一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法

摘要

本发明属于磷石膏固废物再生利用技术领域，具体的说是一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法，污泥固化剂由以下质量百分比的原料组成：磷石膏65.1％、生石灰14.2％、普通硅酸盐水泥(P.O42.5)14.2％、粉煤灰2％、吸附剂3％、矿化剂1％、速凝剂0.07％、减水剂0.07％、三乙醇胺0.36％；本发明的生产难度低，生产成本低，同时，制备得到的固化剂对污泥的固化效果好。

说明书

技术领域

本发明属于磷石膏固废物再生利用技术领域，具体的说是一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法。

背景技术

在许多的水利工程和土木工程如海洋、湖泊、河流的疏浚或城市地铁建设、基坑开挖等工程中会产生大量的淤泥，这些淤泥含水率高、粘粒含量高、强度极低，无法直接用作工程填土，通常采取抛泥处置。这种处置方法不仅会污染抛泥点周围的环境，同时也会占用大量的农田或渔塘。而在许多的土方工程如填海工程、堤防工程、道路工程中大量需要填方用土，大多通过陆地开采砂石而获得。从环境保护和土木工程可持续发展的需要等方面来看，通过向废弃的淤泥中加入污泥固化剂，使污泥固化并转化为土工再生资源进行利用是切实可行的方式。同时，考虑到生产、使用的成本，采用工业生产中大量产生的废料，如磷石膏、粉煤灰，作为固化剂的主要原料，生产制备出污泥固化剂，得到对污泥具有良好的固化效果、成本较低的污泥固化剂。但是，现有的污泥固化剂仍旧存在以下不足:

(1)现有的常规做法时在污泥中添加水泥、石灰等作为固化剂，普通水泥、石灰凝结硬化慢，它们在高水固比情况下将出现未凝结之前部分沉降，固化效果差，不利于污泥的后续处理；

(2)污泥固化剂在实际应用中因用量少、易于运输、施工方便、对土的适应性强等优点被广泛应用，但也存在固化后的土壤强度不同、耐久度差、抗渗透性低、抗水性能较差，固化后污泥内重金属渗出率超标等缺点。

另外，现有的对于粉末进行包膜的设备通常采用高速搅拌的方式将粉末与包膜剂混合并使之充分摩擦，使包膜剂附着到粉末颗粒表面上，但是在使用过程中，包膜设备通过搅拌的方式对粉末颗粒与包膜剂进行混合、摩擦、包膜时难以混合均匀，粉末颗粒的包膜效果较差，同时，包膜设备采用高速搅拌的方式进行包膜，维持长时间高速转动，能源消耗大。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，提升采用磷石膏固废物制备的污泥固化剂对污泥的固化效果，同时，提供一种包膜装置，提升制备固化剂的过程中，对固化剂中粉末组分的包膜效果，降低使用能耗，本发明提出一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂，由以下质量百分比的原料组成：磷石膏65.1％、生石灰14.2％、普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)14.2％、粉煤灰2％、吸附剂3％、矿化剂1％、速凝剂0.07％、减水剂0.07％、三乙醇胺0.36％；

所述磷石膏经过研磨后，呈粉体状态，且磷石膏在研磨前，经过高温煅烧处理；所述生石灰经过研磨处理，呈粉状；所述吸附剂为经过研磨得到的粉末状沸石；所述矿化剂为碳酸盐矿化菌与磷酸盐矿化均等比例混合得到的复合菌剂；所述矿化剂中使用的菌种采用选择性富集培养、平板分离的方法，从土壤中分离得到；所述磷石膏粉末、生石灰粉末、沸石粉末的平均粒径相等，且三者的平均粒径大于粉煤灰的平均粒径；

所述污泥固化剂由上述原料组分经充分混合后制得；

工作时，通过在污泥固化剂中使用磷石膏作为主要组分，能够有效的减少固化剂中的水泥的使用量，降低固化剂的生产成本，同时，在固化剂中添加生石灰，能够使生石灰与污泥中的水分发生反应，产生氢氧化钙，进而使氢氧化钙与污泥和磷石膏中的硅酸盐和铝酸盐等成分发生水化反应，生产各种固体的水化产物，从而使污泥固化，提升污泥的固化效果，同时，在使用过程中，通过使用普通硅酸盐水泥、速凝剂、减水剂、三乙醇胺的共同作用，在固化剂混入到污泥中后，快速完成对污泥的初步固化，避免在污泥中水固比较高的情况下，存在固化剂凝结速度相对较慢，导致固化剂出现部分沉降，降低固化剂对污泥的固化效果，并影响到工作人员对污泥的后续处理，同时，在使用过程中，通过在污泥固化剂中添加由碳酸盐矿化菌和磷酸盐矿化均组成的矿化剂，能够在污泥固化后较长时间内持续并加深污泥的固化效果，提升污泥固化较长时间后的无侧限抗压强度，提升固化后污泥的使用范围，同时，通过矿化剂的作用，将污泥中含有的重金属进行固定，保证固化后的污泥在进行资源化利用时，不会出现浸出液重金属污染的问题，保证使用固化污泥的场地的环境良好，不受污染，同时，在使用过程中，通过添加的沸石粉末作为吸附剂，在污泥固化的初期，对污泥中的重金属进行吸附、固定，避免在污泥固化的初期过程中，污泥中的重金属随渗出液一同排出，造成重金属污染，同时，通过在固化剂中加入粉煤灰，能够在固化剂混入到污泥中后，立刻吸收一部分污泥中的水分，降低污泥中的水固比，保证固化剂的正常使用，避免在污泥的含水量过高时，影响到固化剂的固化效果与延长固化剂的固化时间，导致固化剂存在部分沉降，或者固化剂受到污泥中过高水分的影响，出现异常聚集，导致混入到污泥中的固化剂出现分布不均的情况，影响到固化剂对污泥的固化效果。

一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂制备方法，所述制备方法适用于上述所述的一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂；所述制备方法包括以下步骤：

