增钙干化污泥渣的资源化利用方法

摘要

一种增钙干化污泥渣的资源化利用方法，该增钙干化污泥渣含有粒径为5mm的颗粒状的比例≥80％，有机物含量≤10％；含水率5％～20％；氢氧化钙的含量30％以上，其特征在于，将所述的增钙干化污泥渣与水泥、碎石和水按照一定比例混合均匀构成混合料；将该混合料作为公路路面的路基材料、垃圾填埋场的垫层土和覆盖土、土壤改良土、环境修复基础层铺设在相应的基础上。增钙干化的污泥渣替代土方的无机材料，从而达到废弃物资源化再生利用过程中实现节能减排的目的，节省了自然资源的同时大幅度降低了废弃物处理、处置成本。

说明书

技术领域

本发明涉及城市污泥无害化及资源化利用的方法，主要用于对增钙干化后的城市污泥渣的深度处置和资源化再生利用。

背景技术

近几年，耗费各种能源的污泥的处理方法包括部分余热、余温的利用、石灰发热剂化学热等均未离开利用一次性能源的使用，能源消耗在无氧的环境下热分解污泥，并将分解后的污泥作为低热值燃料等的炭化物产品过程中，各种各样的炭化处理方法被采用，不可避免的形成了二氧化碳的增加及加剧了温室效应。

为了把污泥最终形成对环境无害的无机材料进行再生利用，需要在处理、处置过程中对含水率70％～95％污泥的水分进行脱水及干化，必须把污泥的含水率降至到20～30％，才能避免运输中形成二次污染及减低运输成本。

现有常见的污泥处理方法是利用机械式脱水机把污泥的含水率降至到75～80％(以下称脱水污泥)，然后把脱水污泥运至到污泥干燥、焚烧等设施进行最终的处置。

作为对脱水污泥进行加热干燥的方法，有采用一次性优质能源加热的，也有采用利用余热间接加热或利用生石灰发热剂加热等方法。其中利用生石灰和污泥搅拌时，生石灰与污泥中的水分所产生的化合反应热，直接与污泥接触加热并使脱水污泥中的水分蒸发的方法，是一种污泥处理成本较低的方法。

利用生石灰发热剂和水的反应热的干燥处理，为了促使生石灰与水的迅速反应。例如，在公开(公告)号CN1861532的发明专利《利用水泥回转窑处理城市污泥的方法和装置》中，采用双组分的发热剂添加在污泥中，使其液体成分蒸发固化。发热剂中以脱水铝强酸盐和非铝强酸盐为酸性组分，包括40-120重量份脱水铝强酸盐，10-50重量份脱水非铝强酸盐，向搅拌混合设备(反应器)中投入以生石灰为主发热剂，利用化学反应热使污泥中的水份使之蒸发。这种污泥处理方法，能连续性地大规模实施污泥的干燥处理，处理后成为增钙干化污泥渣。

利用生石灰发热剂和水的反应热对污泥进行干化处理，不需要从外部给予热能，同时，由于生石灰发热的反应污泥有酸性转化为碱性，氧化钙与水转化成氢氧化钙的过程中，氧化钙对污泥中的有机成分产生了离子交换作用和结晶作用，使得污泥中的臭气被消除。特别是在污水处理厂内进行干燥是对整个厂区及周边的空气质量和环境得到明显改善。

该工艺利用强碱、强酸及高温环境，破坏并分解了污泥中产生恶臭气体的有机物，使处理后的污泥臭味大大下降，消除在污泥处理及运输过程中散发的恶臭。

该工艺利用了石灰在化学与物理化学作用下，进行离子交换作用、碳酸化作用、结晶作用、灰结作用，随着时间的延长，混合料中的钙、镁含量要衰减，最终为零，灰土的干密度也要随之衰减，而灰土的强度随之增大的机理。引用《公路路基施工技术规范》中的监测分析方法、评价标准及分析结果：

