为60%～85%，该方法以石材废弃物与硅酸盐水泥的混合物作为固化稳定剂，将固化稳定剂加入到所述城市污泥中，搅拌均匀即获得可直接填埋或用做资源化的固化体，其中，所述石材废弃物由石材厂切割加工石材后所产生，所述石材废弃物为石粉，石泥或着二者的组合，所述石材废弃物的含固率为70%～100%，以所述城市污泥的重量为基准，所述石材废弃物加入量为40%～115%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。
根据本发明的一个方面，加入的石材废弃物为石粉，以城市污泥的重量为基准，石材废弃物加入量为40%～80%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。在所述固化体直接用于填埋时，石材废弃物的加入量优选为40%～70%，硅酸盐水泥的加入量优选为5%～8%;在所述固化体用做资源化时，石材废弃物的加入量优选为50%～80%，硅酸盐水泥的加入量优选为8%～15%。
根据本发明的又一方面，所述石材废弃物为含固率70%～80%的石泥，以城市污泥的重量为基准，石材废弃物加入量为50%～115%，硅酸盐水泥的加入量为5%～15%。在所述固化体直接用于填埋时，石材废弃物的加入量优选为50%～100%，硅酸盐水泥的加入量优选为5%～8%。在所述固化体用做资源化，石材废弃物的加入量优选为62.5%～115%，硅酸盐水泥的加入量优选为8%～15%。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明用作固化稳定剂的石材废弃物的产量与城市污泥的产量相当，取用方便;又，固化稳定化过程中，仅添加石材废弃物和硅酸盐水泥，搅拌混匀即可，取用材料少，操作简单。
2、将石材废弃物用于处理污泥，可以达到以废治废的效果;
3、本发明实际使用的水泥掺量较少，但效果明显，成本得到较大控制，经济效益显著;
4、采用本发明处理后固化体的强度和长期水稳性得到大幅提高，有效遏制了重金属和有机物的渗滤，不会对环境造成二次污染。
具体实施方式
本发明首先取用石材厂切割加工石材后所产生的石材废弃物-含固率为70%～80%的石泥(湿法)或石粉(干法)或者二者的混合物，由于石泥(石粉)本身颗粒细腻，不需过筛，可以直接取用。再取少量普通硅酸盐水泥，将石粉(石泥)和水泥与城市污泥按照一定比例混合，其间采用人工拌合或机械搅和使石粉(石泥)、水泥和污泥充分接触，拌合均匀即可。
根据处理后的要求不同，石粉(石泥)、水泥、污泥这三者的掺量和比例有所差异。经过大量的试验，本发明建议采用以下掺量和比例，可以获得较佳效果：
(1)如处理后固化体用做填埋的，参照国内及欧美标准规定，固化体含水率必须小于40%、7天的无侧限抗压强度达到50kpa以上，28天的无侧限抗压强度达到340kpa以上。要满足以上要求，以污泥的重量为基准，可掺入石材废弃物：石粉40%～70%或石泥50%～100%，硅酸盐水泥的加入量为5%～8%。
(2)如处理后固化体用做资源化，根据目前的研究成果，比较适合做铺路材料。参照国内及欧美标准规定，除了要满足固化体含水率必须小于40%，7天的无侧限抗压强度达到50kpa以上的条件以外，28天的无侧限抗压强度要达到1040kpa以上。要符合以上要求，以污泥的重量为基准，石材废弃物的加入量可以为：石粉50%～80%或石泥62.5%～115%，硅酸盐水泥的加入量可以为8%～15%。
本发明采用此技术方案，主要基于以下几方面的考虑：
(1)对于城市污泥，其含水率很大，而且污泥中的有机物和重金属浓度很浓，会在反应过程中，阻碍水泥水化产物的进行，因此，采用传统的固化材料所要消耗的水泥量非常巨大，而且从处理效果来看，处理后得到的固化体的力学性能和稳定性均差强人意，很难达到相应的要求。
(2)对于城市污泥，其中的无机颗粒成分很少，因此，在固化稳定化过程最好掺入较多无机颗粒，使无机颗粒与水泥反应，生成坚硬的产物，将有机物和重金属等有害物质固定在其中，使其在环境的变化下不致渗滤出来。而采用石材废弃物正好可以满足这样的要求。石泥或石粉本身是废弃物，其颗粒一般来说来自然矿物，毒性不强，不像以往采用废弃物如磷石膏、粉煤灰等虽然在一定程度上可以提高固化体强度，但很容易造成环境中的某些元素的超标，从而造成新的污染问题。采用石材废弃物既可以提高固化体的性能，又可以避免产生新的污染问题，一举两得。
(3)石材废弃物来源广泛，只要是有建材的地方，石材则必不可少，其产量与污泥产量相当，取材十分方便，且由于其为废弃物，不需要另外花钱购买，可以大大降低固化稳定化过程中的材料费用，有利于降低成本。
