申请日2018.11.20
公开(公告)日2019.03.12
IPC分类号C02F11/14; C02F11/00; C02F11/04
摘要
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥干化剂及由此制备的改良土及其应用。本发明所述干化剂包括白灰干粉、石膏干粉、粉煤灰和益生菌。本发明所述干化剂组分简单，经过本污泥干化剂处理的污泥无需填埋和焚烧，可增强土壤肥力，促进植物生长。
权利要求书
1.一种污泥干化剂，其特征在于，以质量份计，包括白灰干粉3-8份、石膏干粉3-5份、粉煤灰5-9份、益生菌1-3份。
2.根据权利要求1所述的污泥干化剂，其特征在于，所述白灰干粉的含量为4-6份。
3.根据权利要求1所述的污泥干化剂，其特征在于，所述石膏干粉的含量为4-5份。
4.根据权利要求1所述的污泥干化剂，其特征在于，所述粉煤灰的含量为6-8份。
5.根据权利要求1所述的污泥干化剂，其特征在于，所述益生菌的含量为2-3份。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的污泥干化剂，其特征在于，以质量份计，还包括绿藻0.1-0.3份。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的污泥干化剂，其特征在于，以白灰干粉的质量计，还包括硫酸钠1-3wt%、氢氧化钠2-5wt%、木钙1-3wt%。
8.一种改良土，其特征在于，包括污泥和权利要求1-7任意一项所述的污泥干化剂。
9.根据权利要求8所述的改良土，其特征在于，所述污泥和所述污泥干化剂的总质量比为100：12-27。
10.根据权利要求9所述的污泥干化剂，其特征在于，所述污泥为污水厂污泥和/或河道污泥。
说明书
一种污泥干化剂及由此制备的改良土及其应用
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥干化剂及由此制备的改良土及其应用。
背景技术
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥为水泡体结构，污泥的主要特性是含水率高(可高达99%以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态。它是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但它很难通过沉降进行固液分离。由于污泥含有大量的有机物，有机物通过自身的亲水基团与水分子之间的键和作用，导致污泥中水分形态存在十分复杂，结合水含量比较高，并且单独的污泥机械脱水设备一般很难将污泥含水率降低至80%。
同时污泥中含有的有机污染物不易降解、毒性残留时间长，这些有毒有害物质进入水体与土壤中将造成环境污染。污水中含有的病原微生物和寄生虫卵经过处理会进入污泥，通过直接与污泥接触或通过食物链与污泥直接接触等方式威胁人类健康。
污泥对环境的二次污染还包括污泥盐份的污染和氮、磷等养分的污染。污泥含盐量较高会明显提高土壤电导率，破坏植物养分平衡，抑制植物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害。在降雨量较大地区且土质疏松土地上大量施用富含氮、磷等的污泥之后，当有机物的分解速度大于植物对氮、磷的吸收速度时，氮、磷等养分就有可能随水流失而进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。
对于大型城市的污水处理厂来说，由于有大量的工业废水排入系统，造成污水污泥中的重金属含量偏高，其中铜、锌含量往往接近或超过污泥作为农用堆肥的接纳标准，从污水处理厂排出的污泥一般是一种胶溶状膏体物，具有比重轻、体积庞大、触变性强(不易脱水)、极易腐败恶臭的理化特点，因而十分不利于处理与运输。
目前国内污泥的处置方法主要有填埋和焚烧等。从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，无论那种处置方式都存在利弊。
污泥填埋占用场地，且污泥中的有害微生物和重金属易污染地下水，在发酵过程中产生的臭气易污染周边环境。
污泥焚烧也面临一系列问题，特别是由于污泥含水率太高，热值很低。污泥焚烧过程中需要使用大量辅助燃料，使处理成本极高，设备投资大。国内有一些污水处理厂建设了污泥焚烧设备，均因污泥热值低、辅助燃料用量大、成本高而闲置。且焚烧后的炉渣还需要二次填埋，耗时耗力，进一步增加了成本。
CN101265070A公开了一种用于市政污水处理厂排水污泥和河道污泥的固化剂，该固化剂的各组分原料的质量比为：硫铝酸盐水泥30%至60%，石膏20%至40%，石灰8%至20%，促凝剂1%至5%。污泥添加固化剂搅拌固化后，养护1至6天的时间，即可达到填埋要求的强度和含水量。污泥固化后，有毒重金属离子被包裹，使得污泥的污染降低。被固化的污泥没有原始污泥的恶臭，减少了作业时对操作人员的危害。但是，该发明由于使用了大量的水泥，使得固化成本高，且经过固化后的污泥，其包裹的有毒重金属离子在填埋后易污染地下水，填埋也需占用大量的场地。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中污泥固化后填埋、焚烧投资大，易造成环境二次污染的问题，进而提供一种污泥干化剂及由此制备的改良土及其应用，使用该污泥干化剂对污泥固化后不需填埋和焚烧，可直接作为土壤肥料。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种污泥干化剂，以质量份计，包括白灰干粉3-8份、石膏干粉3-5份、粉煤灰5-9份、益生菌1-3份。
优选地，所述白灰干粉的含量为4-6份。