增钙干化污泥渣，经7天饱水无侧限抗压强度及相关项目检验，结果如下：

国家建材行业水泥基材料科学重点实验室：对方庄污水处理厂所增钙干化的进行了易烧性试验，其检测结果表明污泥所含的化学成分及矿物组份均适宜用于制造建材产品及路基材料等用途。现将其检测结果列表如下：

  序号  监测  类型 监测分析 方法  内容  结果  1  易烧性  测试 游离钙测 试  测试样品进行1400度  烧成时，熟料中基本不  含游离钙  具有较佳易烧性  2  XRD测试 X衍射测试  对测试样品进行1300  度温度烧成熟料  氧化钙含量达40wt％高于普  通石灰石中氧化钙含量  3  岩相研  究  MgO、A矿、  B矿、C₃矿  分析 对测试样品进行1400 度至1450度燃烧  样品的合理烧成温度在  1400至1450度之间  4  热分析  测试  DTA-TG测  试 在480度附近均有一个 较大的吸热谷与失重  分析含有大量氢氧化钙

DTA---TG分析表明三个试样均含有大量氢氧化钙，具体表现为其在480℃附近均有一个较大的吸热谷与失重。

由于增钙干化污泥渣，在污水处理厂的前期干化时，按每吨含水率为80％的污泥，在干化处理时氧化钙的添加量为15-25％，当污泥渣的含水率降至10-20％时，污泥渣中的氢氧化钙的含量均≥30％以上，足以成为道路施工中所需氢氧化钙的替代品。但是目前增钙干化的污泥渣没有得到充分地利用，不仅对环境造成二次污染，还会为后续的处理付出大量的人力物力(如运输、填埋等费用)。

发明内容

本发明的目的就是提供一种对含水率70％～80％的脱水有机污泥干燥后，作为改良土直接用于道路施工的路基材料及替代环境修复施工中改良土。将其作为资源进行利用，避免了对环境造成二次污染，节省了后续处理的费用。

本发明的技术方案是：该增钙干化污泥渣含有粒径为5mm的颗粒状的比例≥80％；有机物含量≤10％；含水率10％～20％；氢氧化钙的含量30％以上，其特征在于，将所述的增钙干化污泥渣与水泥、碎石和水按照一定比例混合均匀构成混合料，该混合料的含水率为5％-20％；将该混合料作为公路路面的路基材料、垃圾填埋场的垫层土和覆盖土、土壤改良土、环境修复基础层铺设在相应的基础上；然后将铺设的混合料层压实。

作为所述的路基材料的混合材料的配方为：增钙污泥渣、水泥、碎石的重量份数分别为10-40、5-10、40-50，采用路拌法施工，拌合均匀后压实成型，压实度97％，7天齡期的抗压强度为1.248MPa。

作为所述的路基材料的混合材料的配方为：增钙污泥渣、水泥、高钙粉煤灰的重量份数分别为50-70、5-10、10-20；采用路拌法施工，拌合均匀后压实成型，压实度97％，3天齡期的抗压强度为1.6MPa。

作为所述的路基材料的混合材料的配方为：增钙污泥渣、水泥固化剂、碎石的重量份数分别为10-20、5-10、60-70；采用路拌法施工，拌合均匀后压实成型，压实度97％，7天齡期的抗压强度为1.223MPa。

作为所述的垃圾填埋场的垫层土和覆盖土的混合材料的配方为：污泥渣、建筑垃圾、碎石等的重量份数分别为70-80、5-10、60-70；拌合均匀后可直接摊铺、压实。

作为所述的土壤改良土和环境修复基础层的混合材料的配方为：污泥渣、建筑垃圾、碎石等的重量份数分别为70-80、5-10、60-70，；拌合均匀后可直接摊铺、压实。

本发明的有益效果是：增钙干化的污泥渣替代土方的无机材料，便于装载运输，可直接用作公路路面基层施工的路基材料、垃圾填埋场的垫层土、覆盖土及土壤改良、环境修复等的原材料之一。从而达到废弃物资源化再生利用过程中实现节能减排的目的，节省了自然资源的同时大幅度降低了废弃物处理、处置成本。

