申请/专利权人：武汉鹏森环境科技有限公司

申请日：2017-09-27

公开（公告）日：2021-04-09

公开（公告）号：CN107673572B

主分类号：C02F11/00(20060101)

分类号：C02F11/00(20060101);C02F11/14(20190101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.09#授权;2018.03.09#实质审查的生效;2018.02.09#公开

摘要：本发明公开了一种污淤泥固化剂及其应用，适用于城镇污水处理厂和河湖中高含水量污淤泥的固化处理，该污淤泥固化剂包括如下重量百分比的原料：硅铝铁钙氧化物26％～44％；氧化钙19％～37％；特种水泥13％～30％；聚丙烯酰胺5％～25％；壳聚糖0.2％～3％。本发明所述污淤泥固化剂利用工业废弃物自身化学性质和相互间的活性激发，实现污淤泥固化及稳定化；有效降低污淤泥的含水率，提高污淤泥早期抗压抗折强度，利于填埋时机械操作；利用壳聚糖吸附污淤泥中的重金属、降解有机物、使病原体失活，在降低污染的同时还能消除恶臭；所述污淤泥固化剂价格低廉、固化过程简单，固化后的污淤泥不会造成二次污染。

主权项：1.一种污淤泥固化剂,其特征在于，由如下重量百分比的原料组成：硅铝铁钙氧化物31%～39%；氧化钙24%～32%；特种水泥18%～25%；聚丙烯酰胺10%～20%；壳聚糖0.5%～1.5%；所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰和细煤渣以质量比1:1～1.5的比例混合而成。