优选地，所述石膏干粉的含量为4-5份。
优选地，所述粉煤灰的含量为6-8份。
优选地，所述益生菌的含量为2-3份。
优选地，以质量份计，还包括绿藻0.1-0.3份。
优选地，以白灰干粉的质量计，还包括硫酸钠1-3wt%、氢氧化钠2-5wt%、木钙1-3wt%。
优选地，所述益生菌为厌氧菌。
优选地，所述益生菌为枯草芽孢杆菌。
优选地，所述益生菌和绿藻的质量比为1:0.05-0.1。
优选地，所述绿藻选自小球藻、水绵中的一种。
本发明还提供一种改良土，包括污泥和上述所述的污泥干化剂。
优选地，所述污泥和所述污泥干化剂的总质量比为100：12-27。
优选地，所述污泥为污水厂污泥和/或河道污泥。
本发明还提供一种上述改良土的制备方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠、氢氧化钠、木钙分别用水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉、石膏干粉和粉煤灰，加水搅拌，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到污泥中，搅拌混合，摊铺晾晒;
5)向步骤4)摊铺晾晒后的污泥中加入益生菌和绿藻，混合后造粒，得到改良土。
优选地，所述步骤1)和步骤3)中加入水的总重量为所述白灰干粉、石膏干粉、粉煤灰总重量的1.2-1.8倍。
本发明有益效果：
1、本发明中所述污泥干化剂组分简单，经过本污泥干化剂处理的污泥无需填埋和焚烧，可作为土壤肥料，促进植物生长;同时本发明提供的污泥干化剂可将污泥含水率由83%-87%降低到45%-62%，经过处理的污泥体积减少15%-20%。对含水率高达120%的污泥仍具有较好的固化作用，从而省去了对污泥脱水等先行工艺，简化了污泥的加固处理程序，缩短了加固时间，降低了施工成本。
本发明中提供的污泥干化剂为污泥分子提供一个弱碱性环境，步骤3)得到的湿浆与污泥分子反应，在污泥细胞中产生类似磁场的正负电极，使污泥分子能够相互吸引、碰撞，迅速破坏污泥水泡体结构，使污泥水泡体中的水和细胞间隙水能够分离出来;消耗掉污泥中的水分，使污泥分子迅速连接形成交叉网状结构;污泥当中的有机质在干化剂的作用下得到分解反应，处理后的污泥变成改良土，当中不再含有有机污染物，不产生臭味;经过一定时间的氧化，离子态重金属被钝化稳定在改良土分子当中，不会造成环境污染问题。本发明中的益生菌由于处在污泥分子形成的交叉网状结构中，隔绝空气和水，处于厌氧条件下，可以充分降解污泥中有害菌群(如大肠杆菌)和重金属。
2、本发明中还加入绿藻，加入的绿藻同样处在污泥分子形成的交叉网状结构中，在厌氧的条件下同益生菌产生协同增效作用，有效增强了降解污泥中有害菌群(如大肠杆菌)和重金属的作用，同时益生菌和绿藻还可有效降解污泥的有机质，使其成为生物有机肥。
3、优选地本发明还加入木钙，木钙具有强力的分解性、粘结性、螯合性，具有不同程度的分散性、水溶性，是一种表面活性物质，能吸附在各种固体质点的表面上，更能产生内在的聚合作用，同时木钙也是一种减水剂，可以提高淤泥固结体的强度及密实性和耐久性。本发明中木钙的加入有益于污泥分子形成交叉网状结构，从而有效降低污泥含水率。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉3kg,石膏干粉3kg,粉煤灰9kg,枯草芽孢杆菌3kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将白灰干粉3kg、石膏干粉3kg和粉煤灰9kg，加21.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
2)将步骤1)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒5天;
3)向晾晒5天后的污泥中加入3kg枯草芽孢杆菌，混合后造粒，得到改良土。
实施例2
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉8kg,石膏干粉5kg,粉煤灰5kg,枯草芽孢杆菌1kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将白灰干粉8kg、石膏干粉5kg和粉煤灰5kg，加34.2kg水搅拌均匀，得到湿浆;
2)将步骤1)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒7天;
3)向晾晒7天后的污泥中加入1kg枯草芽孢杆菌，混合后造粒，得到改良土。
实施例3
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉4kg,石膏干粉5kg,粉煤灰6kg,硫酸钠0.04kg,氢氧化钠0.2kg,木钙0.04kg,枯草芽孢杆菌3kg,小球藻0.3kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.04kg、氢氧化钠0.2kg、木钙0.04kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉4kg、石膏干粉5kg和粉煤灰6kg，加15.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒5天;
3)向晾晒5天后的污泥中加入枯草芽孢杆菌3kg和小球藻0.3kg，混合后造粒，得到改良土。
实施例4