该技术方法为尽快解决城市污泥无害化处理及再利用，找到了一个简单、经济、安全、可靠的解决办法。并具有广泛的市场前景和较高的经济效益，为生态环境的保护与合理的资源整合创出一条新思路，为环保事业的可持续性发展解决了一个老大难的课题，确定最适合目前我国国情的污泥资源化处理、处置技术，将成为城市污泥无害化及资源化利用的最有效的技术手段之一。

具体实施方式

下面是三个利用增钙干化的污泥渣替代土方的无机混合料配方，作为公路路面的路基材料的实施例。

实施例1：

碎石(粒径25-35mm)∶增钙污泥渣∶水泥＝40-50∶10-40∶5-10(重量份数)；

采用路拌法施工，拌合均匀后在最佳含水量下压实成型，压实度97％，7天齡期的抗压强度为1.248MPa。，小试验的裂缝少于石灰煤渣土的对比段。

实施例2：

水泥∶粉煤灰(如燃煤的火力发电所产生飞灰)∶增钙污泥渣＝5-10∶10-20∶50-70(重量份数)；

采用路拌法施工，拌合均匀后在最佳含水量下压实成型，压实度97％，3天齡期的抗压强度为1.6MPa。

实施例3：

水泥∶增钙污泥渣∶碎石＝5-10∶10-20∶60-70(重量份数)

采用路拌法施工，拌合均匀后在最佳含水量下压实成型，压实度97％，7天齡期的抗压强度为1.223MP。

上述三项实施方案是针对道路施工中基层所需的无机料配置方法，对于道路底层的回填土中的素土(包括普通土和建筑渣土等)组分均可用污泥渣替换。

实施例4：

作为所述的垃圾填埋场的垫层土和覆盖土的混合材料的配方为：污泥渣、建筑垃圾、碎石等的重量份数分别为70-80、5-10、60-70，水的含量宜控制在上述材料总量的5％-10％；拌合均匀后可直接摊铺、压实。

实施例5：

作为所述的土壤改良土和环境修复基础层的混合材料的配方为：污泥渣、建筑垃圾、碎石等的重量份数分别为70-80、5-10、60-70；拌合均匀后可直接摊铺、压实。

上述各项实施方案中，混合料的含水率范围为5％～20％，在气候潮湿的南方与北方气候潮湿的季节含水率以10％以下为宜。合适的含水率以在压实过程中不与压实设备粘连、不软、易于压实及养护为原则。混合料的水含量来自增钙干化污泥，较高的含水量可以降低增钙污泥的处理成本，但可能导致超过混合料的含水率范围，影响其应用。

由于增钙干化污泥渣，在污水处理厂的前期干化时，按每吨含水率为80％的污泥，在干化处理时氧化钙的添加量为25％左右，当污泥渣的含水率降至10-20％时，污泥渣中的氢氧化钙的含量均≥30％以上，足以成为道路施工中所需氢氧化钙的替代品。

替代了道路施工必须使用的石灰石资源，在资源的各阶梯式使用的过程中，形成了城市有机污染废弃物的无害化处理的同时，实现了资源的循环利用。

由于污泥渣与石灰相似的成份，本身的自硬性能，可以与粉煤灰等工业废料混合作为路基填层.通过颗粒筛分、液塑限、击实试验、CBR试验及无侧限抗压强度试验测定获得适当的填料组分构成及污泥渣最佳(大)掺量的确定.常用固化剂均为针对沙粘土层设计，本发明中由于污泥渣经石灰法处理与粉煤灰等结合本身具较好自硬性能，可以减少压实次数及填层总厚度，带来的是施工成本的降低，资源的保护，施工便利.