全文数据：一种污淤泥固化剂及其应用技术领域[0001]本发明涉及污淤泥的化学固化剂，尤其是涉及用于城镇污水处理厂排水污淤泥和河湖污淤泥的固化方法以及应用。背景技术[0002]污淤泥是污水处理过程中产生的一种粘稠状物质，它以好氧、厌氧微生物为主体，同时也混入原污水中带有的泥沙、纤维、动植物残体及吸附在其上的有机物、金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体。对于大型城市污水处理厂以及城市中的河流湖泊来说，由于有大量的工业废水排入系统，造成污水污淤泥中的含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物，水含量一般在80%以上，如果处置不当，会造成严重的二次污染。[0003]中国CN201510779534.3号专利申请一种脱水污淤泥固化剂、制备方法与使用方法，属于环境工程技术领域，脱水污淤泥固化剂中磷矿石、电石渣、尾矿渣和大理石渣按质量百分比为（1〜3:1〜3:1〜3:1〜3，其制备方法包括:分别对磷矿石、电石渣、尾矿渣和大理石渣进行水洗、烘干、破碎、球磨处理后，按比例混合均匀。脱水污淤泥固化剂的使用方法包括:脱水污淤泥与添加的脱水污淤泥固化剂按比例搅拌均匀，实现固化。固化后的脱水污淤泥在常温常压覆膜养护3天后抗压早期抗压强度能够达到78KPa，浸出液的pH介于5〜10。该发明的缺点是固化剂成分复杂，固化时间长，不能满足城市污淤泥高日产量和快速处理的需要。[0004]中国CN201010594732.X号专利一种污淤泥固化剂及固化污淤泥的方法。所述污淤泥固化剂含有硅酸盐水泥和活性氧化镁。所述污淤泥固化剂用于市政污水处理厂脱水污淤泥和河道污淤泥的处理。该固化剂固化时间短、操作简单、降解和固化重金属效果明显。在处理污淤泥和底泥时，所述固化剂可以在4小时内快速固化污淤泥，5天达到填埋要求，降低城市污淤泥和河道底泥中总金属含量60%至90%以上，特别适合于大型城市化污水处理厂和城市河道污淤泥的固化处理。但是，该发明也存在固化时间长，固化成本高的问题。[0005]目前污淤泥的处理方法主要是农用、焚烧和填埋，还有很大量的污淤泥没有经过任何处理，随意丢弃。由于污淤泥的含水量高，污染物含量高成分复杂，现有处理方式一般存在环境污染、处理成本过高、处理时间过长，同时也容易引起填埋场工程地质灾害等方面的问题。因此，如何合理处置污水厂以及湖泊污淤泥，解决城市污淤泥的出路已成为非常紧迫的任务。发明内容[0006]为了解决现有污淤泥固化剂材料中存在的问题，本发明提出了一种污淤泥固化剂及其应用，对高含水量的污淤泥进行固化处理，有效降低污淤泥的含水率，提高污淤泥的早期抗压抗折强度，吸附污淤泥中的重金属、使病原体失活以及降解有机物，消除恶臭，节能环保，节约资源。[0007]为实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：[0008]一种污淤泥固化剂，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：硅铝铁钙氧化物26%〜44%;氧化钙19%〜37%;特种水泥13%〜30%;聚丙烯酰胺5%〜25%;壳聚糖0.2%〜3%;所述硅铝铁钙氧化物为工业废弃物粉煤灰、细煤渣、矿渣粉或煤矸石中的一种或者多种混合物。[0009]本发明采用工业废弃物硅铝铁钙氧化物作为固化剂主要原料之一，不仅实现了废弃物再利用，减少工业废弃物堆放占用大量的土地资源，降低所含有毒化学物质对人体和生物的危害和对环境的污染，而且利用硅铝铁钙氧化物自身化学性质和相互间的活性激发，实现污淤泥固化及稳定化，具有很大的经济效益和社会效益;在原料中加入壳聚糖制得的污淤泥固化剂，不仅能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，使得本发明原料中无需再添加除臭、杀菌等一类的添加剂，提高生产效率，降低生产成本。[0010]此外，所述氧化钙在固化含水污淤泥的过程中，进一步降低污淤泥含水率，同时使其PH值和温度升高，杀死和抑制病原菌和其他微生物生长，达到污淤泥固定的要求;所述聚丙烯酰胺不溶于一般有机物，在室温下较其他高分子材料稳定，且反应后的聚合物成絮状，能够更好的增强污淤泥残渣的结构性，提高早期抗压抗折强度以及稳定性。[0011]所述特种水泥为任何种类的硅酸盐水泥，如快硬型硅酸盐水泥、纯熟料硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥中的一种或几种，特种水泥作为性能优异的胶凝材料，与硅铝铁钙氧化物反应，能够明显提高污淤泥残渣的早期抗压抗折强度，固化效果更明显、更稳定，且造价低廉。[0012]优选地，所述污淤泥固化剂包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物31%〜39%;氧化钙24%〜32%;特种水泥18%〜25%;聚丙烯酰胺10%〜20%;壳聚糖0.5%〜1.5%〇[0013]优选地，所述污淤泥固化剂包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物35.4%;氧化钙28.3%;特种水泥21.3%;聚丙烯酰胺14.2%;壳聚糖0.8%。[0014]优选地，所述壳聚糖为中粘度壳聚糖，粘度为0.25〜0.65Pa.s，中粘度壳聚糖具有更好的分散性和反应活性，在常温下能够更快的吸附金属离子、破坏微生物结构、降解有机污染物。[0015]优选地，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰和细煤渣以质量比1:1〜1.5的比例混合而成。[0016]优选地，所述特种水泥为快硬型硅酸盐水泥。[0017]本发明所述污淤泥固化剂适用于城镇污水处理厂排水污淤泥和河湖污淤泥的固化，所述污淤泥含水量380%。[0018]本发明还提供了一种污淤泥固化剂的应用，包括以下步骤:将含水污淤泥和污淤泥固化剂以一定比例混合搅拌均匀；用板框压滤机在25〜35MPa压力下挤压实现固液分离，得到污淤泥残渣。[0019]使用本发明所述污淤泥固化剂固化含水污淤泥时，其中所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的11%〜20%，优选地，所述污淤泥固化剂的添加比例为14.1%。[0020]作为本发明一种污淤泥固化剂的进一步优化，所述聚丙烯酰胺粒径为0.6〜1mm。[0021]作为本发明一种污淤泥固化剂的进一步优化，所述硅铝铁钙氧化物的粒径lmm。[0022]作为本发明一种污淤泥固化剂的进一步优化，所述特种水泥比表面积3350m2kg〇[0023]本发明所述污淤泥固化剂中各原料粒径粗细搭配，有利于使所述污淤泥残渣的骨架均匀且强度高，通过反复优化调整这几种原料的比例可以使所述污淤泥残渣的抗压抗折强度进一步优化。[0024]所述污淤泥残渣含水率为2%〜7%，有机物降解率多95%，病原菌失活，满足污淤泥稳定化处理的各项指标要求。[0025]与现有技术相比，本发明有益效果在于：[0026]1.本发明采用硅铝铁钙氧化物作为固化剂主要原料之一，实现了废弃物再利用，有效减少工业废弃物的堆放占地，降低有毒化学物质对人体、生物的危害以及对环境的污染，具有很大的经济效益和社会效益；[0027]2.本发明采用壳聚糖作为固化剂主要原料之一，能够有效的吸附重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，利于污淤泥后续储存或填埋和固化后产物的应用；[0028]3.