專利名稱：一種城市污泥的固化穩定化方法
技術領域：
本發明屬于環境巖土工程技術領域，特別涉及一種城市污泥的固化穩定化方法。
背景技術：
城市污泥是在水處理過程中產生的固體廢棄物，城市污泥中的有害成分比較高， 如病原微生物、鹽分、有機污染物、重金屬等，目前城市污泥的危害還鮮為人知，常常被非法 取用，造成土地的重金屬積累超標、土地板結，人類居住環境和食物被無意中污染和破壞。 世界各國對于城市污泥的處理處置都進行了有益的實踐和探索，所采用的方法主要有填 埋、海洋傾棄、焚燒、農用等。其中，傾棄已經基本不用，焚燒成本很高，農用由于污染物高而 受到限制，所以從目前我國經濟水平來看以填埋為主，適度走資源化道路比較合適。但由于 城市污泥含水率非常高(含水率約60% 85% )，土工含水率高達百分之幾百，因此，其流 動性非常強，力學性質很差，如果未加處理直接進行填埋，很容易誘發場地塌滑，難以滿足 填埋場對土性的要求，且污泥中的有害成分比較高，不加以穩定化，則會對環境危害較大， 因此，在填埋或資源化以前須做固化穩定化處理。固化技術始于19世紀50年代對于放射性廢物的處理。固化指的是添加固化劑于 廢棄物中，使其變為不可流動性或形成固體的過程。穩定化是指將有害污染物轉變成低溶 解性、低毒性及低移動性的物質，以減少有害物污染的技術。固化穩定化的目的主要有兩 個一是通過物理或化學的方法改變污染物的流動性，以減少污染的幾率；二是增強被處 理體的力學特性以便其在建設中被利用。對于城市污泥的固化穩定化，傳統添加的固化劑主要有石灰、粉煤灰、水泥、一些 專用藥劑、包膠等。但從使用情況看，這些固化劑的成本比較高，處理過程復雜，所添加的材 料較多，且處理效果難以滿足要求，因此影響了城市污泥固化穩定化技術的推廣。因此亟待 尋找經濟上合理、技術上可行的固化穩定化材料來代替傳統常用材料。近年來隨著國家進行大規模的建設，推動了建筑行業的迅猛發展，從而石材行業 也得到飛速發展，排放的石材廢棄物也日益增多，已成為企業，乃至整個社會沉重的負擔。 石材廢棄物主要指的是石材在切割加工中產生的石粉或石泥，其產量現已基本和污泥的產 量相當，造成的危害還不為人所知。就目前來說，大都采用填埋堆放或隨意棄置，這樣產生 的問題是勞民傷財，占用大量良田，污染環境。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種改進的城市污泥的 固化穩定化方法。為解決以上技術問題，本發明采用如下技術方案一種城市污泥的固化穩定化方法，所述城市污泥的含水率為60% 85%，該方法 以石材廢棄物與硅酸鹽水泥的混合物作為固化穩定劑，將固化穩定劑加入到所述城市污泥 中，攪拌均勻即獲得可直接填埋或用做資源化的固化體，其中，所述石材廢棄物由石材廠切
3割加工石材后所產生，所述石材廢棄物為石粉，石泥或著二者的組合，所述石材廢棄物的 含固率為70% 100%，以所述城市污泥的重量為基準，所述石材廢棄物加入量為40% 115%，硅酸鹽水泥的加入量為5% 15%。根據本發明的一個方面，加入的石材廢棄物為石粉，以城市污泥的重量為基準，石 材廢棄物加入量為40% 80%，硅酸鹽水泥的加入量為5% 15%。在所述固化體直接 用于填埋時，石材廢棄物的加入量優選為40% 70%，硅酸鹽水泥的加入量優選為5% 8% ；在所述固化體用做資源化時，石材廢棄物的加入量優選為50% 80%，硅酸鹽水泥的 加入量優選為8% 15%。根據本發明的又一方面，所述石材廢棄物為含固率70% 80%的石泥，以城市污 泥的重量為基準，石材廢棄物加入量為50% 115%，硅酸鹽水泥的加入量為5% 15%。 