[发明专利]一种污泥固化剂以及应用

说明书

技术领域

本发明涉及污泥的化学固化剂，尤其是涉及用于市政污水污泥和 河道污泥的固化填埋和后续处置的应用和方法。

技术背景

随着城市污水处理厂的大量建设，污水处理量和污泥产量都不断 增长。污泥中含有大量的微生物、病原体、重金属以及有机污染物， 含水量一般在80％以上，如果处置不当，会造成严重的二次污染。目 前污泥的处理方式主要是农用、焚烧和填埋，还有很大量的污泥没有 经过任何处理，随意丢弃。由于污泥的含水率高，土力学性能差，污 染物含量高，现在的处理方式往往存在环境污染、处理成本过高，同 时也容易引起填埋场工程地质灾害。

污泥能否填埋取决于污泥或者污泥与其它添加剂形成的混合体的 岩土力学性能，污泥填埋时，要求十字板抗剪强度≥25kPa，无侧限 抗压强度≥50kPa。污泥经过常规脱水后，含水率在80％以上，字板 抗剪强度＜10kPa，不能满足填埋的最低要求。

为此，需要提高污泥的力学性质，降低含水率。传统的方式是添 加水泥和石灰等固化剂，也使用矿化垃圾作为添加混合料，这些方式 需要添加大量的材料，添加量超过30％，增加了垃圾量，如果再遇水， 还可能逆转变成污泥。采用添加化学药剂的方式固化污泥，添加量可 以控制在10％以内，一般养护时间在1～6天，即可达到填埋要求的强 度和含水率。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是弥补现有技术的缺陷，提出一 种新的污泥固化剂，此固化剂特别适用于市政污水处理厂污泥以及河 道污泥的固化。此固化剂能够使含水量在85％以内的污泥在短时间内 固化，具有相当的强度，达到填埋场填埋的土力学性能要求。此固化 剂材料易得，价低，通过固化后的污泥浸水后不会逆转，对重金属和 有毒物质有很好的包裹作用。

本发明采用的固化剂原料、配比和技术方案如下：

一种污泥固化剂，其特征在于包括如下重量份数的组成：

硫铝酸盐水泥30～60％

石膏        20～40％

石灰        8～20％

促凝剂      1～5％

本发明属于一种新型的污泥固化处置技术，上述原料按照此比例 混合后，形成一种高水速凝材料，含水量达到90％(体积比)，依然 能够凝固，并具有很高的早期强度。固化混合料加入含水量较高的污 泥中，固化剂水化过程将会吸收污泥中的大量水分，降低污泥体重的 含水量。硫铝酸盐水泥的主要组成部分为硫铝酸钙，和石膏、石灰水 化后生成的Ca(OH)2以及CaSO4在促凝剂的作用下迅速发生反应， 使大量的自由水转变为钙矾石的结构水，使得添加固化剂的污泥迅速 稠化而胶凝。早期主要生成钙矾石，后期以钙矾石、Ca(OH)2和氢氧 化铝凝胶以及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶为主。一般的反应式如下：

3CaO·3Al2O3·CaSO4+2CaSO4+38H2O→ 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+4Al(OH)33CaO·3Al2O3·3Al2O 3·CaSO4+2CaSO4+18H2O→

3CaO·Al2O3·3CaSO4·12H2O+4Al(OH)33Ca(OH)2+3CaSO4+Al( OH)3+20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O2CaO·SiO2+nH2O →C-S-H+Ca(OH)2

硫铝酸钙水化时在石膏存在的情况下，钙矾石的形成大大加快， 而且产生的钙矾石呈细长晶体，这种针状晶体相互交叉，有较大的接 触面，起到了很好的骨架作用。同时生成氢氧化铝凝胶，这种凝胶填 充在相互交叉的钙矾石晶体之间，对强度起到十分重要的作用。

以上原料为市售工业级原料，硫铝酸盐水泥一般选用快硬型硫铝 酸盐水泥，石膏为硬石膏，石灰为生石灰，以上原料粒径一般小于 150um。促凝剂可以选用硫铝酸盐促凝剂。也可以选用含锂的盐，比 如碳酸锂、氢氧化锂等，亦可以选用膨润土，或者含锂盐和膨润土混 合使用。

以上原料现场按照比例加入污泥搅拌设备，然后搅拌10分钟左 右，使得污泥和添加的固化剂充分混合。固化剂添加量根据污泥的含 水量、养护时间、环境温度等情况调整，一般的添加量为污泥的8％ 以上。养护3天左右，无侧限抗压强度超过50kPa，满足填埋场污泥 填埋的基本土力学强度要求。养护1周左右，含水率降低到60％以下。