一种市政脱水污泥固化工艺

1.本发明涉及污泥处理，属于环境保护领域，具体涉及一种市政脱水污泥固化工艺。


背景技术：

2.近年来，城镇化发展迅速，污水处理厂普及程度高，污水治理效果和处理量明显提升，但其产生的副产物污泥却一直不够受重视，导致大量污泥堆积。污泥成分非常复杂，由一些有机物，致病微生物，重金属组成。具有含水率高，气味恶臭，有机质含量高，有毒有害物质多的特点。因此当污泥未得到及时处理，势必会对土壤，大气，水源以及人体健康产生重大影响。
3.目前污泥的处理处置方式主要有卫生填埋，土地利用，焚烧，建材利用等等。卫生填埋处理成本低，方法简单，但对场地需求较大，并且污泥含水率高，有毒有害物质多，填埋时影响污泥土工性质，不利于碾压填埋。土地利用是因为市政污泥中含有丰富的营养元素和有机质，有利于植物的生长，加入土壤改良剂将其满足农用标准，可使资源得到充分利用。其限制原因是它容易富集重金属，并且气味大，当作为农用时，则可能进入人体，危害人体健康。焚烧是污泥处理最彻底的方法，能够将污泥体积直接减至原体积10%，并且焚烧渣性质稳定，无臭味和致病菌。但其一次性投资成本高、排放尾气中存在致癌物质的风险。建材利用主要通过污泥制砖，作为水泥的原料等，但由于成本较高，目前仍处于小规模实施阶段。考虑到卫生填埋具有投资少，处理量大，见效快的特点，因此填埋仍旧是现阶段最实用的污泥处置方式。然而，污泥填埋要求污泥具有一定的强度，抗剪强度≥25kpa或无侧限抗压强度≥50kpa，含水率≤60%，并且重金属达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（gbt 23485-2009）的泥质标准。因此引入固化稳定化技术。
4.固化稳定化技术可以改善污泥的土工性质，稳定重金属的浸出，降低含水率，以便于后期的填埋。常用的固化剂有普通硅酸盐水泥，石灰，粉煤灰等等，成本低廉，材料易得。其中水泥固化被称为处理有毒有害废弃物的最佳技术，因此水泥基固化剂使用最多最广。水泥的固化稳定化原理是通过和污泥中的自由水反应，生成提供强度来源的无定形水合硅酸钙，氢氧化钙，以及钙矾石等，从而将污泥进行封装，包裹，以及钝化，最终达到固化稳定化的目的。
5.但目前水泥基固化存在的问题是固化剂添加量太多，增加填埋体积；污泥中的高含水率和高有机质量，影响水泥水化反应；固化达到一定强度的时间较长，使得占地面积大。针对上述问题，发明了以下新型的脱水污泥固化工艺。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种市政脱水污泥固化工艺。该工艺方法利用酶解，高铁酸钾氧化作为污泥的预处理，破坏污泥中有机质结构并释放部分结合水，从而改善后续的水化反应，结合少量的水泥对其固化，提高污泥的强度和缩短养护周期。
7.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种市政脱水污泥固化工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）预处理分解污泥有机质:先将1%～5%酶和0.1%～3%络合剂加入到污泥中进行酶解处理，将污泥中有机质大分子分解为小分子，如挥发性脂肪酸之类的有机质大分子，并释放出部分结合水，再用1%～10%高铁酸钾氧化处理，进一步减少有机质含量和提供高价铁离子促进自由水的溢出。
8.（2）污泥固化：将经上述预处理后的污泥与10%的水泥混合均匀，放入模具中养护至相应龄期，7d后测试其强度和含水率达到填埋要求。
9.所述酶，主要由蛋白酶，纤维酶，脂肪酶等质量均匀混合组成。目的是分解污泥胶体本身的蛋白质，多糖，脂质类物质，破坏这些复杂有机质的结构，生成一些小分子有机物，并释放部分结合水，有利于改善后续的水化反应。
10.所述络合剂为柠檬酸。目的是增强酶解效果。
11.所述酶解条件为40℃，200r
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振荡处理120h。