本发明所述污淤泥固化剂适用于城镇污水处理厂和河湖中高含水量的污淤泥，固化效果明显，且有一定的稳定化效果；[0029]4.本发明采用特种水泥作为胶凝材料，早期抗压抗折强度增加较快，使固化后的污淤泥具有较强的早期抗压抗折强度，利于填埋时机械操作。[0030]5.本发明在常温下通过挤压含水污淤泥，去除多余的水分，不需消耗外界热源，节约能源；[0031]6.本发明所述污淤泥固化剂及其应用，与传统方法相比，原料简单易得，价格低廉固化过程简单、运输方便、处理费用低，固化后的污淤泥不会造成二次污染。具体实施方式[0032]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法为以上详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0033]以下以具体实施条件为例对本发明方法进行进一步说明。[0034]—种污淤泥固化剂的应用，包括以下步骤:将含水污淤泥和污淤泥固化剂以一定比例混合搅拌均匀；用板框压滤机在25〜35MPa压力下挤压实现固液分离，得到污淤泥残渣。[0035]其中，所述一种污淤泥固化剂包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物26%〜44%;氧化钙19%〜37%;特种水泥13%〜30%;聚丙烯酰胺5%〜25%;壳聚糖0.2%〜3%;所述硅铝铁钙氧化物为工业废弃物粉煤灰、细煤渣、矿渣粉或煤矸石中的一种或者多种混合物;所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的11%〜20%。[0036]发明人发现，采用现有的制备方法在上述限定的参数范围内制备获得的污淤泥固化剂均能达到本发明所述效果，上述内容为本发明的优选方案。[0037]实施例I[0038]一种污淤泥固化剂包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物35.4%;氧化钙28.3%;特种水泥21.3%;聚丙烯酰胺14.2%;壳聚糖0.8%。[0039]其中，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰和细煤渣以质量比1:1的比例混合而成。[0040]所述聚丙烯酰胺粒径为0.6〜1mm，所述硅铝铁钙氧化物的粒径1_，所述特种水泥比表面积会350m2kg。[0041]所述污淤泥固化剂的应用，包括以下步骤：向含水污淤泥中加入质量百分比为14.1%的污淤泥固化剂，搅拌均匀；用板框压滤机在30MPa压力下挤压实现固液分离。[0042]实施例2[0043]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的11%，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰和细煤渣以质量比1:1.5的比例混合而成。[0044]实施例3[0045]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的20%，所述硅铝铁钙氧化物为煤矸石。[0046]实施例4[0047]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物27%;氧化钙20%;特种水泥27%;聚丙烯酰胺23%;壳聚糖3%，其中，所述硅铝铁钙氧化物为粉煤灰、细煤渣、矿渣粉以质量比1:1:1的比例混合。[0048]实施例5[0049]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物40%;氧化钙30%;特种水泥18%;聚丙烯酰胺11.7%;壳聚糖0.3%，其中，所述壳聚糖为中粘度壳聚糖，粘度为〇.5Pa.s。[0050]实施例6[0051]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物33%;氧化钙26%;特种水泥24%;聚丙烯酰胺15.5%;壳聚糖1.5%，其中，所述壳聚糖为高粘度壳聚糖，粘度为〇.8Pa.s。[0052]实施例7[0053]一种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物37%;氧化钙25.5%;特种水泥24%;聚丙烯酰胺13%;壳聚糖0.5%，其中，所述壳聚糖为低粘度壳聚糖，粘度为〇.2Pa.s。[0054]对比例1[0055]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的8%。[0056]对比例2[0057]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的30%。[0058]对比例3[0059]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物20%;氧化钙30%;特种水泥11%;聚丙烯酰胺33%;壳聚糖6%。[0060]对比例4[0061]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于污淤泥固化剂中硅铝铁钙氧化物45.9%;氧化钙17%;特种水泥10%;聚丙烯酰胺27%。[0062]对比例5[0063]—种污淤泥固化剂及其应用，与实施例1相比，不同之处在于所述聚丙烯酰胺粒径为1.2〜1.5mm，所述娃错铁I丐氧化物的粒径为3〜5mm，所述特种水泥比表面积为250〜300m2kg〇[0064]性能测试[0065]采用本发明所述一种污淤泥固化剂对城镇污水处理厂和河湖中高含水率的污淤泥进行固化，对所得污淤泥残渣进行性能测试如表1所示。[0066]表1[0067][0068]在本发明所述范围内改变各反应物的物质组成和比例，均可使本发明所述污淤泥固化剂对高含水量的污淤泥进行固化处理，有效降低污淤泥的含水率，提高污淤泥的早期抗压抗折强度，吸附污淤泥中的重金属、破坏微生物结构、水解有机污染物，在降低污染的同时还能消除恶臭，节能环保，节约资源。其中，实施例1的综合性能最优，所得污淤泥残渣满足污淤泥稳定化处理的各项指标;对比例1与实施例1的区别在于所述污淤泥固化剂的添加量低于本发明所述范围，使用对比例1中污淤泥固化剂所得污淤泥残渣含水率较高，病原体仅部分失活，仍有刺鼻气味，重金属浸出量较大，且抗压抗折强度低;对比例2与实施例1的区别在于所述污淤泥固化剂的添加量高于本发明所属范围，使得污淤泥残渣抗压抗折强度低，而且污淤泥固化剂添加量较多，造成浪费;对比例3与实施例1的区别在于所使用的壳聚糖含量超出本发明所述范围，所得污淤泥残渣含水率较高，病原体部分失活，仍有刺鼻气味，且抗压抗折强度低;对比例4与实施例1的区别在于污淤泥固化剂原料中不含壳聚糖，造成污淤泥残渣中病原体具有较高活性，有刺鼻气味，重金属浸出量较大，且抗压抗折强度低，不易推广使用;对比例5与实施例1的区别在于污淤泥固化剂中部分原材料的粒径大于本发明所述范围，固化剂反应不充分，造成污淤泥残渣含水率较高，病原体部分失活，有刺鼻气味，重金属浸出量较大，且抗压抗折强度低不易推广使用。[0069]综上所述，本发明所述一种污淤泥固化剂具有优异的性能以及广泛的应用前景，适用于城镇污水处理厂和河湖中高含水率的污淤泥处理，固化效果明显，且有一定的稳定化效果，固化后的污淤泥不会造成二次污染。

