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CN109574447A - 一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法 - Google Patents

一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法 Download PDF

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CN109574447A
CN109574447A CN201811593832.3A CN201811593832A CN109574447A CN 109574447 A CN109574447 A CN 109574447A CN 201811593832 A CN201811593832 A CN 201811593832A CN 109574447 A CN109574447 A CN 109574447A
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municipal sludge
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魏云梅
刘昕
姚瑞轩
任婷婷
石德智
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Chongqing University
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Chongqing University
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Abstract

本发明公开一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，针对污泥高有机质含量易腐败发臭以及炉渣强碱性的性质特征，采用同步稳定的静态处理方式，通过调控污泥与炉渣的混合比例，并通过水分调控和通风控制，可低成本的实现污泥和炉渣的同步稳定，处理后的污泥有机质降解率可达40％以上，炉渣pH值降至8.4以下。通过该技术稳定化后的混合物料，表观类似土壤，没有任何异味，可作为填埋场覆盖材料、制砖原材料、路基材料等用途。

Description

一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法
技术领域
本发明涉及一种“以废治废”的废物稳定化方法，特别涉及一种采用碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，本发明属于固体废物处理处置与资源化技术领域。
背景技术
近年来，随着我国城镇化发展水平的提升以及污水处理设施的日益完善，污水处理量在逐年增长，相应地城市污泥产生量也在不断增长。截止到2016年，全国累计建成城镇污水处理厂近4000座，污泥年产量超过4000万吨(含水率以80％计)。预计到2020～2025年间，我国污泥年产量将突破6000万吨。常用的污泥终端处置方式包括填埋、土地利用、干化焚烧和建材利用等。终端处置方式决定了中间处理过程的选择，但不论何种终端处置方式，均要求对污泥进行减量化和稳定化处理，以降低污泥运输、存储及处理过程的二次环境风险；同时污泥经过减量化和稳定化处理后，能够显著降低后续处理处置成本，减轻环境压力。因此，国家“水十条”明确指出污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置。
目前，虽然我国90％的污水处理厂实现了污泥脱水减量化处理，但实现污泥稳定化处理的污水处理厂比例不足3％，大部分污泥未进行稳定化处理直接进行填埋，不到20％的污泥得到安全处理处置。从污泥处理处置全过程管理的角度分析，由于污泥缺乏稳定化处理，导致污泥后续处置或资源化过程中易腐污染物释放(臭气、废水等)，使得后续处理处置过程环境负荷加大。城市污泥是一种富含有机污染物的浓缩物，干基有机质含量达30～50％；经脱水处理后污泥含水率一般在80％左右。污泥稳定化的目标是降低污泥中易生物降解有机质的含量，杀死病原菌，同时降低含水率以减少污泥体积。从工程控制的角度来看，污泥稳定化一般通过生物或化学技术将污泥中的有机物逐渐转化为二氧化碳、水等无机化合物，最终实现抑制微生物反应或者对其进行有效控制的目的。稳定化处理的污泥在后续处理处置过程中不再引发恶臭，有效改善了后续处置过程的卫生条件，也更易于实现建材或农林等资源化利用。
垃圾焚烧炉渣是垃圾焚烧过程中产生的碱性废渣。随着我国城市生活垃圾焚烧量和焚烧比例不断提高，焚烧炉渣的产生量也不断升高。截止到2016年，我国共建有城市生活垃圾焚烧厂249座，垃圾年焚烧量达7378万吨，如果炉渣产生率以20％计，则炉渣年产生量为1475万吨。垃圾焚烧炉渣一般被看作一种可再生利用的资源物质。当前，国内外对垃圾焚烧炉渣开展再生利用的研究很多，主要是进行建材化利用。但是炉渣是一种亚稳态的无机矿物集合体，其碱性很强，pH一般在12～13之间。炉渣直接资源化利用往往会影响产品的品质，如水泥砖中加入炉渣会降低砖体机械强度，因此炉渣资源化利用前常需对其进行稳定化预处理。炉渣稳定化过程不同于污泥稳定化，炉渣稳定化主要是通过控制适宜的含水率、孔隙度和气氛条件，将炉渣中的亚稳态物质转化为稳态物质，从而降低其pH和重金属的溶出风险。
目前污泥稳定化、炉渣稳定化都是各自进行，没有能够将两者联系起来。综合污泥稳定化和炉渣稳定化的双重需求，并结合污泥与炉渣自身性质特征，本专利提出碱性炉渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理技术方法。
发明内容
针对上述两种固体废物稳定化处理的现实需求，本发明的目的是提供一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，提出炉渣与污泥同步稳定化的工艺条件，以解决污泥有机质含量高容易引起恶臭以及炉渣碱性强的问题，最终实现二者的共同稳定。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)静态稳定装置的构建：采用直径300mm，高1000mm的PVC填埋反应器，反应器中间设置直径30mm导气竖管，柱体底部设置滤网、100mm的砾石层以及承托层；承托层中间开孔，以实现排水和导气的功能；反应装置侧面开孔，便于定期采集固体样品和气体样品。