在所述固化體直接用于填埋時，石材廢棄物的加入量優選為50% 100%，硅酸鹽水泥的 加入量優選為5% 8%。在所述固化體用做資源化，石材廢棄物的加入量優選為62. 5% 115%，硅酸鹽水泥的加入量優選為8% 15%。由于采用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明用作固化穩定劑的石材廢棄物的產量與城市污泥的產量相當，取用方 便；又，固化穩定化過程中，僅添加石材廢棄物和硅酸鹽水泥，攪拌混勻即可，取用材料少， 操作簡單。2、將石材廢棄物用于處理污泥，可以達到以廢治廢的效果；3、本發明實際使用的水泥摻量較少，但效果明顯，成本得到較大控制，經濟效益顯 著；4、采用本發明處理后固化體的強度和長期水穩性得到大幅提高，有效遏制了重金 屬和有機物的滲濾，不會對環境造成二次污染。
具體實施例方式本發明首先取用石材廠切割加工石材后所產生的石材廢棄物-含固率為70% 80%的石泥(濕法)或石粉(干法)或者二者的混合物，由于石泥(石粉)本身顆粒細膩， 不需過篩，可以直接取用。再取少量普通硅酸鹽水泥，將石粉(石泥)和水泥與城市污泥按 照一定比例混合，其間采用人工拌合或機械攪和使石粉(石泥)、水泥和污泥充分接觸，拌 合均勻即可。根據處理后的要求不同，石粉(石泥)、水泥、污泥這三者的摻量和比例有所差異。 經過大量的試驗，本發明建議采用以下摻量和比例，可以獲得較佳效果(1)如處理后固化體用做填埋的，參照國內及歐美標準規定，固化體含水率必須小 于40%、7天的無側限抗壓強度達到50kpa以上，28天的無側限抗壓強度達到340kpa以 上。要滿足以上要求，以污泥的重量為基準，可摻入石材廢棄物石粉40% 70%或石泥 50% 100%，硅酸鹽水泥的加入量為5% 8%。(2)如處理后固化體用做資源化，根據目前的研究成果，比較適合做鋪路材料。參 照國內及歐美標準規定，除了要滿足固化體含水率必須小于40%，7天的無側限抗壓強度 達到50kpa以上的條件以外，28天的無側限抗壓強度要達到1040kpa以上。要符合以上要 求，以污泥的重量為基準，石材廢棄物的加入量可以為石粉50% 80%或石泥62. 5% 115%，硅酸鹽水泥的加入量可以為8% 15%。本發明采用此技術方案，主要基于以下幾方面的考慮(1)對于城市污泥，其含水率很大，而且污泥中的有機物和重金屬濃度很濃，會在 反應過程中，阻礙水泥水化產物的進行，因此，采用傳統的固化材料所要消耗的水泥量非常 巨大，而且從處理效果來看，處理后得到的固化體的力學性能和穩定性均差強人意，很難達 到相應的要求。(2)對于城市污泥，其中的無機顆粒成分很少，因此，在固化穩定化過程最好摻入 較多無機顆粒，使無機顆粒與水泥反應，生成堅硬的產物，將有機物和重金屬等有害物質固 定在其中，使其在環境的變化下不致滲濾出來。而采用石材廢棄物正好可以滿足這樣的要 求。石泥或石粉本身是廢棄物，其顆粒一般來說來自然礦物，毒性不強，不像以往采用廢棄 物如磷石膏、粉煤灰等雖然在一定程度上可以提高固化體強度，但很容易造成環境中的某 些元素的超標，從而造成新的污染問題。采用石材廢棄物既可以提高固化體的性能，又可以 避免產生新的污染問題，一舉兩得。(3)石材廢棄物來源廣泛，只要是有建材的地方，石材則必不可少，其產量與污泥 產量相當，取材十分方便，且由于其為廢棄物，不需要另外花錢購買，可以大大降低固化穩 定化過程中的材料費用，有利于降低成本。(4)硅酸鹽水泥加入到污泥中，會吸收污泥中的大量自由水發生水化水解反應，具 體反應式見下式(a)、(b)、(c)、(d)。