一种用于水泥窑协同处置固废、污染土及底泥的预处理添加剂及使用方法与流程

文档序号:21318730发布日期:2020-06-30 20:49阅读:889来源:国知局
本发明属于环境修复污染土壤治理领域,涉及到水泥窑协同处置固废、污染土及底泥的预处理添加剂及使用方法。
背景技术
:随着经济和工业化和城市化的快速发展,我国面临的土壤环境安全问题日益严峻,很多老旧化工企业附近的土壤和河道被重金属和有机物严重污染,而河道底泥更是超标严重。而我国固体废物的产生量与日俱增,各地填埋场及焚烧炉早已不堪重负,利用水泥窑协同处置符合规定的废弃物,可以充分利用水泥回转窑内的高温、气体长时间停留、热容量大、热稳定性好、碱性环境、无废渣排放等优点,在生产水泥熟料的同时,焚烧处理污染土壤。有机物污染土壤从窑尾烟气室进入水泥回转窑,窑内气相温度最高可达1800℃,物料温度约1450℃,在水泥窑的高温条件下,有机污染物转化为无机化合物,高温气流与高细度、高浓度、高吸附性、高均匀性分布的碱性物料(cao、caco3等)充分接触,有效地抑制酸性物质的排放,使得硫和氯等转化成无机盐类固定下来;而重金属从生料配料系统进入水泥窑一起烧成孰料,重金属随水泥熟料制成混凝土后被固定于硅铝酸盐晶格中,实现其无害化、减量化和资源化,但必须保证水泥质量和生产环境达到标准,确保有害物体排放达标,确保环境安全。《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》规定入窑固体废物应具有相对稳定的化学组成和物理特性。《水泥窑协同处置固体废物技术规范》规定了厂区内固体废物的预处理,如酸碱中和、破碎、烘干等,并要求有防扬尘、防异味散发、防泄露等技术措施。在工程实践中,填埋在地下的固废、污染土及底泥往往有大量的水分,不易开挖装袋运输,且不满足水泥窑的入窑标准,因此必须对其进行预处理。一般会添加生石灰控水,因为生石灰或石灰石是水泥的原料之一,少量添加后对水泥生产本无影响,但这可能会带来安全因素和二次污染,首先生石灰遇水会激烈反应,同时放出大量热,因固废开挖后一般要求预处理后立刻密闭包装装车运输,加入的生石灰大量放热会带来严重安全隐患,曾有过工地上堆积处理后的固废将覆盖的pe膜引燃的事故。其次固废、污染土及底泥一般本身含有大量挥发性和半挥发性有机物,受热后极易挥发到空气中,污染周围环境,影响人体健康。此外生石灰在施工搅拌时会产生大量扬尘,工地经常烟雾弥漫,通过常规的洒水及雾炮喷淋等手段根本无法消除,生石灰的这些弊端使得环保施工达不到规范要求。技术实现要素:本技术开发了一种专用复合药剂,在固废、污染土及底泥开挖过程中添加,不产生扬尘,改善了施工环境,控制固废及污染土的水分,满足装袋运输及入窑标准,并能吸附重金属和有机物,抑制有机物挥发,中和酸碱性,起到稳定固废、污染土及底泥的作用,防治开挖运输过程中的二次污染。一种用于水泥窑协同处置固废、污染土及底泥的预处理添加剂,其特征在于,包括吸附稳定剂及中和剂;所述吸附稳定剂为活化蛭石和助剂,所述的助剂为木质素磺酸钙、硅藻土、膨胀珍珠岩中的至少一种;所述中和剂为酸中和剂或碱中和剂,酸中和剂为石灰石、大理石、白云石中的至少一种,碱中和剂为柠檬酸、硼酸中的至少一种。其中,活化蛭石,其制备方法如下:1)将蛭石原矿石破碎至直径10~25mm厚度0.5~2mm的片状,自然风干;2)将风干后的蛭石铺平送入隧道窑,层厚不大于10mm,隧道窑分成三带,分别为预热带、烧成带和冷却带,温度分别为80~100℃、850~900℃、50~80℃,三带占窑总长度的15~20%、60~70%、15~20%,蛭石在三带的停留时间分别为10~20s、45~90s、10~20s;3)冷却后的活化蛭石破碎至粒径0.5~3mm,即得活化蛭石。