S1：将生灰石进行粉碎、研磨，得到生石灰粉末；同时，对磷石膏进行粉碎、研磨，并将研磨后得到的粉末投入到回转窑中进行高温煅烧，得到磷石膏粉末；

S2：在S1步骤的基础上依次将磷石膏粉末、生石灰粉末、粉煤灰、普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)、速凝剂、减水剂、三乙醇胺投入到搅拌釜中，进行充分搅拌，得到第一混合料；

S3：将矿化剂投入到扩增培养罐中，碳酸盐矿化菌与磷酸盐矿化菌进行种群数量上的扩增；扩增完毕后，将发酵罐中的菌液进行浓缩，得到浓缩菌液，之后将浓缩菌液使用石蜡进行包裹，制得包裹有浓缩菌液的微球，即矿化剂；所述包裹浓缩菌液的石蜡的熔点处于矿化剂中使用的菌种的适宜生长的温度范围内；

S4：配制适量的适用于矿化剂中使用的菌种吸收、利用的营养液，并取1/2的沸石粉末投入到营养液中，静置1h后，将沸石粉末从营养液中过滤出来并烘干，之后，将1/2的吸附有营养成分的沸石粉末与另外1/2的未吸收营养成分的沸石粉末进行混合，得到第二混合料；所述营养液中的营养成分主要为钙源和尿素；

S5：依次将第一混合料、第二混合料和矿化剂投入到搅拌釜中，并充分搅拌后，得到内部成分均匀分布的污泥固化剂；

工作时，使用石蜡对含有矿化剂菌种的浓缩菌液进行包裹，对菌种进行保存，保证菌种在混合到固化剂中后，菌种的保存环境能够相对稳定，避免菌种受到固化剂中的其他成分的影响，导致菌种存活率降低，进而影响到固化剂使用后菌种的繁殖和产生作用，同时，使用石蜡对矿化剂菌种进行包裹、固定，能够保证在固化剂的保存、运输过程中，菌种不会受到外界环境的影响，避免菌种接触到环境中的水汽，导致菌种意外活化，影响到固化剂使用时的作用效果，同时，在使用过程中，当固化剂中的生石灰与污泥中的水分接触时，生石灰与水反应产生热量，引起石蜡融化，从而将被石蜡包裹的浓缩菌液释放，使矿化剂菌种与污泥混合，进而使矿化剂菌种在污泥中开始繁殖，产生生物矿化效果，提升污泥的固化效果，并同步对污泥中的重金属离子进行固定，保证污泥固化后不会出现渗出液重金属污染的问题，同时，在使用过程中，通过沸石粉末对适用于矿化剂菌种吸收、利用的营养成分进行吸附、装载，能够保证在固化剂混入到污泥中，矿化剂菌种释放后，菌种生长繁殖初期容易吸收到充足的营养成分，快速扩充矿化剂菌种的种群数量，缩短矿化剂的生效时间，提升固化剂的作用效果，避免在固化剂使用后，矿化剂菌种繁殖初期不能得到足够营养，导致矿化剂菌种繁殖缓慢，矿化剂的作用效果不佳或矿化剂菌种灭亡，导致矿化剂失效，进而影响到固化剂的整体作用效果。

优选的，所述S4步骤中的1/2的未吸附营养成分的沸石粉末与1/2的吸附有营养成分的沸石粉末进行混合前，将该1/2的未吸附营养成分的沸石粉末投入到S3步骤中得到的浓缩菌液中，进行静置，得到1/2的吸附承载有矿化剂的沸石粉末；所述1/2的未吸附营养成分的沸石粉末静置时间为1h，静置完成后，采用过滤的方式将浓缩菌液中的沸石粉末分离出来；所述1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末从浓缩菌液中分离后，通过低温烘干的方式进行烘干；所述烘干后的1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末在工作人员手动将其扬起时，在空中呈粉尘状分布；所述1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末进行包膜处理，包膜材料为石蜡；

工作时，使用1/2的沸石粉末投入到浓缩菌液中，通过沸石粉末对浓缩菌液中的含有的菌种进行吸附、装载，之后，使用石蜡对吸附有菌种的沸石粉末进行包膜，从而有效的避免直接使用石蜡对浓缩菌液进行包裹，得到包裹有微量浓缩菌液液滴的石蜡颗粒，容易出现固化剂在保存、运输过程中，石蜡颗粒受到挤压，引起石蜡颗粒破裂，石蜡颗粒中包裹的微量浓缩菌液液滴泄漏，导致菌种与外界环境接触，影响到菌种的存活率，同时，由于石蜡颗粒中直接包裹微量的浓缩菌液液滴，容易存在菌种被包裹到石蜡颗粒中后，菌种仍旧在浓缩菌液液滴中进行生长繁殖一段时间，在该段时间中容易出现菌种之间的竞争现象，导致液滴中的菌种大量死亡，最终影响到固化剂混入到污泥中后，矿化剂菌种的作用效果以及延长矿化剂菌种发挥效果的时间，同时，使用沸石粉末对浓缩菌液中的菌种进行吸附、装载，便于后续使用石蜡进行包膜，同时，保证每一粒沸石粉末上吸附的菌种数量大致相同，进而保证在固化剂中矿化剂菌种的分布均匀，避免固化剂中的矿化剂菌种分布不均，引起固化剂使用后，污泥中不同区域固化效果不同的情况。

优选的，所述S1步骤中，在对生石灰进行粉碎、研磨得到粉末后，对粉末进行表面处理；所述粉末经过表面处理后，粉末的表面包覆有一层疏水剂，完成对粉末的表面改性，得到生石灰粉末；所述生石灰粉末经过表面改性后，生石灰粉末与水接触的速度受到控制，生石灰粉末与水接触后反应速度相对降低，反应中的热量释放速率趋于平缓；所述生石灰粉末进行表面处理后，在污泥固化剂使用过程中，生石灰粉末与水反应释放热量，产生的峰值温度不超过矿化剂中使用的菌种的适宜生长温度范围；所述峰值温度高于包裹浓缩菌液的石蜡的熔点；所述生石灰粉末表面的疏水剂为十八烷基三氯硅烷与聚四氟乙烯的混合物；

