一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂及固化方法与流程

本发明涉及一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂及固化方法，属于工业废弃物资源化及危险废弃物固化。

背景技术：

1、随着我国工业化进程的加快，工业垃圾产生量日益增大。焚烧法因能显著实现减量化、无害化和资源化而成为工业固体废物处理的主导工艺。然而，工业垃圾组分复杂，大多为高含盐废物，导致飞灰作为焚烧最主要的二次副产物，富集了大量的重金属、盐分等，属于典型的危险废物，对其进行安全填埋之前必须进行无害化处理。

2、固化/稳定化技术因其工艺简单、处理成本低、重金属处理效率高等优势，是目前应用最广泛的飞灰处理工艺。其中，硅酸盐水泥是使用最为普遍的固化材料，其能发生水化反应形成力学性能良好的固化体，通过包裹、沉淀和吸附作用将重金属固结在固化体内，降低污染物的浸出。

3、然而，随着我国对危险废物填埋标准的日益提高，特别是对水溶性盐总量的控制成为安全填埋的关键问题。传统的水泥固化剂主要以重金属固化为目标，无法有效地对所有盐分进行包裹，导致总盐分的析出较高。因此，有必要开发低成本高效的固化剂解决高盐分焚烧飞灰安全填埋的实际需求。

4、总盐分固化的主要困难在于普通硅酸盐水泥的水化过程快，水化硅酸钙(c-s-h)和钙矾石(aft)等水化产物生成速率不同导致固化体结构疏松，盐分易浸出。

5、地聚物材料具有结构致密，水化反应可控等优势，用于固化材料中能快速形成致密的固化结构，有效包容盐离子，防止其大量浸出。

6、此外，污水处理过程中产生大量剩余污泥，如何将地聚物材料与生活污泥综合利用，既实现总盐分的有效固化，又实现地聚物材料与生活污泥的废物利用是本发明的主要方向。

技术实现思路

1、为了解决相关高盐分飞灰固化技术所存在的问题，本发明提供一种地聚物/污泥提取物基固化剂实现飞灰中盐分及重金属固化，使其能安全填埋的方法。

2、本发明采取的策略是：利用地聚合物废料和水泥发生协同水化反应，形成更多胶凝结构水化产物，促进固化体微观结构更加紧实，固定重金属的同时减少盐分浸出。

3、此外，生活污水处理过程中产生大量剩余污泥作为主要副产物，通过提取其中的酸性多糖(如藻酸盐和半乳糖醛酸)等凝胶类聚合物作为固化粘合剂，进一步提高固化过程吸附/固溶盐离子和重金属离子的效率，一定程度上解决高盐分飞灰的固化稳定化问题。

4、本发明所采用的技术方案是：

5、一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，包括以下质量份组分：水泥2～3份；高炉矿渣0.2～1份；粉煤灰0.2～0.5份；污泥提取物0.1～0.2份，能有效固化高盐分垃圾焚烧飞灰中的可溶性盐。

6、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，所述的高盐分垃圾焚烧飞灰含有na+、k+、ca2+、mg2+、cl-、so42-无机盐离子中的一种或多种，总含盐量不小于20％。

7、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，所述的水泥为p.o 42.5级普通硅酸盐水泥。

8、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，所述的污泥提取物提取步骤如下：向生活污泥中加入co32-，震荡、离心后固液分离，弃去上清液后加入酸溶液调节ph，静置，离心收集凝胶状固体沉淀，冷冻干燥后即为污泥提取物。

9、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，所述的co32-来源于碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种，co32-投加量为污泥干重的5～20％。

10、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，ph调节范围为1.8～2.4。

11、上述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，静置时间为30min～4h。

12、上述任一项所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂的制备方法，

13、s1：向生活污泥中加入co32-，震荡、离心后固液分离，弃去上清液后加入酸溶液调节ph，静置，于8000rpm～12000rpm下离心收集凝胶状固体沉淀，冷冻干燥后即为污泥提取物；

14、s2：以质量份计，将水泥2～3份；高炉矿渣0.2～1份；粉煤灰0.2～0.5份；污泥提取物0.1～0.2份均匀混合，磨成细粉，即为地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂。

15、基于上述任一项所述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，包括如下步骤：

16、s1：以质量份计，将水泥2～3份；高炉矿渣0.2～1份；粉煤灰0.2～0.5份；污泥提取物0.1～0.2份均匀混合，磨成细粉备用；

17、s2：向待处理的高盐分垃圾焚烧飞灰中加入步骤s1中的固化剂后，加水搅拌至均匀，得到混合料；

18、s3：将混料转移至模具中成型，标准养护5～10天，使其充分固化即得到固化体。

19、上述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，所述步骤s2中水的质量为高盐分垃圾焚烧飞灰与固化剂混合物料总质量的20～55％。