所述吸附稳定剂为80~90%活化蛭石及10~20%助剂;预处理添加剂含80~99%吸附稳定剂以及1%~20%中和剂。所述中和剂均为0.5~2.5mm的无定形颗粒。一种用于水泥窑协同处置固废、污染土及底泥的预处理添加剂的使用方法,在开挖装袋时向固废、污染土及底泥中添加1~12%的预处理添加剂,混合均匀后装袋装车运输至水泥窑进行协同处置。根据固废、污染土及底泥的ph值加入不同的中和剂,如ph值小于5,加入含1%~20%酸中和剂的预处理添加剂;如ph值大于10,加入含1%~20%碱中和剂的预处理添加剂,使处理后的ph值在5~10之间。根据固废、污染土及底泥的含水率加入固废、污染土及底泥重量1~12%的预处理添加剂;如含水率在40%以上,加入8~12%预处理添加剂,含水率在25~40%加入3~8%预处理添加剂;加入预处理添加剂拌匀后固废、污染土及底泥的自身含水率应不大于25%,且尽可能降低异味挥发,不影响装袋运输。如现场预处理无法达到水泥窑入窑标准,应在水泥厂的密闭预处理设施中破碎、研磨、添加钙质和其他校正原料并搅拌均匀。采用核心原料为蛭石,蛭石是一种天然层状硅酸盐矿物,主要成分为sio2、al2o3、fe2o3、mgo等,其具有特殊在加热改性后体积会迅速膨胀数倍至数十倍,具有良好的吸附性和离子交换性,可用于吸附重金属离子及有机物。视固废、污染土及底泥性质添加适量石灰石或白云石中和酸性物质,或添加适量柠檬酸或硼酸作为碱性物质的中和剂,添加剂符合水泥窑入窑标准,不影响水泥熟料的质量。蛭石属于可膨胀性粘土,加热至500℃时,层间水分子从层间被逐出,但置于湿气中就很快地重新水化。如果温度超过700℃时,就不会再发生重新水化的现象,基面间距消失,生成物即为膨胀蛭石。快速加热到高温时,蛭石在垂直解理方向上剥裂,形成蠕虫状的多孔结构,因而比表面积可得到一定的提高。常规煅烧法制备的膨胀蛭石脆性大、强度低、易粉化,并失去了阳离子交换性能,限制了膨胀蛭石的应用领域,严重影响了膨胀蛭石作为吸附材料的质量。电加热制备膨胀蛭石温度不宜超过900℃,超过900℃后膨胀蛭石的脆性增大,粉状物急剧增多。且应快速冷却,避免过度脱除化学结合水造成脆性增大。本技术方案制备的活化蛭石膨胀率大、阳离子交换性和吸附性好,且有较好的韧性,不易变脆粉化。本技术方案有如下特点:1、原料廉价易得,适合大规模生产。蛭石本身是天然硅酸盐矿物,成分与水泥生产原料粘土矿石相近(见表1),掺入后不会对水泥质量有不利的影响。2、使用程序快速升温法改性活化蛭石,可以使蛭石达到更高的膨胀倍数,原因在于在预热段蛭石四周边缘部位先受热,边缘水首先散逸出去,四周边缘质点间距和晶层间距缩小而形成“封闭”状态,烧成段急剧升温蛭石结构中间被加热后的水蒸气无法及时散逸出去而形成强大的层间蒸汽压力,撑开蛭石晶层,蛭石体积膨胀,使蛭石产生更高的膨胀率,吸附能力极大增强。3、蛭石改性活化可大规模生产实践,生产效率高,成本低廉。复配药剂可根据固废污染土中污染物性质方便的调整配方,添加剂要么为水泥原料或与之相近的矿物,要么是水泥外加剂,因此不会影响烧成水泥的质量,且完全无毒无害。