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉6kg,石膏干粉4kg,粉煤灰8kg,硫酸钠0.18kg,氢氧化钠0.12kg,木钙0.18kg,枯草芽孢杆菌2kg,小球藻0.1kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.18kg、氢氧化钠0.12kg、木钙0.18kg分别用1.4kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉6kg、石膏干粉4kg和粉煤灰8kg，加28.2kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒7天;
3)向晾晒7天后的污泥中加入枯草芽孢杆菌2kg和小球藻0.1kg，混合后造粒，得到改良土。
实施例5
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉5kg,石膏干粉4kg,粉煤灰7kg,硫酸钠0.1kg,氢氧化钠0.15kg,木钙0.1kg,枯草芽孢杆菌2kg,水绵0.2kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.1kg、氢氧化钠0.15kg、木钙0.1kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉5kg、石膏干粉4kg和粉煤灰7kg，加21.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒6天;
3)向晾晒6天后的污泥中加入枯草芽孢杆菌2kg和水绵0.2kg，混合后造粒，得到改良土。
实施例6
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉5kg,石膏干粉5kg,粉煤灰6kg,硫酸钠0.1kg,氢氧化钠0.15kg,木钙0.1kg,枯草芽孢杆菌2kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.1kg、氢氧化钠0.15kg、木钙0.1kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉5kg、石膏干粉5kg和粉煤灰6kg，加21.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒6天;
3)向晾晒6天后的污泥中加入枯草芽孢杆菌2kg，混合后造粒，得到改良土。
对比例1
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉5kg,石膏干粉4kg,粉煤灰7kg,硫酸钠0.1kg,氢氧化钠0.15kg,木钙0.1kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.1kg、氢氧化钠0.15kg、木钙0.1kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉5kg、石膏干粉4kg和粉煤灰7kg，加21.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒6天;
3)将晾晒6天后的污泥造粒，得到改良土。
对比例2
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉5kg,石膏干粉4kg,粉煤灰7kg,硫酸钠0.1kg,氢氧化钠0.15kg,枯草芽孢杆菌2kg,水绵0.2kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.1kg、氢氧化钠0.15kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉5kg、石膏干粉4kg和粉煤灰7kg，加22.4kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒6天;
3)向晾晒6天后的污泥中加入枯草芽孢杆菌2kg和水绵0.2kg，混合后造粒，得到改良土。
对比例3
本实施例中污泥干化剂包括白灰干粉5kg,石膏干粉4kg,粉煤灰7kg,硫酸钠0.1kg,氢氧化钠0.15kg,木钙0.1kg,枯草芽孢杆菌2kg,水绵0.2kg。
采用上述污泥干化剂制备改良土的方法，包括如下步骤:
1)将硫酸钠0.1kg、氢氧化钠0.15kg、木钙0.1kg分别用0.8kg的水溶解，配制得到硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液;
2)将硫酸钠溶液、氢氧化钠溶液和木钙溶液混合均匀，得到混合溶液;
3)向步骤2)得到的混合溶液中加入白灰干粉5kg、石膏干粉4kg、粉煤灰7kg、枯草芽孢杆菌2kg和水绵0.2kg，加21.6kg水搅拌均匀，得到湿浆;
4)将步骤3)得到的湿浆加入到100kg污泥中，搅拌混合，混合均匀后摊铺，晾晒6天;
5)将晾晒6天后的污泥造粒，得到改良土。
性能检测：
分别取1kg实施例2、5和6，对比例1-3制备的改良土，和1kg未做任何处理的污泥，进行如下实验，分别测量相应的含水率、砷、铅、镉、镍重金属含量：
(1)含水率采用烘干称重法，将样品进行烘干后称重;
(2)根据我国《固体废物浸出毒性浸出方法(GB/T 5086.1～2-1997)》，浸出实验可以采用翻转振荡或水平振荡，本实验中采用翻转振荡法测量。
将样品试块破碎，置于5L提取瓶中，按液固比为20∶1(L/kg)计算出所需浸提剂(超纯水)的体积，加入浸提剂，盖紧瓶盖后固定在翻转式振荡装置上，调节转速为30±2r/min，于23±2℃下振荡18±2h。在振荡过程中有气体产生时，应定时在通风橱中打开提取瓶，释放过度的压力。将样品在压力过滤器中，用0.45μm滤膜过滤，滤液用原子发射光谱仪分析样品中砷、铅含量。
