阅读说明：本技术 一种污泥固化方法 (Sludge solidification method ) 是由 王翔 王廷亮 于 2018-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种污泥固化方法,包括以下步骤：称取高岭土和生石灰,预混合,得到高岭土和生石灰的混合料；将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的污泥中,进行低速预搅拌；接着,向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂,进行中速搅拌；出料,最后进行养护,完成污泥固化。本发明利用生石灰和硫酸亚铁改变污泥的表观颜色,扩宽了固化处理后的污泥的适用性；高岭土和减水剂的配合使用能够有效降低固化处理后的污泥的碱性；合适种类的减水剂的使用,能够破坏污泥的微观结构,提高固化反应速度,同时提高养护前固化污泥的流动性,有利于简化并缩短工艺流程。因此,所述污泥固化方法具有广阔的应用前景。(The invention provides a sludge solidification method, which comprises the following steps: weighing kaolin and quicklime, and premixing to obtain a mixture of the kaolin and the quicklime; adding a mixture of kaolin and quicklime into the sludge to be solidified, and pre-stirring at a low speed; then, adding ferrous sulfate and a water reducing agent into the sludge to be solidified, and stirring at medium speed; discharging, and finally curing to finish sludge curing. The invention utilizes quicklime and ferrous sulfate to change the apparent color of the sludge, and widens the applicability of the sludge after solidification treatment; the alkalinity of the sludge after the solidification treatment can be effectively reduced by the matching use of the kaolin and the water reducing agent; the use of the proper water reducing agent can destroy the microstructure of the sludge, improve the curing reaction speed, improve the fluidity of the cured sludge before curing, and facilitate the simplification and shortening of the process flow. Therefore, the sludge solidification method has wide application prospect.)

一种污泥固化方法

技术领域

本发明涉及污泥处理技术领域，特别涉及一种污泥固化方法。

背景技术

污水厂污泥是污水厂在污水处理过程中所产生的沉淀物，其成分复杂，是包括混入生活污水和工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的集合体。其含水率通常高于80％，同时含有大量有机质、病原菌、微生物及有毒有害物，存放时易腐烂并产生恶臭。目前，由于污泥特殊的物理、化学及生物性质，如何对污泥实施经济、有效的处理已成为我国环境工程及环境岩土工程的重要难题之一。

由于我国工业污水和生活污水混合排放，产生的污泥中含有的重金属、病毒等微生物及有机污染物等污染容易在土壤、植物中富集，若进入食物链则会危害人类健康；另外，污泥渗滤液进入地下水层后易对水体产生污染，污泥焚烧处置过程中存在产生二噁英的可能性，长期堆放的污泥易腐烂且产生恶臭，可见，污泥的妥善处理问题亟待解决。

在现有技术中，中国专利CN103739186A公开了一种污泥调制改性的方法，其采用污泥改性剂对污泥进行改性处理，所述污泥改性剂为废酸、废碱、FeCl₃药剂、氧化钙添加剂及废弃灰渣；采用上述改性方法改性后得到的污泥比阻大大降低，脱水性能得到明显改善；然而，在该技术方案里，由于采用了Fe³⁺盐，从而不具备还原性能，没有脱色反应从而导致污泥色泽依然为黑色，与普通土壤存在明显区别；同时，废弃的灰渣成分复杂，改性后的污泥成分更加紊乱，因此在很大程度上限制了改性后污泥的使用范围。

通过分析可知，现有的污泥改性、固化方法往往存在以下技术缺陷：大多选用添加生石灰进行污泥的直接改性，但是生石灰的添加量过大，从而导致污泥的pH值过高，即碱性过高，因此，处理后的污泥只能用于混合填埋，其应用范围受到很大的限制。

发明内容

针对现有技术中存在的种种技术缺陷，本发明旨在提供一种能够有效调整污泥pH值，并且能够广泛适用于不同土壤需求，使得处理后的污泥与常见土壤相似度极高的基于土壤重构原理的污泥固化方法。本发明所提供的技术方案既满足环境方面的要求，又解决了土壤pH值过高的问题，并保留了污泥中大部分有用的有机质，使其性质十分接近天然土壤，特别适用于污泥无害化处理。

为了实现本发明的目的，发明人提供了以下技术方案：一种污泥固化方法，其包括以下步骤：

步骤一：称取高岭土和生石灰，预混合，得到高岭土和生石灰的混合料；

步骤二：将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的污泥中，进行低速预搅拌；

步骤三：接着，向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂，进行中速搅拌；

步骤四：出料，最后进行养护，完成污泥固化，即完成了基于土壤重构原理的污泥固化。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤一中，所述高岭土的添加量为8～10g/100mL污泥，所述生石灰的添加量为3～5g/100mL污泥。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤二中，所述低速预搅拌的搅拌转速为20～30r/min，其持续时间为8～12min。本文中所述的搅拌转速都是指搅拌器的转速。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤三中，所述硫酸亚铁的添加量为8～12mlFeSO₄溶液/100mL污泥，其中的FeSO₄溶液的浓度为10wt％。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤三中，所述减水剂的添加量为0.3～0.5g/100mL污泥。

