专利名称：一种复合污泥固化剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于水处理技术领域，具体涉及本发明属于化工技术领域，具体涉及一种复合型污水固化剂及其制备方法。
背景技术：
城市污泥成分复杂，含有大量微生物、病原体、重金属及有机污染物等。污泥质量通常占污水量的0. 3%-0. 5%，深度处理，污泥量会增加0. 5-1倍。目前我国城市污水处理厂每年排放干泥30X IO4吨，并以每年10%左右的速度增长。此外，随着全球经济的发展和改造地球地理环境活动的增加，沿海和内陆河流及湖泊的清淤作业，以及城市水道的清淤工作越来越多。由于这些污泥或淤泥颗粒小，不易脱水，承载力低，有机物含量高，流动性大等缘故，无法直接用作填海工程、提防工程、道路工程中的工程填土。将污泥通过固化处理技术进行资源利用成为土工材料或作为填埋处置的预处理手段能够解决污泥处理中的一系列难题。开发高效污泥固化剂是该处理过程的关键。国内外常规做法是在污泥填埋过程中添加大量的砂土等填充料，但这样做不仅使污泥填埋成本大大增加，同时也降低填埋场的有效利用率。近年来研究发现，在城市污泥中添加复合水泥、粉煤灰、石灰可较好地改善其填埋土力学性质，城市污泥固化预处理后，经过一段时间的养护即可进行填埋，能大大提高其填埋处置的安全性。对于污泥、淤泥的固化处理，目前普遍采用水泥、石灰等作为固化剂。普通水泥、石灰凝结硬化慢，它们在高水固比情况下将出现未凝结之前部分沉降，且污泥有机物含量高， 会阻碍水泥的水化反应，固化效果差甚至无法进行。此外，水泥作为固化剂掺入量高。本发明通过将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸几种原料混合，搅拌均勻，机械研磨至粒径小于200目，研制了一种复合型污泥固化剂。硫酸铝及阴离子聚合物可先对污泥进行脱水，复合水泥、石灰、粉煤灰等在水的作用下生成新的水化产物，使欲固结的污泥硬化。纳米钙材料扩散性强使本发明的药剂很快扩散到污泥中，固化效果好；且有效改变其氧化还原电位，消除发臭的根源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合型污泥固化剂及其制备方法，以解决城市污水处理厂及水利工程中产生的大量污泥的处置问题。本发明提出的一种复合型污泥固化剂，该固化剂包括如下组分复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料。其主要组分的重量比为复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸为1: (0. 222 0. 556) (0. 444 0. 778) (0. 11 广0. 333) (0. 022 0. 111) (0. 007 0. 022) (0. 0002 0. 0009)。本发明中，所述微粉高分子聚合物为速溶型阴离子聚丙烯酰胺白色结晶粉末。为
3市售产品，分子量为1000-1500万，阴离子度为25-30%。本发明中，所述复合水泥为复合硅酸盐水泥。本发明中，所述纳米钙材料的粒径小于200目。本发明中，所述聚天冬氨酸为市售产品，固含量40%。本发明提出的一种复合型污泥固化剂制备方法，具体步骤为在室温条件下，将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸混合，搅拌均勻，完成原料间的氧化聚合反应，并研磨至粒径小于200目，即得到产品。本发明投加前无需预先溶解，直接投加粉剂，机械搅拌，使其与污泥混合均勻即可。本发明应用复配协同原理，充分发挥固化剂、吸附剂、结合剂、调理剂的作用，使污泥迅速固化而达到改善环境的目的。用于污泥固化处理时，硅铝基玻璃体在适度的碱性条件激发下，发生晶格重排或重结晶，即火山灰反应，显著促进强度增长，活性无机材料粉煤灰可形成结晶质点和空间网架，前期作为通道有利于排除污泥中的水分，后期作为骨架，有利于增加固结体强度。石灰的作用如下氧化钙与部分水结合成为氢氧化钙，也可与定性硅酸或氧化铝发生反应。碱性物质的作用使污泥PH值增高；反应放热使污泥温度升高；反应生成物中结合了游离水，同时反应所产生的热可蒸发一部分；温度和PH值升高可杀菌，钝化重金属离子。