工作时，由于生石灰与水的反应较为剧烈，在生石灰粉末直接与水接触后，生石灰粉末与水的接触面积相对增加，反应速度加剧，短时间内释放大量的热量，导致固化剂混入到污泥中后，污泥的温度在短时间内快速上升，容易产生安全隐患，同时，生石灰粉末与水反应后，短时间内热量快速上升，极容易导致温度超过矿化剂菌种的温度耐受极限，引起固化剂中的矿化剂菌种大量死亡，从而使固化剂中的矿化剂的作用效果不佳或失效，导致固化剂对污泥的固化效果不能达到预期目标，同时，通过在生石灰粉末的表面包覆一层疏水剂，对生石灰粉末进行表面改性，有效的控制生石灰粉末与水分的接触面积与接触速度，进而延缓生石灰与水的反应速度，降低热量释放速度，保证混入固化剂的污泥的温度保持相对稳定，利于矿化剂菌种的生长繁殖，提高矿化剂的作用效果，同时，通过控制生石灰粉末与水的反应速度，延缓热量释放，能够保证在较长时间内混入固化剂的污泥的温度相对较高，有利与污泥中含有的水分的蒸发，加快污泥中的水分含量的降低，提高污泥的固化效果。

优选的，所述污泥固化剂制备步骤中使用包膜装置对生石灰粉末和1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末进行包膜处理；

所述包膜装置包括主体；所述主体内固定安装有隔板；所述隔板将主体内的空间分割为等大的两部分，分别为空间一与空间二；所述主体上方固定安装有上盖；所述上盖上固定安装有连通管；所述连通管将空间一与空间二连通；所述连通管的下端固定安装有分散板；所述分散板内部中空，且分散板的竖直侧面上均匀开设有通孔；所述连通管与分散板内部空间连通；所述分散板位于空间二内；所述主体的侧面上空间一对应的区域固定安装有出液管一；所述主体的侧面上空间二对应的区域固定安装有出液管二；所述出液管一与出液管二的形状相同，位于主体上的同一侧面上，且两者处于同一高度；所述主体的底面与水平面之间存在夹角；所述出液管一与空间一的连通处相对位置较低；所述主体的侧面上空间二对应的区域固定安装有进液管一；所述进液管一所在侧面与出液管二所在侧面相互对称，且进液管一的位于出液管二的上方；所述进液管一上存在竖直段，且竖直段的高度为D1；所述空间一中工作时存在有包膜液体，液体高度为D2；所述空间二中填充有冷却液体，液体高度为D3；所述D2＝D3，且D1﹥D2；所述分散板位于空间二中填充的冷却液体的液面下方；所述上盖上固定安装有出气管；所述出气管下端位于空间二中冷却液体的液面上方；所述主体的侧面上固定安装有包膜筒；

所述包膜筒包括外筒体和内筒体；所述外筒体的一端固定安装有封闭板；所述外筒体的另一端固定安装有安装板；所述外筒体上安装有封闭板的一端固定安装在主体的侧面上，且外筒体插入到空间一内；所述外筒体内靠近封闭板的一端固定安装有喷出板；所述喷出板与封闭板之间互不接触，两者之间的空间为覆膜空间；所述封闭板上固定安装有喷出管；所述喷出管连通覆膜空间与空间一；所述空间一上正对喷出管的侧面上固定安装有导流板；所述导流板通过固定架固连在空间一内的侧壁上；所述导流板与水平面之间存在夹角，且导流板的中间位置正对喷出管；所述内筒体固定安装在外筒体内，且两者的中心线相互重合；所述内筒体的两端分别固连在封闭板和安装板上；所述内筒体与外筒体之间互不接触；所述喷出板上位于内筒体外侧的区域上均匀开设有喷出孔；所述喷出板上正对内筒体的位置开设有连通孔；所述连通孔使内筒体内的空间与覆膜空间保持连通；所述连通孔正对喷出管，且连通孔的直径小于喷出管的内径；所述安装板上固定安装有进气管与进液管二；所述进气管与内筒体内的空间相互连通；所述外筒体内侧和内筒体外侧之间的空间与进液管二之间保持连通；

所述进液管一与出液管二连通至外置的循环冷却器中，对空间二中的冷却液体进行循环；所述循环冷却器中设置有过滤池，将进入到冷却液体中的包膜后的粉料分离出来；所述出气管连通至外置的空气过滤器中；所述进气管连通至外置的气泵，将待包膜的粉末随气体同步输送进入到内筒体中；所述进液管二与出液管一连通至外置的加热装置中，通过加热装置中的液泵将包膜液体从进液管二中输送进入到外筒体中，并从出液管一内收回到加热装置中；所述外置的加热装置中设置有过滤装置，将混入到包膜液体中的包膜后的粉料分离出来；