进一步优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤三中，所述减水剂选自以下任一种：磺化三聚氰胺树脂，胺基磺酸盐系高效减水剂，木质素磺酸钙减水剂和萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂。在此基础上，更进一步优选木质素磺酸钙减水剂。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤三中，所述中速搅拌的搅拌转速为90～120r/min，其持续时间为10～20min。

优选地，在上述污泥固化方法的所述步骤四中，所述养护的条件为：在常温常压下固化反应24～48h。

值得补充说明的是，上述污泥固化方法所利用的土壤重构原理如下所述：

首先，在污泥中加入生石灰后，生石灰和污泥中的大量水发生剧烈反应，产生大量的热量，并产生碱性环境；其中，热量所带来的高温能够杀死病原菌等微生物，并且碱性环境可以抑制微生物的生长繁殖；其中，生石灰和水发生的化学反应如下：

CaO+H₂O→Ca(OH)₂+热

同时，高岭土在水中和Ca(OH)₂发生反应，两者反应速度较为平缓，在逐步降低污泥中的pH值情况下，可以有效控制污泥中碱性环境，使得碱性不会过强，从而有利于硫酸亚铁络合还原反应的进行，高岭土具体反应如下：

SiO₂+Ca(OH)₂→CaSiO₃+H₂O

Al₂O₃+Ca(OH)₂+H₂O→Ca[Al(OH)₄]₂

然后，加入硫酸亚铁后，发生如下反应：

Ca(OH)₂+FeSO₄→Fe(OH)₂+CaSO₄

Fe(OH)₂+H₂O+O₂→Fe(OH)₃

可见，硫酸亚铁在碱性环境中加速水解，水解后产生的Fe²⁺离子逐渐增加，而Fe²⁺离子更宜脱色还原，同时，通过与带色基团形成多核络合物，能够吸附除去，两者反应的原理是络合－吸附桥架机理。同时，硫酸亚铁的加入破坏了污泥的微观结构，加快生石灰的水化反应。

并且，在加入减水剂后，由于减水剂分子能定向吸附于污泥颗粒和CaO颗粒表面，使得颗粒表面带有同一种电荷(通常为负电荷)，从而产生静电排斥作用，促使颗粒相互分散，絮凝结构被破坏，释放出被包裹的部分水，因此，显著地加速了生石灰(CaO)的水化反应，同时能够有效地增加初始固化污泥的流动性。

综上所述，与现有技术中的污泥的改性方法或固化方法相比，本发明提供的污泥固化方法具备以下技术优势：本发明利用高岭土、生石灰、硫酸亚铁和减水剂的组合添加，一方面能够利用生石灰和硫酸亚铁改变污泥的表观颜色，从而使得污泥颜色更加趋近于普通泥土，从而扩宽了固化处理后的污泥的适用性，换言之，其应用范围更加广阔；另一方面，高岭土和减水剂的配合使用能够大大减少生石灰所需的使用量，从而有效降低固化处理后的污泥的碱性，从另一个角度增强了其适用性；此外，合适种类的减水剂的使用，能够破坏污泥的微观结构，因此提高了污泥的固化反应速度，同时提高了养护前固化污泥的流动性，有利于简化并缩短工艺流程。因此，所述污泥固化方法具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为对本发明实施例1～3中固化的污泥进行模拟降水冲刷试验中的TN变化曲线图；

图2为对本发明实施例1～3中固化的污泥进行模拟降水冲刷试验中的TP变化曲线图；

图3为对本发明实施例1～3中固化的污泥进行模拟降水冲刷试验中的COD变化曲线图；

图4为固化前污泥的照片；

图5为按照本发明所述的污泥固化方法固化处理后的污泥的干燥样品的照片；

图6为按照本发明所述的污泥固化方法固化处理后的污泥的现场照片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施方式。

根据本发明所述的污泥固化方法，包括以下步骤：步骤一：称取高岭土和生石灰，预混合，得到高岭土和生石灰的混合料；步骤二：将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的污泥中，进行低速预搅拌；步骤三：接着，向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂，进行中速搅拌；步骤四：出料，最后进行养护，完成污泥固化。

在一个优选实施例中，在所述步骤一中，所述高岭土的添加量为8～10g/100mL污泥，所述生石灰的添加量为3～5g/100mL污泥。

在一个优选实施例中，在所述步骤二中，所述低速预搅拌的搅拌转速为20～30r/min，其持续时间为8～12min。

在一个优选实施例中，在所述步骤三中，所述硫酸亚铁的添加量为8～12mlFeSO₄溶液/100mL污泥，其中的FeSO₄溶液的浓度为10wt％。

在一个优选实施例中，在所述步骤三中，所述减水剂的添加量为0.3～0.5g/100mL污泥。

在一个进一步优选的实施例中，所述减水剂选自以下任一种：磺化三聚氰胺树脂，胺基磺酸盐系高效减水剂，木质素磺酸钙减水剂和萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂。在一个更进一步优选的实施例中，所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂。