纳米钙材料为多孔材料，具有巨大的比表面积，具有很高的化学活性，吸附能力强，对污泥中的磷有极强的吸附及处理能力；纳米材料扩散性强，渗透快，使本发明的药剂很快扩散到污泥中，固化效果好；纳米钙可有效控制改变厌氧发臭的关键条件，改变其氧化还原电位，控制厌氧微生物生长，消除发臭的根源。聚天冬氨酸为绿色环保化学品，可螯合钙、镁、铜、铁等多价金属离子，且一定分子量的聚天冬氨酸可以富集氮、磷，减少污泥中重金属及氮磷营养元素向环境的释放。此外， 聚天冬氨酸作为高聚物，与固化剂其他组分复配后具有较强的吸水性能。无机及有机絮凝剂的作用是增强颗粒间的交联性，提高其固化速度，增强固化物强度。几种物质与复合水泥的量之间存在着一个最佳的配比，这是由于在粉煤灰和石灰中含有一定量的氧化钙，它们在固化过程中，使固化污泥的体积产生一定的膨胀，当其膨胀量适宜时可以促进固化土的强度。但是当膨胀作用过大时，又破坏水化硅酸钙在污泥间已形成的胶结作用，反而使强度下降。本发明的复合型污泥固化剂具有如下优点渗透力强，速度快，药剂用量少；形成的固化物快硬早强，固化效果好，同时保证后期强度不会降低；可去除污泥臭味；减少重金属及氮磷向环境中的释放。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明的特点，但是这些实施例并不是用来以任何方式限制本发明的范围。实施例1 固化剂的制备将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸几种固体原料混勻，在常温下研磨至粒径小于200目，其组分重量比如下
将淤泥从湖中挖出，去除其中的大的块状物杂物。测定淤泥的含水率为46. 5%。将500g 淤泥投入搅拌器内，加入25g固化剂，机械搅拌，使其均勻混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌。造粒2天后，其含水率降低至21. 3%，用一轴压缩试验机测验其强度为610KN/ m2，相当于第三类工程用土，淤泥无臭味，可作为建筑填埋土，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。由于污泥中富含植物生长所需的有机质，是一种有价值的有机肥料，作为园林绿地的肥料是比较合适的，可以用来替代绿地营建时的基土。实施例2
固化剂的制备将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸几种固体原料混勻，在常温下研磨至粒径小于200目，其组分重量比如下
复合水泥40份
石灰22份
粉煤灰25份
硫酸铝8. 5份
速溶型微粉阴离子聚合物 1份纳米钙材料0. 49份
聚天冬氨酸0.01份
将淤泥从湖中挖出，去除其中的块状物和棍棒类杂物。测定淤泥的含水率为45. 7%。将 500g淤泥投入搅拌器内，加入25g固化剂，机械搅拌，使其均勻混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌。造粒2天后，其含水率降低至20. 8%，用一轴压缩试验机测验其强度为 585KN/m2,且固化后污泥无臭味，能够满足填埋和建筑填土要求，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。粉碎后的固化污泥含有丰富的有机物和氮、磷、钾等营养元素以及钙、 镁、铜、铁、锌等微量元素，能够起到改变土壤结构，增加土壤肥力，促进植物生长的作用， 可用作园林绿地的肥料，实现污泥的资源化利用。实施例3
固化剂的制备将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸几种固体原料混勻，在常温下研磨至粒径小于200目，其组分重量比如下
复合水泥阳份
复合水泥石灰粉煤灰硫酸铝
速溶型微粉阴离子聚合物纳米钙材料聚天冬氨酸
0. 01 份
1.5份
0. 49 份
48份 20份 24份 6份
5石灰13份
粉煤灰25份
硫酸铝5. 5份
速溶型微粉阴离子聚合物 1份 纳米钙材料0. 49份
聚天冬氨酸0.01份
某城市污水处理厂脱水污泥含水率79. 05%。将500g污泥投入搅拌器内，加入50g固化 齐IJ，机械搅拌，使其均勻混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌。造粒2天后，含水 率降低至25. 6%，用一轴压缩试验机测验其强度为350KN/m2，污泥无臭味，能够满足填埋和 用于建筑填土要求，也可以利用磨具制成各种形状的砖用于建筑。由于剩余污泥中富含植 物生长所需要的各种有机质，氮、磷、钾等营养元素及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素，所以固 化后的污泥可用作园林绿地的肥料，从而实现污泥的资源化利用。