20、其中，所述污泥提取物制备步骤中：于8000rpm～12000rpm下离心收集凝胶状固体沉淀，冷冻干燥。优选为10000rpm。

21、上述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，所述步骤s2中高盐分垃圾焚烧飞灰含盐量与固化剂质量比为1:0.2～0.5。

22、上述条件中，高盐分垃圾焚烧飞灰可溶性盐总量与固化剂质量比优选1:0.3，其选择原则为：固化剂发生水化反应，形成胶凝结构包容高盐分飞灰，若固化剂相对比例过低，固化效果不显著，易导致盐分和重金属析出；若固化剂相对比例过高，过量的水泥水化会导致体系碱度迅速升高，发生水化产物复分解沉淀作用，可能促使系统中盐离子溶出。

23、本发明的有益效果是：与相关技术相比，本发明提出了一种简单、低成本的焚烧飞灰固化剂制备方法，首先根据地聚物的反应机理，充分利用工业固废(粉煤灰和高炉炉渣)地聚物添加剂，改变固化剂灰料组分，利用材料延缓c-s-h的水化速率，使凝胶结构不断聚合形成更加致密的铝硅酸盐(c-(a)-s-h)结构，有效改善硅酸盐水泥的水化过程，形成更多的水化产物，能改善固化体孔隙率，使微观结构更加密实，能有效包容盐离子，防止其大量浸出。此外，利用污泥提取物中特异性的凝胶类结构渗透并有效覆盖在孔隙表面，进一步提高固化体致密程度。上述组分能协同固定飞灰中的盐离子和重金属，使其满足安全填埋要求，是一种协同处理高盐分焚烧飞灰和工业固废的新型环保技术。本方法对多种工业固废进行综合利用，成本低廉，固化效率高，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，包括以下质量份组分：水泥2～3份；高炉矿渣0.2～1份；粉煤灰0.2～0.5份；污泥提取物0.1～0.2份，能有效固化高盐分垃圾焚烧飞灰中的可溶性盐。

2.根据权利要求1所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，所述污泥提取物的提取步骤如下：向生活污泥中加入co32-，震荡、离心后固液分离，弃去上清液后加入酸溶液调节ph，静置，于8000rpm～12000rpm下离心收集凝胶状固体沉淀，冷冻干燥后即为污泥提取物。

3.根据权利要求1所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，高盐分垃圾焚烧飞灰含有na+、k+、ca2+、mg2+、cl-、so42-无机盐离子中的一种或多种，总含盐量不小于20％。

4.根据权利要求1所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，所述的水泥为p.o 42.5级普通硅酸盐水泥。

5.根据权利要求2所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，所述的co32-来源于碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种，co32-投加量为污泥干重的5～20％。

6.根据权利要求2所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂，其特征在于，ph调节范围为1.8～2.4，静置时间为30min～4h。

7.根据权利要求1～6任一项所述的一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1～6任一项所述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，所述步骤s2中高盐分垃圾焚烧飞灰可溶性盐总量与固化剂质量比为1:0.2～0.5。

10.根据权利要求8所述的固化剂固化高盐分垃圾焚烧飞灰的方法，其特征在于，所述步骤s2中水的质量为高盐分垃圾焚烧飞灰与固化剂混合物料总质量的20～55％。

技术总结
本发明公开了一种地聚物/污泥提取物基高盐分飞灰固化剂及固化方法，其基本原理是利用地聚合物废料和水泥发生协同水化反应，形成更多胶凝结构水化产物，促进固化体微观结构更加紧实，固定重金属的同时减少盐分浸出。该固化剂包括以下物质：水泥2～3份，高炉矿渣0.5～1份，粉煤灰0.2～0.5份，污泥提取物0.1～0.2份。固化方法包括：(1)根据称取一定质量固化剂与飞灰混合，加入水后搅拌至均匀，得到混合料；(2)将混料转移至模具中成型，标准养护5～10天，使其充分固化即可。本发明利用多种工业固体废物，材料易得，成本低廉，且重金属与盐分溶出均低于国家规定的安全填埋限值，具有良好的环境效益和工程应用价值。

技术研发人员：黄诚,孙楠,李伟,肖俊,耿庆荣,刘小飞,唐盛,沈薇
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5