工作时，将待包膜的粉末通过外置的气泵随空气一同吹入到进气管中，通过进气管进入到内筒体中，之后，进入到内筒体中的粉末从连通孔处冲入到覆膜空间中，同时，在粉末进入到内筒体的过程中，外置的加热装置中加热的包膜液体通过液泵加压后进入到进液管二进入到外筒体与内筒体之间的空间中，之后，通过喷出孔喷入到覆膜空间中并充满覆膜空间，同时，由于连通孔正对喷出管，且连通孔的直径小于喷出管的直径，因此，从连通孔中冲入到覆膜空间中的粉末，在穿过充满覆膜空间的包膜液体后，呈直线进入到喷出管中，并从喷出管中喷出到空间一中，同时，在粉末从喷出管中喷出的同时，充满覆膜空间的包膜液体同样从喷出管中喷出到空间一中；在粉末穿过覆膜空间以及喷出管的过程中，粉末从包膜液体中通过，粉末表面粘附一层包膜液体，完成对粉末颗粒表面的包膜，同时，通过对粉末和包膜液体从喷出管中喷出速度的控制，使喷出管中喷出的液体呈抛物线，下坠到空间一的底面上，使喷出的粉末直接冲击到空间一上正对喷出管的侧壁上，完成对粉末与包膜液体的分离，同时，喷出的粉末受到导流板的引导，使粉末的运动方向发生改变，使粉末向着上盖的方向运动，进而通过连通管进入到空间二中，同时，通过喷出管喷出的包膜液体下落到空间一的底面上后，在主体的倾斜底面的作用下，汇聚到出液管一与空间一的连接处，并从出液管一处循环回到外置的加热装置中，避免包膜液体流失，重新对包膜液体进行回收利用，同时，在使用过程中，通过导流板的作用，保证大部分的冲击到导流板上的粉末改变方向，朝向连通管，并从连通管中进入到空间二中，同时，通过出液管一的竖直部分，保证从喷出管中喷出的包膜液体落入到空间一中后，在空间一中保证一定高度的包膜液体的存在，避免空间一中存在的包膜液体不能将出液管一与空间一的连通处浸没，导致进入到空间一内的粉末从出液管一中排出，造成出液管一堵塞以及粉末额外损耗，同时，在粉末通过连通管进入到空间二中后，粉末通过连通管进入到分散板中，并从分散板上的通孔处喷入到空间二中填充的冷却液体中，通过冷却液体对粉末颗粒表面的包膜进行冷却、固化，保证包膜与粉末之间的结合紧密，同时，避免在包膜未完全冷却、固化前，将粉末聚拢，导致粉末之间出现粘结或粉末表面包膜脱落的情况出现，同时，通过进液管一与出液管二对空间二中的冷却液体进行循环，从而完成对落入到冷却液体中的粉末的收集，避免空间二中的粉末积聚过多，影响到包膜装置的正常运行；通过在包膜装置中使用气流带动粉末从包膜液体中穿过，完成对粉末表面的包膜，能够保证粉末表面包膜的均匀性，通过带动粉末运动的气流的作用，使粉末保持相对运动，避免粉末在包膜过程中出现团聚，影响到粉末包膜效果，同时，通过气流带动粉末穿过包膜液体，能够避免常见的搅拌式包膜设备在对粉末类物料进行包膜时存在的包膜不均匀、物料团聚、物料表面膜层厚薄不均的问题，同时，避开使用常见的回转式包膜机体积相对较大，不易安装，使用能耗高的问题。

优选的，所述外筒体的内壁上固定安装有螺旋板二；所述螺旋板二与内筒体之间互不接触；所述喷出板上正对内筒体的区域开设的连通孔内固定安装有螺旋板一；所述喷出管的内壁上固定安装有螺旋板三；所述螺旋板一与螺旋板三的螺旋方向相反；所述喷出板上的喷出孔1的中心线与喷出板位于覆膜空间内的平面之间存在夹角；所述喷出板上的喷出孔1的中心线均指向连通孔的中心线；

工作时，在包膜液体送入到外筒体中后，包膜液体在外筒体中运动时，受到外筒体内的螺旋板二的影响，使包膜液体在外筒体内螺旋前进，相对延长包膜液体在外筒体内的运动、停留时间，从而使温度较高的包膜液体对位于外筒体内的内筒体进行加热，提升通过内筒体的粉末的温度，从而提高粉末在覆膜空间内与包膜液体之间的接触性，避免粉末与包膜液体之间存在较大温度差，导致粉末在覆膜空间内接触到包膜液体后，包膜液体在粉末上局部凝结，引起粉末颗粒表面的包膜厚度不一，影响到包膜效果，同时，在粉末与包膜液体之间的温度差较大时，包膜液体在粉末表面的凝结速度相对加快，缩短包膜液体在粉末表面渗透时间，降低粉末颗粒与其表面包膜之间的结合紧密性，容易引起粉末颗粒表面的包膜破损、脱落，影响到粉末的包膜效果，同时，在连通孔中设置螺旋板三，使粉末在离开连通孔时产生旋转，促进进入到覆膜空间内的粉末与包膜液体之间接触的可能性，保证粉末表面包膜的效果，同时，在喷出管内设置的螺旋板一，使通过喷出管喷出的包膜液体在喷出管内产生旋转，同时，由于螺旋板一与螺旋板三之间的旋转方向相反，因此，在喷出管中，包膜液体与粉末之间的旋转方向相反，进一步促进粉末与包膜液体之间的接触，避免粉末中存在未完成包膜的部分，影响到粉末包膜的效果。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法，通过使用作为工业固废物的磷石膏作为主要组分，同时添加普通硅酸盐水泥、生石灰、速凝剂、矿化剂等作为辅料，制备得到的固化剂生产成本低，使用方便，对于污泥的固化效果好，提升污泥的28d无侧限抗压强度，同时，提高污泥中的重金属的固定效果，避免污泥固化后资源化利用时，固化污泥出现渗出液重金属超标的问题。

2.本发明所述一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂及制备方法，通过设置外筒体、内筒体、喷出板、喷出孔、螺旋板一、螺旋板三，使粉末在气流带动下穿入包膜液体中，同时，在螺旋板一与螺旋板二的作用下，提升粉末与包膜液体之间的接触充分程度，提升两者之间相互接触的效果，完成对粉末的包膜处理，提升粉末包膜后的膜层与粉末的结合紧密性，提高粉末包膜效果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的包膜装置的结构示意图；

图2是图1中A处局部放大图；

图3是图1中B处局部放大图；

图4是图1中C处局部放大图；

图5是本发明的方法流程图；

图中：主体1、空间一11、出液管一111、底面112、空间二12、出液管二121、进液管一122、隔板13、上盖14、包膜筒2、外筒体21、进液管二211、安装板212、内筒体22、进气管221、螺旋板一222、螺旋板二23、喷出板24、喷出孔241、封闭板25、喷出管251、螺旋板三252、导流板3、固定架31、连通管4、分散板41、通孔411、出气管5。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图5所示，本发明所述一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂，由以下质量百分比的原料组成：磷石膏65.1％、生石灰14.2％、普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)14.2％、粉煤灰2％、吸附剂3％、矿化剂1％、速凝剂0.07％、减水剂0.07％、三乙醇胺0.36％；

