[发明专利]利用磷石膏、粉煤灰和电石渣固化城镇污水处理厂污泥

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用磷石膏、粉煤灰和电石渣固化城镇污水处理厂污泥的方法。 

背景技术

随着我国城市化的进展，城镇生活污水量越来越大，污水处理产生的污泥也相应增加。有数据显示，截至2010年，我国城镇污水处理厂产生的的脱水污泥（含水率80%左右）量达到5000万吨。脱水污泥是污水处理过程中产生的沉淀物，由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，其中含有大量的微生物、病原菌、重金属等物质，对环境危害较大。

城镇污水处理厂污泥的主要特点是含水率高、体积较大、容易腐败且臭味很大，污泥的颗粒细、比重小。污泥的特性会随原水水质、污水处理工艺和季节产生一定的变化。污泥组分总体上可分为四种状态：水溶态、胶体、生物絮凝态以及颗粒态，其中生物絮凝态占污泥总量的69%左右。

目前，世界各国针对污泥主要是以下几种处置方法：（1）农业利用：主要是作为肥料施用于农田、牧场等；（2）林业利用：主要是用于林地、花园、高尔夫球场、公园等土地上；（3）填埋：一些国家采用单独填埋，也有一些国家将污泥和生活垃圾混合填埋；（4）投海处置：欧盟于1998年已明令禁止这种处置方式；（5）制造建材、生化纤维板、陶粒等；（6）焚烧：将污泥干化后在生活垃圾焚烧厂或水泥窑内焚烧处理。污泥填埋因其成本低、处置量大，目前仍是当今全球运用最多的污泥处置技术。

我国《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008)中规定，生活污水处理厂污泥经处理后含水率小于60%，才能进入填埋场填埋处置。《城镇污水处理厂污泥处置——混合填埋用泥质》（GBT 23485-2009）中规定的污泥混合填埋指标为横向剪切强度>25kN/m²和含水率<45%。而目前在污水处理厂内经带式脱水机脱水后的污泥含水率一般在70%~80%之间，无法达到填埋的要求，因此，还需要进一步的处理，而污泥固化是方法之一。

固化包含着两层含义：固化和稳定化。固化是指添加固化剂于废弃物中，使其变为不可流动性或形成固体的过程，而不管废弃物与固化剂间是否产生化学结合；稳定化是指将有害污染物转变成低溶解性、低毒性及低移动性的物质，以减少有害物污染潜力的技术。在习惯中为叙述方便往往将这两个过程统称为固化，在本专利叙述中，固化概念即包含了固化与稳定化两层含义。

目前污泥的固化技术主要有：水泥固化和粉煤灰-石灰固化两种技术。水泥固化以水泥为主要固化剂，对污泥进行固化处理。粉煤灰-石灰固化是利用石灰的吸水作用和二者反应生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶对污泥进行固化。该两种技术均能达到固化效果，但缺点是需要消耗建筑材料水泥或石灰，成本较高。

磷石膏是磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为石膏（CaSO₄·2H₂O），含磷化合物等多种其他杂质。生产1吨磷酸（以100%P₂O₅计）副产磷石膏约5吨。由于我国目前对磷肥的需求量越来越大，因而在生产过程中产生的磷石膏的量也越来越大。2010年，全行业副产磷石膏约5000万吨/年，这些磷石膏的堆积不仅占用了大量的土地，而且易造成环境污染，越来越受到环保部门的关注。

电石渣是电石水解制取乙炔的副产物，主要成分是Ca(OH)₂, 还含有CaCO₃、SiO₂、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等以及少量有机物。电石渣排放量约为电石产量的75%～85%。当前国内对于电石渣的利用率较低，处置方式以填埋或堆存为主。

粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质的混合材料。它是燃煤发电厂将煤磨成 100um 以下的煤粉，用预热的空气喷入炉膛呈悬浮状态燃烧，高温烟气中的灰分，经集尘装置捕集得到一种微粉状固体废物。粉煤灰常作为水泥生产的添加剂，是一种资源化利用率较高的一般工业固体废物。 

发明内容

本发明是利用一般工业固体废物磷石膏、粉煤灰和电石渣为原料配制成固化剂，对污泥进行固化处理。其机理如下：

粉煤灰中可溶性的SiO₂和Al₂O₃在有水存在的情况下与电石渣中的Ca(OH)₂发生化学反应生成水化硅酸钙（CSH）凝胶和水化铝酸钙（CAH）凝胶：