用于污泥固化的固化剂、制备方法、固化方法及固化装置与流程

1.本发明属于污泥处理技术领域，尤其涉及一种用于污泥固化的固化剂、制备方法、固化方法及固化装置。


背景技术：

2.污泥由于含水率高、有机质含量高、强度较低，导致渗滤液较多，细菌等有害微生物增加，异味严重，因此亟需对其进行合适的处理处置，使其对生态环境和人类健康的危害程度降到最低。随着城市发展，用水量和污水量的增加，市政污泥产生量逐年增多，污泥的处置已成为环境保护中面临的日益紧迫和严峻的问题。
3.污泥填埋是现今世界各国使用最多、运行管理最成熟的处置方法。在将来的发展中填埋仍然是污泥处置中不可避免的方法。当污泥没有资源化途径而必须从物质循环中排出时，填埋是目前唯一的、不可替代的最终处置途径。与其它污泥处置方案相比，污泥的填埋处置具有投资低、运行成本低、管理操作方便等诸多优点，这也是污泥填埋处置是目前国内外采用最广泛的原因。
4.当市政污泥填埋场容量达到饱和时，需要对含水率较高的污泥进行处理处置后封场，减少其对生态环境和人体健康的危害。污泥固化技术具有工艺简单、处理效果良好、二次污染风险小等特点，已经逐渐成为污泥处理处置领域重要的技术之一。通过添加固化剂对污泥进行充分搅拌，使污泥强度在短时间快速提高至较高水平，是一种难度较低，工期较短且成熟的污泥固化工艺。
5.在上述领域中已有某些专利技术可用于污泥固化处置，如公开号为cn111099797a专利提出了一种用于污泥固化的固化剂，该固化剂由氢氧化钠、硅酸盐、氧化镁、氧化钙等烘干混合打碎而成，但在工程实际应用中该固化剂所需化学成分复杂，施工现场烘干打碎较为困难，无法大批量使用。公开号为cn111661993a专利提出了一种用于污泥固化的固化剂，该固化剂由白云石粉、硅酸盐水泥和无机物组成，其中白云石粉需由白云石在600-1200℃高温下煅烧3-8h后过筛而成，成本较高，在工程实际中无法大批量使用。针对工程规模较大的污泥，如何找到一种配制和使用更为简便，效果更为明显，成本更为经济的用于污泥固化的固化剂仍是广大环保产业施工人员较为迫切的需求。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
7.(1)现有技术中污泥的含水率高，污泥固化后的强度低，固化污泥的增容比比较高，而且现有污泥固化的处理中容易造成二次污染。
8.(2)现有技术中污泥固化的处理施工中因养护时间长、成本高。