所述磷石膏经过研磨后，呈粉体状态，且磷石膏在研磨前，经过高温煅烧处理；所述生石灰经过研磨处理，呈粉状；所述吸附剂为经过研磨得到的粉末状沸石；所述矿化剂为碳酸盐矿化菌与磷酸盐矿化均等比例混合得到的复合菌剂；所述矿化剂中使用的菌种采用选择性富集培养、平板分离的方法，从土壤中分离得到；所述磷石膏粉末、生石灰粉末、沸石粉末的平均粒径相等，且三者的平均粒径大于粉煤灰的平均粒径；

所述污泥固化剂由上述原料组分经充分混合后制得；

工作时，通过在污泥固化剂中使用磷石膏作为主要组分，能够有效的减少固化剂中的水泥的使用量，降低固化剂的生产成本，同时，在固化剂中添加生石灰，能够使生石灰与污泥中的水分发生反应，产生氢氧化钙，进而使氢氧化钙与污泥和磷石膏中的硅酸盐和铝酸盐等成分发生水化反应，生产各种固体的水化产物，从而使污泥固化，提升污泥的固化效果，同时，在使用过程中，通过使用普通硅酸盐水泥、速凝剂、减水剂、三乙醇胺的共同作用，在固化剂混入到污泥中后，快速完成对污泥的初步固化，避免在污泥中水固比较高的情况下，存在固化剂凝结速度相对较慢，导致固化剂出现部分沉降，降低固化剂对污泥的固化效果，并影响到工作人员对污泥的后续处理，同时，在使用过程中，通过在污泥固化剂中添加由碳酸盐矿化菌和磷酸盐矿化均组成的矿化剂，能够在污泥固化后较长时间内持续并加深污泥的固化效果，提升污泥固化较长时间后的无侧限抗压强度，提升固化后污泥的使用范围，同时，通过矿化剂的作用，将污泥中含有的重金属进行固定，保证固化后的污泥在进行资源化利用时，不会出现浸出液重金属污染的问题，保证使用固化污泥的场地的环境良好，不受污染，同时，在使用过程中，通过添加的沸石粉末作为吸附剂，在污泥固化的初期，对污泥中的重金属进行吸附、固定，避免在污泥固化的初期过程中，污泥中的重金属随渗出液一同排出，造成重金属污染，同时，通过在固化剂中加入粉煤灰，能够在固化剂混入到污泥中后，立刻吸收一部分污泥中的水分，降低污泥中的水固比，保证固化剂的正常使用，避免在污泥的含水量过高时，影响到固化剂的固化效果与延长固化剂的固化时间，导致固化剂存在部分沉降，或者固化剂受到污泥中过高水分的影响，出现异常聚集，导致混入到污泥中的固化剂出现分布不均的情况，影响到固化剂对污泥的固化效果。

一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂制备方法，所述制备方法适用于上述所述的一种磷石膏固废物制取新型高效污泥固化剂；所述制备方法包括以下步骤：

S1：将生灰石进行粉碎、研磨，得到生石灰粉末；同时，对磷石膏进行粉碎、研磨，并将研磨后得到的粉末投入到回转窑中进行高温煅烧，得到磷石膏粉末；

S2：在S1步骤的基础上依次将磷石膏粉末、生石灰粉末、粉煤灰、普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)、速凝剂、减水剂、三乙醇胺投入到搅拌釜中，进行充分搅拌，得到第一混合料；

S3：将矿化剂投入到扩增培养罐中，碳酸盐矿化菌与磷酸盐矿化菌进行种群数量上的扩增；扩增完毕后，将发酵罐中的菌液进行浓缩，得到浓缩菌液，之后将浓缩菌液使用石蜡进行包裹，制得包裹有浓缩菌液的微球，即矿化剂；所述包裹浓缩菌液的石蜡的熔点处于矿化剂中使用的菌种的适宜生长的温度范围内；

S4：配制适量的适用于矿化剂中使用的菌种吸收、利用的营养液，并取1/2的沸石粉末投入到营养液中，静置1h后，将沸石粉末从营养液中过滤出来并烘干，之后，将1/2的吸附有营养成分的沸石粉末与另外1/2的未吸收营养成分的沸石粉末进行混合，得到第二混合料；所述营养液中的营养成分主要为钙源和尿素；

S5：依次将第一混合料、第二混合料和矿化剂投入到搅拌釜中，并充分搅拌后，得到内部成分均匀分布的污泥固化剂；

工作时，使用石蜡对含有矿化剂菌种的浓缩菌液进行包裹，对菌种进行保存，保证菌种在混合到固化剂中后，菌种的保存环境能够相对稳定，避免菌种受到固化剂中的其他成分的影响，导致菌种存活率降低，进而影响到固化剂使用后菌种的繁殖和产生作用，同时，使用石蜡对矿化剂菌种进行包裹、固定，能够保证在固化剂的保存、运输过程中，菌种不会受到外界环境的影响，避免菌种接触到环境中的水汽，导致菌种意外活化，影响到固化剂使用时的作用效果，同时，在使用过程中，当固化剂中的生石灰与污泥中的水分接触时，生石灰与水反应产生热量，引起石蜡融化，从而将被石蜡包裹的浓缩菌液释放，使矿化剂菌种与污泥混合，进而使矿化剂菌种在污泥中开始繁殖，产生生物矿化效果，提升污泥的固化效果，并同步对污泥中的重金属离子进行固定，保证污泥固化后不会出现渗出液重金属污染的问题，同时，在使用过程中，通过沸石粉末对适用于矿化剂菌种吸收、利用的营养成分进行吸附、装载，能够保证在固化剂混入到污泥中，矿化剂菌种释放后，菌种生长繁殖初期容易吸收到充足的营养成分，快速扩充矿化剂菌种的种群数量，缩短矿化剂的生效时间，提升固化剂的作用效果，避免在固化剂使用后，矿化剂菌种繁殖初期不能得到足够营养，导致矿化剂菌种繁殖缓慢，矿化剂的作用效果不佳或矿化剂菌种灭亡，导致矿化剂失效，进而影响到固化剂的整体作用效果。