实施例4
固化剂的制备将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙 材料、聚天冬氨酸几种固体原料混勻，在常温下研磨至粒径小于200目，其组分重量比如 下
复合水泥50份
石灰17份
粉煤灰26. 5份
硫酸铝5份
速溶型微粉阴离子聚合物 1份 纳米钙材料0. 49份
聚天冬氨酸0.01份
某城市污水处理厂脱水污泥含水率80. 35%。将500g污泥投入搅拌器内，加入50g固化 齐IJ，机械搅拌，使其均勻混合，搅拌约2分钟后污泥逐渐变硬，停止搅拌。造粒2天后，污泥 含水率降低至28. 3%，用一轴压缩试验机测验其强度为314KN/m2，污泥无臭味，能够满足填 埋和用于建筑填土要求，也可以制成砖用于建筑。粉碎后的固化污泥含有丰富的有机物和 氮、磷、钾等营养元素以及钙、镁、铜、铁、锌等微量元素，能够起到改变土壌结构，増加土壌 肥力，促进植物生长的作用，可用作园林绿地的肥料，实现污泥的资源化利用。
权利要求
1.一种复合污泥固化剂，其特征在于所述固化剂由复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、 速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料和聚天冬氨酸组成，复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料和聚天冬氨酸的重量比为1: (0. 222、. 556) (0. 444 0. 778) (0. 1 Γθ. 333) (0. 022 0. Ill) (0. 007 0. 022) (0. 0002 0. 0009)。
2.根据权利要求1所述的复合型污泥固化剂，其特征在于所述速溶型微粉阴离子聚合物为速溶型阴离子聚丙烯酰胺白色结晶粉末。
3.根据权利要求1所述的复合型污泥固化剂，其特征在于所述复合水泥为复合硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的复合型污泥固化剂，其特征在于所述纳米钙材料的粒径小于 200 目。
5.一种如权利要求1所述的复合型污泥固化剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下在室温条件下，将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料和聚天冬氨酸混合，搅拌均勻，完成原料间的氧化聚合反应，并研磨至粒径小于200目， 即得到所需产品。
全文摘要
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种复合污水固化剂及其制备方法。该复合型污泥固化剂是在室温条件下，将复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料、聚天冬氨酸几种原料混合，搅拌均匀，完成原料的复配，原料组分中复合水泥、石灰、粉煤灰、硫酸铝、速溶型微粉阴离子聚合物、纳米钙材料的重量比为1:(0.222~0.556):(0.444~0.778):(0.111~0.333):(0.022~0.111):(0.007~0.022):(0.0002~0.0009)。使用时，直接投加粉剂，机械搅拌，使其与污泥混合均匀即可，造粒48小时后，其含水率降低至20%左右且强度能够满足建筑填土和填埋要求，污泥无臭味，固化后的污泥还可以用作种植用土，为植物提供必要的养分，可实现污泥的资源化利用。采用本发明的复合型污泥固化剂对污泥进行加固处理具有掺加量少、固化物形成时间短、形成的固化物强度高、含水率低、耐水性能好的优点。
文档编号C02F11/14GK102276132SQ20111015428
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者乔俊莲, 何艳, 张冰如, 李风亭, 杨茜, 王洪涛 申请人:同济大学