技术实现要素：

9.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种用于污泥固化的固化剂、制备方法、固化方法及固化装置。
10.所述技术方案如下：一种用于污泥固化的固化剂按重量百分比由硅酸盐水泥50～
80％、生石灰10～30％、铁盐1～10％和钙盐1～5％组成。
11.在一个实施例中，所述铁盐包括硫酸亚铁或氯化亚铁。
12.在一个实施例中，所述钙盐包括硫酸钙或氯化钙。
13.在一个实施例中，所述用于污泥固化的固化剂按重量百分比硅酸盐水泥66.67％、生石灰26.67％、硫酸亚铁4.16％和氯化钙2.5％组成。
14.本发明的另一目的在于提供一种用于污泥固化的固化剂制备方法包括：按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂。
15.本发明的另一目的在于提供一种用于污泥固化的固化剂固化方法包括：
16.第一步，按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂；
17.第二步，将用于污泥固化的固化剂和污泥质量比置于搅拌器中搅拌至混合均匀，在阳光下照射，自然晾晒风干。
18.在一个实施例中，用于污泥固化的固化剂和污泥质量比为0.3～0.6:1。
19.在一个实施例中，用于污泥固化的固化剂和污泥质量比为0.6:1。
20.本发明的另一目的在于提供一种用于污水处理厂产生的污泥固化装置，搭载有所述用于污泥固化的固化剂，所述用于污泥固化的固化剂按重量百分比由硅酸盐水泥50～80％、生石灰10～30％、铁盐1～10％和钙盐1～5％组成。
21.本发明的另一目的在于提供一种用于河道湖库底泥的污泥固化装置，搭载有所述用于污泥固化的固化剂，所述用于污泥固化的固化剂按重量百分比由硅酸盐水泥50～80％、生石灰10～30％、铁盐1～10％和钙盐1～5％组成。
22.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
23.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
24.污水处理厂产生的污泥是水处理过程中的沉淀物质，该类污泥成分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团及与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，除含有大量的水分外，还含有难以降解的有机物、重金属和盐类，以及病原微生物和寄生虫卵等，有机质含量高，极易腐败，并产生恶臭，未经处理的污泥对环境污染风险高且易造成传染病的传播。河道湖库底泥含水率较高，在填埋、利用和处置过程中对水体、空气和人体可能产生危害。
25.污泥填埋是目前国内外常采用的污泥处置方式，其优点是投资少、容量大、见效快。污泥填埋需要大面积的场地和一定量的运输费用，需要进行防渗处理以免污染地下水，并考虑到填埋污泥的稳定性，这就需要对污泥的含水率和力学特性等因素有较高要求。
26.本发明的污泥固化剂由多种常见的工业原料或药剂组成，制备方法和固化流程简单，易于操作和施工，固化后的污泥含水率低且无侧限抗压强度等力学特性优良，有利于污泥的填埋处置。特别是对于非正规的污泥填埋场，对已填埋的含水率较高的污泥进行原位固化，可低成本、高效率的解决含水率高的污泥的非正规填埋问题。
27.第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
28.本发明降低了污泥的含水率，提高了污泥固化后的强度，并减少了固化污泥的增
容比。
29.本发明所选用的材料水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙都是市场上较为廉价易得的工业原料，解决了在施工现场大批量的配制使用固化剂、大规模的进行污泥固化的问题。
30.本发明所选用的材料具有早强作用，可缩短污泥固化的养护时间，快速达到填埋要求，解决了施工中因养护时间较长导致的工期延长、成本增加的问题。
31.本发明所选用的材料均符合环保要求，不会造成二次污染。
32.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
33.(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明的固化剂的原料廉价且易得，制备方法简单，因此固化剂的使用和施工成本较低。碳中和背景下我国污泥处置领域正面临着一个全新的发展机遇期，大量的老旧或非正规污泥填埋场面临封场、提标、修复、搬迁、再次开发等压力和需求，填埋场综合整治亟需先进技术和创新模式的有力支撑，同时也带来较大的市场发展机会。
34.(2)本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：污泥的简便快速固化。污泥原位固化的方法无需运输即可对污泥进行处理处置，避免了二次污染。本发明提供了一种快速、经济、简便的污泥原位固化方法，通过廉价易得的原料和药剂配制为污泥固化剂，使污泥在短时间内具备填埋条件。
附图说明
35.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
36.图1是本发明实施例1提供的用于污泥固化的固化剂固化方法制备方法流程图。