作为本发明一种实施方式，所述S4步骤中的1/2的未吸附营养成分的沸石粉末与1/2的吸附有营养成分的沸石粉末进行混合前，将该1/2的未吸附营养成分的沸石粉末投入到S3步骤中得到的浓缩菌液中，进行静置，得到1/2的吸附承载有矿化剂的沸石粉末；所述1/2的未吸附营养成分的沸石粉末静置时间为1h，静置完成后，采用过滤的方式将浓缩菌液中的沸石粉末分离出来；所述1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末从浓缩菌液中分离后，通过低温烘干的方式进行烘干；所述烘干后的1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末在工作人员手动将其扬起时，在空中呈粉尘状分布；所述1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末进行包膜处理，包膜材料为石蜡；

工作时，使用1/2的沸石粉末投入到浓缩菌液中，通过沸石粉末对浓缩菌液中的含有的菌种进行吸附、装载，之后，使用石蜡对吸附有菌种的沸石粉末进行包膜，从而有效的避免直接使用石蜡对浓缩菌液进行包裹，得到包裹有微量浓缩菌液液滴的石蜡颗粒，容易出现固化剂在保存、运输过程中，石蜡颗粒受到挤压，引起石蜡颗粒破裂，石蜡颗粒中包裹的微量浓缩菌液液滴泄漏，导致菌种与外界环境接触，影响到菌种的存活率，同时，由于石蜡颗粒中直接包裹微量的浓缩菌液液滴，容易存在菌种被包裹到石蜡颗粒中后，菌种仍旧在浓缩菌液液滴中进行生长繁殖一段时间，在该段时间中容易出现菌种之间的竞争现象，导致液滴中的菌种大量死亡，最终影响到固化剂混入到污泥中后，矿化剂菌种的作用效果以及延长矿化剂菌种发挥效果的时间，同时，使用沸石粉末对浓缩菌液中的菌种进行吸附、装载，便于后续使用石蜡进行包膜，同时，保证每一粒沸石粉末上吸附的菌种数量大致相同，进而保证在固化剂中矿化剂菌种的分布均匀，避免固化剂中的矿化剂菌种分布不均，引起固化剂使用后，污泥中不同区域固化效果不同的情况。

作为本发明一种实施方式，所述S1步骤中，在对生石灰进行粉碎、研磨得到粉末后，对粉末进行表面处理；所述粉末经过表面处理后，粉末的表面包覆有一层疏水剂，完成对粉末的表面改性，得到生石灰粉末；所述生石灰粉末经过表面改性后，生石灰粉末与水接触的速度受到控制，生石灰粉末与水接触后反应速度相对降低，反应中的热量释放速率趋于平缓；所述生石灰粉末进行表面处理后，在污泥固化剂使用过程中，生石灰粉末与水反应释放热量，产生的峰值温度不超过矿化剂中使用的菌种的适宜生长温度范围；所述峰值温度高于包裹浓缩菌液的石蜡的熔点；所述生石灰粉末表面的疏水剂为十八烷基三氯硅烷与聚四氟乙烯的混合物；

工作时，由于生石灰与水的反应较为剧烈，在生石灰粉末直接与水接触后，生石灰粉末与水的接触面积相对增加，反应速度加剧，短时间内释放大量的热量，导致固化剂混入到污泥中后，污泥的温度在短时间内快速上升，容易产生安全隐患，同时，生石灰粉末与水反应后，短时间内热量快速上升，极容易导致温度超过矿化剂菌种的温度耐受极限，引起固化剂中的矿化剂菌种大量死亡，从而使固化剂中的矿化剂的作用效果不佳或失效，导致固化剂对污泥的固化效果不能达到预期目标，同时，通过在生石灰粉末的表面包覆一层疏水剂，对生石灰粉末进行表面改性，有效的控制生石灰粉末与水分的接触面积与接触速度，进而延缓生石灰与水的反应速度，降低热量释放速度，保证混入固化剂的污泥的温度保持相对稳定，利于矿化剂菌种的生长繁殖，提高矿化剂的作用效果，同时，通过控制生石灰粉末与水的反应速度，延缓热量释放，能够保证在较长时间内混入固化剂的污泥的温度相对较高，有利与污泥中含有的水分的蒸发，加快污泥中的水分含量的降低，提高污泥的固化效果。

作为本发明一种实施方式，所述污泥固化剂制备步骤中使用包膜装置对生石灰粉末和1/2的吸附有矿化剂的沸石粉末进行包膜处理；

所述包膜装置包括主体1；所述主体1内固定安装有隔板13；所述隔板13将主体1内的空间分割为等大的两部分，分别为空间一11与空间二12；所述主体1上方固定安装有上盖14；所述上盖14上固定安装有连通管4；所述连通管4将空间一11与空间二12连通；所述连通管4的下端固定安装有分散板41；所述分散板41内部中空，且分散板41的竖直侧面上均匀开设有通孔411；所述连通管4与分散板41内部空间连通；所述分散板41位于空间二12内；所述主体1的侧面上空间一11对应的区域固定安装有出液管一111；所述主体1的侧面上空间二12对应的区域固定安装有出液管二121；所述出液管一111与出液管二121的形状相同，位于主体1上的同一侧面上，且两者处于同一高度；所述主体1的底面112与水平面之间存在夹角；所述出液管一111与空间一11的连通处相对位置较低；所述主体1的侧面上空间二12对应的区域固定安装有进液管一122；所述进液管一122所在侧面与出液管二121所在侧面相互对称，且进液管一122的位于出液管二121的上方；所述进液管一122上存在竖直段，且竖直段的高度为D1；所述空间一11中工作时存在有包膜液体，液体高度为D2；所述空间二12中填充有冷却液体，液体高度为D3；所述D2＝D3，且D1﹥D2；所述分散板41位于空间二12中填充的冷却液体的液面下方；所述上盖14上固定安装有出气管5；所述出气管5下端位于空间二12中冷却液体的液面上方；所述主体1的侧面上固定安装有包膜筒2；