12.所述高铁酸钾，是一种强氧化剂，能将酶分解的有机物小分子进一步氧化，提升后续水化反应效果，同时与水泥反应生成一些含铁的氢氧化物晶体，提升强度，并且高铁酸钾反应后，利用自身的絮凝作用，去除部分自由水。
13.所述水泥，为海螺牌425号普通硅酸盐水泥。
14.所述模具尺寸为39.1*80mm，养护条件为室内常温，一天脱模，然后继续养护至第7天达到填埋要求。
15.本发明的优点有以下几点：（1）降低了有机质对水泥水化反应的影响，大大提升固化体强度；（2）水泥固化剂掺量少，相比其他20%-30%的固化剂掺量，此处水泥掺量仅为10%；（3）由于固化剂掺量少，因此固化后的污泥具有较小的增容体积；（4）形成的固化体快硬早强，固化效果好，7d的强度和含水率即可达到填埋要求。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
17.图1为原泥在2000倍镜下的sem图；图2为原泥在5000倍镜下的sem图；图3为实施例一在2000倍镜下的sem图；图4为实施例一在5000倍镜下的sem图；图5为脱水污泥固化工艺流程图。
具体实施方式
18.下面通过实施例对本发明作具体介绍。以下实例不构成对本发明的限定。
19.实施例一：（1）先将1.6kg湿污泥（80%含水率）放入搅拌锅中搅拌均匀；（2）准备好一定质量的纤维酶，脂肪酶，蛋白酶，将其等质量混合，按湿污泥重量称取复合酶3%；
（3） 准备好络合剂柠檬酸颗粒，按湿污泥重量称取柠檬酸0.5%；（4） 将（2）中复合酶和（3）中柠檬酸混合均匀；（5）通过漏斗将（4）混合物放入（1）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（6）将（5）中搅拌完成的污泥装入三角瓶中，于40℃，200r
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振荡处理120h；（7）酶解完成后，将（6）中污泥取出，称量取出污泥质量，并放入搅拌锅搅拌均匀；（8）根据（7）污泥质量称取3%的高铁酸钾粉末；（9） 通过漏斗将（8）中高铁酸钾粉末放入（7）污泥中，自动搅拌一次，快搅30min；（10）称量（9）搅拌完成后的污泥质量；（11）根据（10）的污泥质量称量10%水泥；（12）通过漏斗将（11）中水泥放入（9）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（13）将（12）中搅拌完成的混合浆通过人工击实装入39.1*80mm的模具中，每组三个；（14）将（13）中的模具置于室内常温下养护，1d后脱模，养护至7d测试无侧限抗压强度，含水率。
20.对7d固化污泥进行强度和含水率测试，其无侧限抗压强度为163.3kpa，含水率为47.58%，满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（gbt 23485-2009）。
21.对7d固化污泥进行sem扫描，对比原泥图1和图2中的疏松多孔，可以发现图3和图4明显密实许多，且有许多针尖状的钙矾石，块状的氢氧化钙晶体以及无定形的水合硅酸钙形成，将污泥中的孔隙填充紧实，提升强度。
22.实施例二：（1）先将1.6kg湿污泥（80%含水率）放入搅拌锅中搅拌均匀；（2）准备好一定质量的纤维酶，脂肪酶，蛋白酶，将其等质量混合，按湿污泥重量称取复合酶3%；（3）准备好络合剂柠檬酸颗粒，按湿污泥重量称取柠檬酸0.5%；（4）将（2）中复合酶和（3）中柠檬酸混合均匀；（5）通过漏斗将（4）混合物放入（1）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（6）将（5）中搅拌完成的污泥装入三角瓶中，于40℃，200r
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振荡处理120h；（7）酶解完成后，将（6）中污泥取出，称量取出污泥质量，并放入搅拌锅搅拌均匀；（8）根据（7）污泥质量称取4%的高铁酸钾粉末；（9）通过漏斗将（8）中高铁酸钾粉末放入（7）污泥中，自动搅拌一次，快搅30min；（10）称量（9）搅拌完成后的污泥质量；（11） 根据（10）的污泥质量称量10%水泥；（12）通过漏斗将（11）中水泥放入（9）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（13）将（12）中搅拌完成的混合浆通过人工击实装入39.1*80mm的模具中，每组三个；（14） 将（13）中的模具置于室内常温下养护，1d后脱模，养护至7d测试无侧限抗压强度，含水率。