在一个优选实施例中，在所述步骤三中，所述中速搅拌的搅拌转速为90～120r/min，其持续时间为10～20min。

在一个优选实施例中，在所述步骤四中，所述养护的条件为：在常温常压下固化反应24～48h。

实施例1

按照以下具体步骤实施污泥固化方法：

S1：称取高岭土和生石灰，预混合，得到高岭土和生石灰的混合料；其中，高岭土的添加量为8g/100mL污泥，生石灰的添加量为3g/100mL污泥；

S2：将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的城市生活污泥中，进行低速预搅拌；其中，所述低速预搅拌的搅拌转速为20～30r/min，其持续时间为9min；

S3：向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂，进行中速搅拌；其中，所述硫酸亚铁的添加量为8ml FeSO₄溶液/100mL污泥，其中的FeSO₄溶液的浓度为10wt％；所述减水剂的添加量为0.3g/100mL污泥；并且，所述减水剂为胺基磺酸盐系高效减水剂；其中，所述中速搅拌的搅拌转速为90～120r/min，其持续时间为10min。

S4：出料，最后在常温常压下固化反应48h以进行养护，最终完成了污泥固化。

固化的污泥的环境稳定性得到显著优化，具体地，将固化的污泥进行模拟降水冲刷试验，以测定TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需氧量)，从而反映固化的污泥的环境稳定性效果；具体试验结果参见图1～3中的例1添加量曲线。

实施例2

按照以下具体步骤实施污泥固化方法：

S1：称取高岭土和生石灰，预混合，得到高岭土和生石灰的混合料；其中，高岭土的添加量为9g/100mL污泥，生石灰的添加量为4g/100mL污泥；

S2：将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的城市生活污泥中，进行低速预搅拌；其中，所述低速预搅拌的搅拌转速为20～30r/min，其持续时间为10min；

S3：向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂，进行中速搅拌；其中，所述硫酸亚铁的添加量为10ml FeSO₄溶液/100mL污泥，其中的FeSO₄溶液的浓度为10wt％；所述减水剂的添加量为0.4g/100mL污泥；并且，所述减水剂为木质素磺酸钙减水剂；其中，所述中速搅拌的搅拌转速为90～120r/min，其持续时间为15min。

S4：出料，最后在常温常压下固化反应48h以进行养护，最终完成了污泥固化。

固化的污泥的环境稳定性得到显著优化，具体地，将固化的污泥进行模拟降水冲刷试验，以测定TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需氧量)，从而反映固化的污泥的环境稳定性效果；具体试验结果参见图1～3中的例2添加量曲线。

实施例3

按照以下具体步骤实施污泥固化方法：

S1：称取高岭土和生石灰，预混合，得到高岭土和生石灰的混合料；其中，高岭土的添加量为10g/100mL污泥，生石灰的添加量为5g/100mL污泥；

S2：将高岭土和生石灰的混合料加入到待固化的城市生活污泥中，进行低速预搅拌；其中，所述低速预搅拌的搅拌转速为20～30r/min，其持续时间为12min；

S3：向待固化的污泥中添加硫酸亚铁和减水剂，进行中速搅拌；其中，所述硫酸亚铁的添加量为12ml FeSO₄溶液/100mL污泥，其中的FeSO₄溶液的浓度为10wt％；所述减水剂的添加量为0.5g/100mL污泥；并且，所述减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物减水剂；其中，所述中速搅拌的搅拌转速为90～120r/min，其持续时间为18min。

S4：出料，最后在常温常压下固化反应24h以进行养护，最终完成了污泥固化。

固化的污泥的环境稳定性得到显著优化，具体地，将固化的污泥进行模拟降水冲刷试验，以测定TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需氧量)，从而反映固化的污泥的环境稳定性效果；具体试验结果参见图1～3中的例3添加量曲线。

如图1～3所示，从TN、TP、COD的浓度变化与冲刷试验时间的关系可以看出，根据实施例1～3所制得的固化的污泥的冲刷淋滤液指标均能满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级A标准，并且由于重金属已经小于仪器的检测下限，因此由降雨冲刷产生的淋滤液可以直接排放。同时可以看出，固化的污泥中的污染物在降雨初期的浓度较高，随着降雨时间的延长，其中的污染物并未出现持续增加的现象，表明固化的污泥具有环境稳定性，即其中的残余污染物较为稳定，不会因降雨出现大量渗出的问题。

此外，发明人还以上述实施例3为例，进一步检测并比较了污泥固化前后的主要物化指标，具体如下表1所示：

表1污泥固化前后的主要物化指标对比

样品	含水率	有机质	总养分	pH值
					原泥	86.4％	38.4	>3	8.3
按实施例3固化的污泥	<40％	28.1	>3	9

从上表1中所示的各项主要物化指标可以看出，按实施例3固化的污泥，含水率大大降低，大部分有机质得以保留，pH值也可以得到有效控制(表1中固化的污泥的pH值是48h的测量值，后期会有所降低，采用单一添加生石灰工艺所制得的污泥的pH值可达到11)。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。