另外，石材廢棄物中的CaO含量比較高，加入污泥當 中，使污泥的孔隙水中的Ca2+處于過飽和狀態，從而保證水泥生成的CSH水化凝膠和Ca (OH) 2 不受影響而不斷形成，并且會使Ca(OH)2比較充裕。而且石材廢棄物中的硅酸基團和鋁酸基 團即活性SiO2和活性Al2O3成分含量也很高，受到堿性激發劑Ca (OH) 2作用，與之進行硬凝反 應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使得產物具有水硬性，進而獲得更高的強度和更密的質
地，阻止了有機物和重金屬的滲濾。具體反應式見下式(e)、(f)。2(Ca0)3Si02+7H20 — (CaO) 3 (SiO2) 2 (H2O) 4+3Ca (OH) 2(a)2(Ca0)2Si02+5H20 — (CaO) 3 (SiO2) 2 (H2O) 4+Ca (OH) 2(b)(CaO) 2Al203+3 (CaO) SO3 (H2O) 2+26H20 — (CaO) 6 (Al2O3) (SO3) 3 (H2O) 32(c)(CaO) 4 (Al2O3) (Fe2O3) +7H20 — (CaO) 3 (Al2O3) (H2O) 6+ (CaO) (Fe2O3) (H2O)(d)XCa(OH)^SiOJm1H2O — xCaO · SiO2 · Ii1H2O(e)yCa (OH) 2+Al203+m2H20 — yCaO · Al2O3 · n2H20(f)下面將結合具體的實施例對本發明做進一步詳細的說明實施例1按照本發明實施的城市污泥固化穩定化方法中，城市污泥的含水率為約77%,以 城市污泥的重量為基準，加入石粉50%和硅酸鹽水泥6. 5%。具體固化穩定化過程如下按照以上配比，在每1000kg污泥中加入500kg的石粉和65kg的硅酸鹽水泥，充分 拌合均勻，測得7天后試樣的無側限抗壓強度達到115kpa，含水率為15. 34%，14天強度達 到290pa，21天強度達到420kpa，28天強度達到510kpa，遠遠達到填埋的要求，并且隨著時 間的增長，強度逐步增加。28天齡期試件通過12次干濕循環后強度未降，試樣形狀基本保 持完好，證明長期水穩性強。固化穩定化過程中混合體積沒有膨脹，毒性浸出試驗各項指標 均滿足要求。實際過程操作簡單，處理Ikg污泥僅需要0. 02元左右(每噸水泥按280元計)，經濟效益明顯。實施例2按照本發明實施的城市污泥固化穩定化方法中，城市污泥的含水率為約77%，以 城市污泥的重量為基準，加入石粉60%和硅酸鹽水泥12%。具體固化穩定化過程如下按照以上配比，在每IOOOkg污泥中加入600kg的石粉和120kg的硅酸鹽水泥，充 分拌合均勻，測得7天后試樣的無側限抗壓強度達到360kpa，含水率為10. 05%,14天強度 達到840kpa，21天強度達到1190kpa，28天強度達到1470kpa，達到鋪路材料的力學性能要 求，并且隨著時間的增長，強度逐步增加。28天齡期試件通過12次干濕循環后強度未降，試 樣形狀基本保持完好，證明長期水穩性強。固化穩定化過程中混合體積沒有膨脹，毒性浸出 試驗各項指標均滿足要求。實際過程操作簡單，處理Ikg污泥僅需要0.033元左右(每噸 水泥按280元計)，所形成的產物可以用作鋪路材料，經濟效益顯著。實施例3按照本發明實施的城市污泥固化穩定化方法中，城市污泥的含水率為約77%，以 城市污泥的重量為基準，加入石泥70%和硅酸鹽水泥9%。具體固化穩定化過程如下按照以上配比，在每IOOOkg污泥中加入700kg的石泥(含固率為80% )和90kg 的水泥，充分拌合均勻，測得7天后試樣的無側限抗壓強度達到200kpa，含水率為13. 