权利要求：1.一种污淤泥固化剂，其特征在于，包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物26%〜44%;氧化钙19%〜37%;特种水泥13%〜30%;聚丙烯酰胺5%〜25%;壳聚糖0.2%〜3%;所述硅铝铁钙氧化物为工业废弃物粉煤灰、细煤渣、矿渣粉或煤矸石中的一种或者多种混合物。2.根据权利要求1所述一种污淤泥固化剂，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：硅铝铁钙氧化物31%〜39%;氧化钙24%〜32%;特种水泥18%〜25%;聚丙烯酰胺10%〜20%;壳聚糖0.5%〜1.5%。3.根据权利要求2所述的一种污淤泥固化剂，其特征在于，包括如下重量百分比的原料:硅铝铁钙氧化物35.4%;氧化钙28.3%;特种水泥21.3%;聚丙烯酰胺14.2%;壳聚糖0.8%〇4.根据权利要求1所述的一种污淤泥固化剂，其特征在于，所述壳聚糖为中粘度壳聚糖，粘度为〇.25〜0.65Pa.s。5.根据权利要求1所述的一种污淤泥固化剂，其特征在于，所述特种水泥为快硬型硅酸盐水泥，比表面积3350m2kg。6.根据权利要求1所述的一种污淤泥固化剂，其特征在于，所述硅铝铁钙氧化物粒径Imm07.根据权利要求1所述的一种污淤泥固化剂，其特征在于，所述聚丙烯酰胺粒径为0.6〜Imm08.权利要求1〜7任一一种污淤泥固化剂的应用，其特征在于，包括以下步骤:将含水污淤泥和污淤泥固化剂以一定比例混合搅拌均匀；用板框压滤机在25〜35MPa压力下挤压实现固液分离，得到污淤泥残渣。9.根据权利要求8所述的一种污淤泥固化剂的应用，其特征在于，所述污淤泥固化剂的添加比例占含水污淤泥总重量的11%〜20%。10.根据权利要求8所述的一种污淤泥固化剂的应用，其特征在于，所述含水污淤泥含水量兰80%。

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