23.对7d固化污泥进行强度和含水率测试，其无侧限抗压强度为167.89kpa，含水率为54.51%，满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（gbt 23485-2009）。
24.实施例三：（1）先将1.6kg湿污泥（80%含水率）放入搅拌锅中搅拌均匀；（2）准备好一定质量的纤维酶，脂肪酶，蛋白酶，将其等质量混合，按湿污泥重量称取复合酶3%；（3）准备好络合剂柠檬酸颗粒，按湿污泥重量称取柠檬酸1%；（4）将（2）中复合酶和（3）中柠檬酸混合均匀；（5）通过漏斗将（4）混合物放入（1）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（6）将（5）中搅拌完成的污泥装入三角瓶中，于40℃，200r
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振荡处理120h；（7）酶解完成后，将（6）中污泥取出，称量取出污泥质量，并放入搅拌锅搅拌均匀；（8）根据（7）污泥质量称取3%的高铁酸钾粉末；（9）通过漏斗将（8）中高铁酸钾粉末放入（7）污泥中，自动搅拌一次，快搅30min；（10）称量（9）搅拌完成后的污泥质量；（11）根据（10）的污泥质量称量10%水泥；（12）通过漏斗将（11）中水泥放入（9）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（13） 将（12）中搅拌完成的混合浆通过人工击实装入39.1*80mm的模具中，每组三个；（14）将（13）中的模具置于室内常温下养护，1d后脱模，养护至7d测试无侧限抗压强度，含水率。
25.对7d固化污泥进行强度和含水率测试，其无侧限抗压强度为128.98kpa，含水率为53.51%，满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（gbt 23485-2009）。
26.实施例四：（1）先将1.6kg湿污泥（80%含水率）放入搅拌锅中搅拌均匀；（2）准备好一定质量的纤维酶，脂肪酶，蛋白酶，将其等质量混合，按湿污泥重量称取复合酶3%；（3）准备好络合剂柠檬酸颗粒，按湿污泥重量称取柠檬酸1%；（4）将（2）中复合酶和（3）中柠檬酸混合均匀；（5）通过漏斗将（4）混合物放入（1）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（6）将（5）中搅拌完成的污泥装入三角瓶中，于40℃，200r
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振荡处理120h；（7）酶解完成后，将（6）中污泥取出，称量取出污泥质量，并放入搅拌锅搅拌均匀；（8）根据（7）污泥质量称取5%的高铁酸钾粉末；（9）通过漏斗将（8）中高铁酸钾粉末放入（7）污泥中，自动搅拌一次，快搅30min；（10）称量（9）搅拌完成后的污泥质量；（11）根据（10）的污泥质量称量10%水泥；（12）通过漏斗将（11）中水泥放入（9）污泥中，自动搅拌一次，再慢搅5min，快搅5min；（13）将（12）中搅拌完成的混合浆通过人工击实装入39.1*80mm的模具中，每组三
个；（14）将（13）中的模具置于室内常温下养护，1d后脱模，养护至7d测试无侧限抗压强度，含水率。
27.对7d固化污泥进行强度和含水率测试，其无侧限抗压强度为175.72kpa，含水率为50.15%，满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》（gbt 23485-2009）。