18%, 14天強度達到520kpa，21天強度達到812kpa，28天強度達到1080kpa，達到鋪路材料的力 學性能要求，并且隨著時間的增長，強度逐步增加。28天齡期試件通過12次干濕循環后強 度未降，試樣形狀基本保持完好，證明長期水穩性強。固化穩定化過程中混合體積沒有膨 脹，毒性浸出試驗各項指標均滿足要求。實際過程操作簡單，處理Ikg污泥僅需要0. 025元 左右(每噸水泥按280元計)，經濟效益顯著。綜上，本發明有效地綜合利用石粉石泥，變廢為寶，發現將石材廢棄物作為城市污 泥的固化穩定化材料則可以大大提高處理效果，且大幅降低了處理成本。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種城市污泥的固化穩定化方法，所述城市污泥的含水率為60％～85％，其特征在于該方法以石材廢棄物與硅酸鹽水泥的混合物作為固化穩定劑，將固化穩定劑加入到所述城市污泥中，攪拌均勻即獲得可直接填埋或用做資源化的固化體，其中，所述石材廢棄物由石材廠切割加工石材后所產生，所述石材廢棄物為石粉，石泥或著二者的組合，所述石材廢棄物的含固率為70％～100％，以所述城市污泥的重量為基準，所述石材廢棄物加入量為40％～115％，硅酸鹽水泥的加入量為5％～15％。
2.根據權利要求1所述的固化穩定化方法，其特征在于所述石材廢棄物為石粉，以所 述城市污泥的重量為基準，所述石材廢棄物加入量為40% 80%，硅酸鹽水泥的加入量為 5% 15%。
3.根據權利要求2所述的固化穩定化方法，其特征在于所述固化體直接用于填埋，所 述石材廢棄物的加入量為40% 70%，所述硅酸鹽水泥的加入量為5% 8%。
4.根據權利要求2所述的固化穩定化方法，其特征在于所述固化體用做資源化，所述 石材廢棄物的加入量為50% 80%，所述硅酸鹽水泥的加入量為8% 15%。
5.根據權利要求1所述的固化穩定化方法，其特征在于所述石材廢棄物為含固 率70% 80%的石泥，以所述城市污泥的重量為基準，所述石材廢棄物加入量為50% 115%，硅酸鹽水泥的加入量為5% 15%。
6.根據權利要求5所述的固化穩定化方法，其特征在于所述固化體直接用于填埋，所 述石材廢棄物的加入量為50% 100%，所述硅酸鹽水泥的加入量為5% 8%。
7.根據權利要求5所述的固化穩定化方法，其特征在于所述固化體用做資源化，所述 石材廢棄物的加入量為62. 5% 115%，所述硅酸鹽水泥的加入量為8% 15%。
全文摘要
本發明公開了一種城市污泥的固化穩定化方法，所述城市污泥的含水率為60％～85％，該方法以石材廢棄物與硅酸鹽水泥的混合物作為固化穩定劑，將固化穩定劑加入到所述城市污泥中，攪拌均勻即獲得可直接填埋或用做資源化的固化體，其中，所述石材廢棄物由石材廠切割加工石材后所產生，所述石材廢棄物為石粉，石泥或著二者的組合，所述石材廢棄物的含固率為70％～100％，以所述城市污泥的重量為基準，所述石材廢棄物加入量為40％～115％，硅酸鹽水泥的加入量為5％～15％。本發明將石材廢棄物用于污泥的固化穩定，可以達到以廢治廢的效果，有效避免城市污泥固化過程中的二次污染和大幅降低處理成本。
文檔編號C02F11/14GK101891367SQ201010221489
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月30日 優先權日2010年6月30日
發明者丁建文, 廖瑛, 李安勇, 洪振舜, 王月香, 顧歡達 申請人:蘇州科技學院