表1典型蛭石的化学成份(%)sio2al2o3fe2o3mgoh2o37-439-175-2411-230.5-9具体实施方式实施例1活化蛭石的制备:将蛭石原矿石破碎至直径10~25mm厚度0.5~1mm的片状,将自然风干后的蛭石铺平送入隧道窑,层厚不大于10mm,隧道窑总长25m,分成三带,分别为预热带、烧成带和冷却带,温度分别为100℃、850℃、60℃,三带长度分别为3.75m、17.5m、3.75m,蛭石在三带的停留时间分别为20s、45s、10s。将冷却后的活化蛭石破碎至粒径0.5~3mm,得到所需的活化蛭石。实施例2使用方法:某污染场地修复项目水泥窑协同处置填埋固废及污染土混合物,经现场采样,样品呈黑色,有刺鼻性异味,现场pid快速检测3000~18000ppm,经实验室检测分析,水分45.2%,ph11.89,voc物质有甲苯、4-氯苯酚等,含量较高,施工时加入固废及污染土混合物湿重5%的预处理添加剂,其中吸附稳定剂活化蛭石与碱中和剂柠檬酸比例为0.05%、5%,利用施工机械拌匀,经现场控水数天后现场pid快速检测100~1300ppm,异味大大减轻。经水泥厂实验室检测,经处理的固废及污染土ph8.25,组成如表2所示,经水泥厂添加钙质和其他校正原料后达到水泥窑入窑标准。表2固废及污染土的化学成份(%)sio2al2o3fe2o3caomgosfcllossmar44.8810.624.361.20.290.130.0429.9221经处理的固废及污染土按5~8%的比例掺入水泥原料中,烧成的水泥熟料按《gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料》进行物理性能检测,是将水泥熟料在ф500mm×500mm化验室统一小磨中与符合gb175规定的二水石膏一起磨细至350±10m2/kg,80μm筛余(质量分数)≤4%制成i型硅酸盐水泥后来进行的,抗压强度按《gb/t17671-1999水泥胶砂强度试验》进行,水泥熟料的各物理性能指标均符合要求,化学性能按《gb/t176-2017水泥化学分析方法》进行,与其他生产线未掺入固废及污染土烧制的水泥熟料无明显区别。实施例3使用方法:某污染场地修复项目水泥窑协同处置底泥,经现场采样,样品呈褐色,有明显异味,现场pid快速检测1000~6000ppm,经实验室检测分析,水分55%,ph4.56,有机质含量为120g/kg,施工时直接在开挖基坑撒入酸中和剂石灰石及吸附稳定剂活化蛭石,用量分别为底泥湿重的1%、8%,利用施工机械拌匀,经现场控水数天后现场pid快速检测5~600ppm,异味大大减轻,装袋送水泥窑协同处置。经水泥厂实验室检测,经处理的底泥ph6.63,其他指标如表3所示,经水泥厂添加钙质和其他校正原料后达到水泥窑入窑标准。表3底泥的化学成份(%)sio2al2o3fe2o3caomgosfcllossmar32.158.675.611.31.860.260.250.0436.7523经处理的底泥按5~8%的比例掺入水泥原料中,烧成的水泥熟料按《gb/t21372-2008硅酸盐水泥熟料》进行物理性能检测,是将水泥熟料在ф500mm×500mm化验室统一小磨中与符合gb175规定的二水石膏一起磨细至350±10m2/kg,80μm筛余(质量分数)≤4%制成i型硅酸盐水泥后来进行的,抗压强度按《gb/t17671-1999水泥胶砂强度试验》进行,水泥熟料的各物理性能指标均符合要求,化学性能按《gb/t176-2017水泥化学分析方法》进行,与其他生产线未掺入底泥烧制的水泥熟料无明显区别。当前第1页12
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