所述包膜筒2包括外筒体21和内筒体22；所述外筒体21的一端固定安装有封闭板25；所述外筒体21的另一端固定安装有安装板212；所述外筒体21上安装有封闭板25的一端固定安装在主体1的侧面上，且外筒体21插入到空间一11内；所述外筒体21内靠近封闭板25的一端固定安装有喷出板24；所述喷出板24与封闭板25之间互不接触，两者之间的空间为覆膜空间；所述封闭板25上固定安装有喷出管251；所述喷出管251连通覆膜空间与空间一11；所述空间一11上正对喷出管251的侧面上固定安装有导流板3；所述导流板3通过固定架31固连在空间一11内的侧壁上；所述导流板3与水平面之间存在夹角，且导流板3的中间位置正对喷出管251；所述内筒体22固定安装在外筒体21内，且两者的中心线相互重合；所述内筒体22的两端分别固连在封闭板25和安装板212上；所述内筒体22与外筒体21之间互不接触；所述喷出板24上位于内筒体22外侧的区域上均匀开设有喷出孔241；所述喷出板24上正对内筒体22的位置开设有连通孔；所述连通孔使内筒体22内的空间与覆膜空间保持连通；所述连通孔正对喷出管251，且连通孔的直径小于喷出管251的内径；所述安装板212上固定安装有进气管221与进液管二211；所述进气管221与内筒体22内的空间相互连通；所述外筒体21内侧和内筒体22外侧之间的空间与进液管二211之间保持连通；

所述进液管一122与出液管二121连通至外置的循环冷却器中，对空间二12中的冷却液体进行循环；所述循环冷却器中设置有过滤池，将进入到冷却液体中的包膜后的粉料分离出来；所述出气管5连通至外置的空气过滤器中；所述进气管221连通至外置的气泵，将待包膜的粉末随气体同步输送进入到内筒体22中；所述进液管二211与出液管一111连通至外置的加热装置中，通过加热装置中的液泵将包膜液体从进液管二211中输送进入到外筒体21中，并从出液管一111内收回到加热装置中；所述外置的加热装置中设置有过滤装置，将混入到包膜液体中的包膜后的粉料分离出来；

工作时，将待包膜的粉末通过外置的气泵随空气一同吹入到进气管221中，通过进气管221进入到内筒体22中，之后，进入到内筒体22中的粉末从连通孔处冲入到覆膜空间中，同时，在粉末进入到内筒体22的过程中，外置的加热装置中加热的包膜液体通过液泵加压后进入到进液管二211进入到外筒体21与内筒体22之间的空间中，之后，通过喷出孔241喷入到覆膜空间中并充满覆膜空间，同时，由于连通孔正对喷出管251，且连通孔的直径小于喷出管251的直径，因此，从连通孔中冲入到覆膜空间中的粉末，在穿过充满覆膜空间的包膜液体后，呈直线进入到喷出管251中，并从喷出管251中喷出到空间一11中，同时，在粉末从喷出管251中喷出的同时，充满覆膜空间的包膜液体同样从喷出管251中喷出到空间一11中；在粉末穿过覆膜空间以及喷出管251的过程中，粉末从包膜液体中通过，粉末表面粘附一层包膜液体，完成对粉末颗粒表面的包膜，同时，通过对粉末和包膜液体从喷出管251中喷出速度的控制，使喷出管251中喷出的液体呈抛物线，下坠到空间一11的底面112上，使喷出的粉末直接冲击到空间一11上正对喷出管251的侧壁上，完成对粉末与包膜液体的分离，同时，喷出的粉末受到导流板3的引导，使粉末的运动方向发生改变，使粉末向着上盖14的方向运动，进而通过连通管4进入到空间二12中，同时，通过喷出管251喷出的包膜液体下落到空间一11的底面112上后，在主体1的倾斜底面112的作用下，汇聚到出液管一111与空间一11的连接处，并从出液管一111处循环回到外置的加热装置中，避免包膜液体流失，重新对包膜液体进行回收利用，同时，在使用过程中，通过导流板3的作用，保证大部分的冲击到导流板3上的粉末改变方向，朝向连通管4，并从连通管4中进入到空间二12中，同时，通过出液管一111的竖直部分，保证从喷出管251中喷出的包膜液体落入到空间一11中后，在空间一11中保证一定高度的包膜液体的存在，避免空间一11中存在的包膜液体不能将出液管一111与空间一11的连通处浸没，导致进入到空间一11内的粉末从出液管一111中排出，造成出液管一111堵塞以及粉末额外损耗，同时，在粉末通过连通管4进入到空间二12中后，粉末通过连通管4进入到分散板41中，并从分散板41上的通孔411处喷入到空间二12中填充的冷却液体中，通过冷却液体对粉末颗粒表面的包膜进行冷却、固化，保证包膜与粉末之间的结合紧密，同时，避免在包膜未完全冷却、固化前，将粉末聚拢，导致粉末之间出现粘结或粉末表面包膜脱落的情况出现，同时，通过进液管一122与出液管二121对空间二12中的冷却液体进行循环，从而完成对落入到冷却液体中的粉末的收集，避免空间二12中的粉末积聚过多，影响到包膜装置的正常运行；通过在包膜装置中使用气流带动粉末从包膜液体中穿过，完成对粉末表面的包膜，能够保证粉末表面包膜的均匀性，通过带动粉末运动的气流的作用，使粉末保持相对运动，避免粉末在包膜过程中出现团聚，影响到粉末包膜效果，同时，通过气流带动粉末穿过包膜液体，能够避免常见的搅拌式包膜设备在对粉末类物料进行包膜时存在的包膜不均匀、物料团聚、物料表面膜层厚薄不均的问题，同时，避开使用常见的回转式包膜机体积相对较大，不易安装，使用能耗高的问题。

作为本发明一种实施方式，所述外筒体21的内壁上固定安装有螺旋板二23；所述螺旋板二23与内筒体22之间互不接触；所述喷出板24上正对内筒体22的区域开设的连通孔内固定安装有螺旋板一222；所述喷出管251的内壁上固定安装有螺旋板三252；所述螺旋板一222与螺旋板三252的螺旋方向相反；所述喷出板24上的喷出孔241的中心线与喷出板24位于覆膜空间内的平面之间存在夹角；所述喷出板24上的喷出孔241的中心线均指向连通孔的中心线；