具体实施方式
37.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
38.一、为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例
39.本发明提供的用于污泥固化的固化剂，包含如下重量百分比的成分：硅酸盐水泥50～80％、生石灰10～30％、铁盐1～10％和钙盐1～5％。
40.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
41.实施例1
42.本实施例对填埋场污泥所用的用于污泥固化的固化剂根据下述配方混合而成(重量百分比)：硅酸盐水泥66.67％、生石灰26.67％、硫酸亚铁4.16％和氯化钙2.5％组成。
43.如图1所示，本发明实施例提供的用于污泥固化的固化剂固化方法包括：
44.s101，按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂。
45.s102，将用于污泥固化的固化剂和污泥按0.6:1的质量比置于搅拌器中搅拌至混
合均匀，在阳光下照射，自然晾晒风干。
46.在10kg含水率88％的原始污泥中加入上述配比的固化剂6kg，7天后无侧限抗压强度可以达到173kpa，含水率降为27％，达到污泥固化标准。
47.实施例2
48.本实施例对填埋场污泥所用的用于污泥固化的固化剂根据下述配方混合而成(重量百分比)：硅酸盐水泥80％，生石灰13.33％，硫酸亚铁4.17％，氯化钙2.5％。
49.本发明实施例提供的用于污泥固化的固化剂固化方法包括：
50.第一步，按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂。
51.第二步将用于污泥固化的固化剂和污泥按0.6:1的质量比置于搅拌器中搅拌至混合均匀，在阳光下照射，自然晾晒风干。
52.在10kg含水率88％的原始污泥中加入上述配比的固化剂6kg，7天后无侧限抗压强度可以达到124kpa，含水率降为33％，达到污泥固化标准。
53.实施例3
54.本实施例对填埋场污泥所用的用于污泥固化的固化剂根据下述配方混合而成(重量百分比)：硅酸盐水泥67.51％，生石灰27％，硫酸亚铁4.22％，氯化钙1.27％。
55.本发明实施例提供的用于污泥固化的固化剂固化方法包括：
56.第一步：按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂。
57.第二步：将用于污泥固化的固化剂和污泥按0.6:1的质量比置于搅拌器中搅拌至混合均匀，在阳光下照射，自然晾晒风干。
58.在10kg含水率88％的原始污泥中加入上述配比的固化剂6kg，7天后无侧限抗压强度可以达到166kpa，含水率降为27％，达到污泥固化标准。
59.实施例4
60.本实施例对填埋场污泥所用的用于污泥固化的固化剂根据下述配方混合而成(重量百分比)：硅酸盐水泥68.09％，生石灰27.23％，硫酸亚铁2.13％，氯化钙2.55％。
61.本发明实施例提供的用于污泥固化的固化剂固化方法包括：
62.第一步：按配比称取硅酸盐水泥、生石灰、硫酸亚铁和氯化钙混合均匀，得到用于污泥固化的固化剂。
63.第二步：将用于污泥固化的固化剂和污泥按0.6:1的质量比置于搅拌器中搅拌至混合均匀，在阳光下照射，自然晾晒风干。
64.在10kg含水率88％的原始污泥中加入上述配比的固化剂6kg，7天后无侧限抗压强度可以达到150kpa，含水率降为31％，达到污泥固化标准。
65.从以上实施例可看出，本发明的固化剂对污泥具有良好的处理效果，综合处理后的强度和药剂成本来看，实施例1的用于污泥固化的固化剂是实际生产中的最佳选择。
66.二、为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
67.应用例
68.本发明用于污泥固化的固化剂作用原理如下：水泥在污泥固化中应用较为广泛，
水泥同污泥中的水分发生反应产生凝胶化，把污泥微粒分别包覆而逐渐硬化，是污泥固化强度提高的主要贡献因素；生石灰能与污泥中的水分发生反应，快速减少污泥中的水分，释放热量，还能增加钙离子的饱和度，和二氧化硅反应生成水化硅酸钙等固化成分，提高固化强度；铁盐作为混凝脱水剂，能提高污泥脱水性能；钙盐具有早强剂的作用，可在早期提高污泥固化强度，缩短固化养护时间。
69.根据工程需求和污泥强度要求确定固化剂的使用比例，对含水率大于80％的用于污泥固化的固化剂用量一般为40％-60％，每吨污泥的固化剂用量为400-600kg，含水率越高所需的固化剂用量越高，有机质含量越高所需的固化剂用量越高，污泥强度要求越高所需的固化剂用量越高，固化养护时间越短所需的固化剂用量越高。使用本发明的固化剂3-4天后含水率可降低至30％-40％，7天后无侧限抗压强度可达到100-200kpa。
70.利用本发明提供的用于污泥固化的固化剂在某省某市政污泥填埋场中进行应用，填埋场内污泥含水率为70％-90％，每吨污泥的固化剂用量为400kg，采用专用搅拌机械和反铲挖掘机使污泥与本固化剂充分搅拌混合，使用本发明的固化剂3-4天后，含水率降低至30％，7天后无侧限抗压强度为127kpa。
71.三、实施例相关效果的证据：
[0072][0073]
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。