(4)硅酸盐水泥加入到污泥中，会吸收污泥中的大量自由水发生水化水解反应，具体反应式见下式(a)、(b)、(c)、(d)。另外，石材废弃物中的CaO含量比较高，加入污泥当中，使污泥的孔隙水中的Ca2+处于过饱和状态，从而保证水泥生成的CSH水化凝胶和Ca(OH)2不受影响而不断形成，并且会使Ca(OH)2比较充裕。而且石材废弃物中的硅酸基团和铝酸基团即活性SiO2和活性Al2O3成分含量也很高，受到碱性激发剂Ca(OH)2作用，与之进行硬凝反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，使得产物具有水硬性，进而获得更高的强度和更密的质地，阻止了有机物和重金属的渗滤。具体反应式见下式(e)、(f)。
2(CaO)3SiO2+7H2O→(CaO)3(SiO2)2(H2O)4+3Ca(OH)2 (a)
2(CaO)2SiO2+5H2O→(CaO)3(SiO2)2(H2O)4+Ca(OH)2 (b)
(CaO)2Al2O3+3(CaO)SO3(H2O)2+26H2O→(CaO)6(Al2O3)(SO3)3(H2O)32 (c)
(CaO)4(Al2O3)(Fe2O3)+7H2O→(CaO)3(Al2O3)(H2O)6+(CaO)(Fe2O3)(H2O) (d)
xCa(OH)2+SiO2+m1H2O→xCaO·SiO2·n1H2O (e)
yCa(OH)2+Al2O3+m2H2O→yCaO·Al2O3·n2H2O (f)
下面将结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明：
实施例1
按照本发明实施的城市污泥固化稳定化方法中，城市污泥的含水率为约77%，以城市污泥的重量为基准，加入石粉50%和硅酸盐水泥6.5%。具体固化稳定化过程如下：
按照以上配比，在每1000kg污泥中加入500kg的石粉和65kg的硅酸盐水泥，充分拌合均匀，测得7天后试样的无侧限抗压强度达到115kpa，含水率为15.34%，14天强度达到290pa，21天强度达到420kpa，28天强度达到510kpa，远远达到填埋的要求，并且随着时间的增长，强度逐步增加。28天龄期试件通过12次干湿循环后强度未降，试样形状基本保持完好，证明长期水稳性强。固化稳定化过程中混合体积没有膨胀，毒性浸出试验各项指标均满足要求。实际过程操作简单，处理1kg污泥仅需要0.02元左右(每吨水泥按280元计)，经济效益明显。
实施例2
按照本发明实施的城市污泥固化稳定化方法中，城市污泥的含水率为约77%，以城市污泥的重量为基准，加入石粉60%和硅酸盐水泥12%。具体固化稳定化过程如下：
按照以上配比，在每1000kg污泥中加入600kg的石粉和120kg的硅酸盐水泥，充分拌合均匀，测得7天后试样的无侧限抗压强度达到360kpa，含水率为10.05%，14天强度达到840kpa，21天强度达到1190kpa，28天强度达到1470kpa，达到铺路材料的力学性能要求，并且随着时间的增长，强度逐步增加。28天龄期试件通过12次干湿循环后强度未降，试样形状基本保持完好，证明长期水稳性强。固化稳定化过程中混合体积没有膨胀，毒性浸出试验各项指标均满足要求。实际过程操作简单，处理1kg污泥仅需要0.033元左右(每吨水泥按280元计)，所形成的产物可以用作铺路材料，经济效益显著。
实施例3
按照本发明实施的城市污泥固化稳定化方法中，城市污泥的含水率为约77%，以城市污泥的重量为基准，加入石泥70%和硅酸盐水泥9%。具体固化稳定化过程如下：
按照以上配比，在每1000kg污泥中加入700kg的石泥(含固率为80%)和90kg的水泥，充分拌合均匀，测得7天后试样的无侧限抗压强度达到200kpa，含水率为13.18%，14天强度达到520kpa，21天强度达到812kpa，28天强度达到1080kpa，达到铺路材料的力学性能要求，并且随着时间的增长，强度逐步增加。28天龄期试件通过12次干湿循环后强度未降，试样形状基本保持完好，证明长期水稳性强。固化稳定化过程中混合体积没有膨胀，毒性浸出试验各项指标均满足要求。实际过程操作简单，处理1kg污泥仅需要0.025元左右(每吨水泥按280元计)，经济效益显著。
综上，本发明有效地综合利用石粉石泥，变废为宝，发现将石材废弃物作为城市污泥的固化稳定化材料则可以大大提高处理效果，且大幅降低了处理成本。