工作时，在包膜液体送入到外筒体21中后，包膜液体在外筒体21中运动时，受到外筒体21内的螺旋板二23的影响，使包膜液体在外筒体21内螺旋前进，相对延长包膜液体在外筒体21内的运动、停留时间，从而使温度较高的包膜液体对位于外筒体21内的内筒体22进行加热，提升通过内筒体22的粉末的温度，从而提高粉末在覆膜空间内与包膜液体之间的接触性，避免粉末与包膜液体之间存在较大温度差，导致粉末在覆膜空间内接触到包膜液体后，包膜液体在粉末上局部凝结，引起粉末颗粒表面的包膜厚度不一，影响到包膜效果，同时，在粉末与包膜液体之间的温度差较大时，包膜液体在粉末表面的凝结速度相对加快，缩短包膜液体在粉末表面渗透时间，降低粉末颗粒与其表面包膜之间的结合紧密性，容易引起粉末颗粒表面的包膜破损、脱落，影响到粉末的包膜效果，同时，在连通孔中设置螺旋板三252，使粉末在离开连通孔时产生旋转，促进进入到覆膜空间内的粉末与包膜液体之间接触的可能性，保证粉末表面包膜的效果，同时，在喷出管251内设置的螺旋板一222，使通过喷出管251喷出的包膜液体在喷出管251内产生旋转，同时，由于螺旋板一222与螺旋板三252之间的旋转方向相反，因此，在喷出管251中，包膜液体与粉末之间的旋转方向相反，进一步促进粉末与包膜液体之间的接触，避免粉末中存在未完成包膜的部分，影响到粉末包膜的效果。

具体工作流程如下：

工作时，将待包膜的粉末通过外置的气泵随空气一同吹入到进气管221中，通过进气管221进入到内筒体22中，之后，进入到内筒体22中的粉末从连通孔处冲入到覆膜空间中，同时，在粉末进入到内筒体22的过程中，外置的加热装置中加热的包膜液体通过液泵加压后进入到进液管二211进入到外筒体21与内筒体22之间的空间中，之后，通过喷出孔241喷入到覆膜空间中并充满覆膜空间，同时，由于连通孔正对喷出管251，且连通孔的直径小于喷出管251的直径，因此，从连通孔中冲入到覆膜空间中的粉末，在穿过充满覆膜空间的包膜液体后，呈直线进入到喷出管251中，并从喷出管251中喷出到空间一11中，同时，在粉末从喷出管251中喷出的同时，充满覆膜空间的包膜液体同样从喷出管251中喷出到空间一11中；在粉末穿过覆膜空间以及喷出管251的过程中，粉末从包膜液体中通过，粉末表面粘附一层包膜液体，完成对粉末颗粒表面的包膜，同时，通过对粉末和包膜液体从喷出管251中喷出速度的控制，使喷出管251中喷出的液体呈抛物线，下坠到空间一11的底面112上，使喷出的粉末直接冲击到空间一11上正对喷出管251的侧壁上，同时，喷出的粉末受到导流板3的引导，使粉末的运动方向发生改变，使粉末向着上盖14的方向运动，进而通过连通管4进入到空间二12中，同时，通过喷出管251喷出的包膜液体下落到空间一11的底面112上后，在主体1的倾斜底面112的作用下，汇聚到出液管一111与空间一11的连接处，并从出液管一111处循环回到外置的加热装置中，同时，在使用过程中，通过导流板3的作用，保证大部分的冲击到导流板3上的粉末改变方向，朝向连通管4，并从连通管4中进入到空间二12中，同时，在粉末通过连通管4进入到空间二12中后，粉末通过连通管4进入到分散板41中，并从分散板41上的通孔411处喷入到空间二12中填充的冷却液体中，同时，通过进液管一122与出液管二121对空间二12中的冷却液体进行循环，从而完成对落入到冷却液体中的粉末的收集；在包膜液体送入到外筒体21中后，包膜液体在外筒体21中运动时，受到外筒体21内的螺旋板二23的影响，使包膜液体在外筒体21内螺旋前进，延长包膜液体在外筒体21内的运动、停留时间，对位于外筒体21内的内筒体22进行加热，提升通过内筒体22的粉末的温度，同时，在连通孔中设置螺旋板三252，使粉末在离开连通孔时产生旋转，促进进入到覆膜空间内的粉末与包膜液体之间接触同时，在喷出管251内设置的螺旋板一222，使通过喷出管251喷出的包膜液体在喷出管251内产生旋转，同时，由于螺旋板一222与螺旋板三252之间的旋转方向相反，因此，在喷出管251中，包膜液体与粉末之间的旋转方向相反，进一步促进粉末与包膜液体之间的接触。

为验证本发明中制备的污泥固化剂对污泥的实际固化效果，现作出以下实验。

实验一：选取等量的市售的普通污泥固化剂与本发明污泥固化剂，将两种固化剂分别均匀混入到等量的相同地点取得的淤泥中，对固化后的污泥进行气硬性检测，检测结果如表1所示：

表1

由实验结果可知：本发明的污泥固化剂对污泥的固化效果更佳，同时，本发明的污泥固化剂对与污泥的固化效果随时间增加缓慢提升，而市售的污泥固化剂在短时间内达到一定固化强度后，后续固化强度几乎不再增加。

实验二：取用适量的用于制备本发明的污泥固化剂的原材料，将原材料分为等量的两组；选取其中一份原材料按照本发明记载的制备方法进行生产、处理，得到成品的污泥固化剂，作为样品一；选取另一份原材料按照本发明记载的制备方法进行生产、处理，但在生产过程中采用市售的普通包膜机替代本发明记载的制备方法中使用的包膜装置，对粉末进行处理，得到成品的污泥固化剂，作为样品二；在同等条件下，对样品一与样品二进行气硬性检测，检测结果如表2所示：

由实验结果可知：在本发明污泥固化剂生产制备过程中采用包膜装置取代市售的普通包膜剂对制备过程中的粉末原料进行包膜处理，能够在一定程度上提升本发明污泥固化剂对污泥的固化效果，提升污泥固化后的固化强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。