(2)碱性炉渣与城市污泥的混合、堆填：将碱性炉渣与污泥通过搅拌设备进行充分混合，获得混合物料；混合过程中控制污泥和炉渣的干基质量比为2:8～3:7；将混合物料堆填至反应器中，堆填过程中应避免压实，以保证堆体有适宜的孔隙度；
(3)混合物料同步稳定化工艺参数调控：混合物料协同稳定过程中，定期人工布水调控物料含水率在20％～40％范围内；填埋柱底部承托层排水孔保持常开状态，以保证反应器的通风效果；反应器底部收集到的少量渗滤液采用回灌处理，保证整个稳定化过程没有液相污染物质产生；
(4)混合物料的同步稳定化过程参数监控：混合物料协同稳定化过程中，定期采集固体样品，测定其有机质含量、碳酸钙含量、DOC含量以及pH值等特性指标；定期采集气体样品，测定其氧气和二氧化碳浓度水平。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明通过控制合适的废物混合比例，可实现污泥有机质的有效降解以及炉渣碱性矿物质的快速碳酸化。在最优条件下，混合物料有机质降解率达40％以上，炉渣pH值降至8.4以下；稳定化过程结束后，混合物料表观性质类似土壤，不产生任何异味，有望用于填埋场覆盖材料、路基材料等用途。
2、本发明采用的碱性废渣与城市污泥同步稳定静态处理技术，整个稳定化过程没有动力消耗、能耗低、无辅助原材料的添加、不产生二次污染(包括废水和废气)，因此具有良好的经济效益和环境效益。基于本发明，可构建炉渣与污泥的静态稳定化-开挖-循环利用技术系统，对稳定化后的炉渣和污泥进行综合再利用。
附图说明
图1：碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理技术流程简图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。这些实施例仅是范例性的，用以说明本发明的技术方案，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是：在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，包括如下步骤：
步骤1，炉渣和污泥样品的采集及基本理化性质分析：污泥取自重庆某污水处理厂脱水污泥，新鲜污泥含水率80％左右，pH值为6.7～6.8；垃圾焚烧炉渣取自重庆市某垃圾焚烧发电厂，新鲜炉渣含水率16.13％左右，pH值为12.3～12.7；新鲜污泥经自然风干以降低其含水率；
步骤2，碱性炉渣与城市污泥的混合、堆填：将碱性炉渣与污泥以一定的质量比(干基质量比为2:8～3:7)进行混合；将混合后的物料堆填至柱形反应器中(高度1m、直径0.3m、物料有效堆填高度0.8m)，堆填过程中应避免压实，控制堆体容重在650～850kg/m3，以保证堆体有适宜的孔隙度；反应器的中部设置开孔通风管道，通风管道底部与渗滤液收集层(即砾石层)相连；砾石层下部设承托层，承托层开孔以导排产生的渗滤液；
步骤3，炉渣与污泥协同稳定技术工艺参数过程控制：混合物料协同稳定过程中，通过人工布水的方式控制物料含水率在20％～40％范围内；填埋柱底部承托层排水孔保持常开状态，以保证反应器的通风效果；反应器底部收集到的少量渗滤液采用回灌处理，保证整个稳定化过程没有液相污染物质产生；
步骤4，混合物料的协同稳定化过程参数监控：混合物料协同稳定化过程中，从反应器不同位置定期采集固体样品，测定其有机质含量、碳酸钙含量、pH值及溶解性有机碳等特性指标；定期采集气体样品，测定其氧气和二氧化碳浓度水平；
步骤5，固相物料pH的测定：按固液比1:5向样品中加入蒸馏水，在25℃条件下震荡0.5h后采用pH-3E型酸度计测定上清液pH；
步骤6，固相物料有机质(OM)含量测定：参照《森林土壤有机质的测定分光光度法》(GB7857-87)方法进行；
步骤7，固相物料有机质降解率(OM％)计算：
式中OM0为初期有机质含量(mg/kg),OMt为稳定时间为t时有机质含量(mg/kg)。
步骤8，固相物料溶解性有机碳(DOC)浸出含量的测定：采用固液比1:10浸提，于25℃震荡4小时后，采用0.45μm滤膜过滤，收集滤液用TOC测定仪分析其DOC含量。
步骤9，固相物料DOC降解率(DOC％)计算：
式中DOC0为初期DOC浓度(mg/L),DOCt为稳定时间为t时DOC浓度(mg/L)。
实施例1
将16kg湿污泥和47kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续8周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例2
将18kg湿污泥和36kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续8周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例3
将16kg湿污泥和47kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续16周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例4
将18kg湿污泥和36kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续16周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例5
将16kg湿污泥和47kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续24周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例6
将18kg湿污泥和36kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续24周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
实施例7
将10kg湿污泥和51kg湿炉渣进行混合，混匀后物料转移至填埋反应器内进行稳定化处理，稳定化过程中定期监测其含水率、碳酸盐、pH、有机质、DOC、O2％，CO2％等指标变化情况，稳定时间持续24周后，评估其综合稳定效果，结果见表1。
表1实施例1-7过程调控参数及稳定化产物主要性质指标分析结果
实施例7中，污泥与炉渣的干基混合比例为1:9时，虽然经过长达24周的稳定化处理，污泥有机质的降解率仅有5％，溶解性DOC降低率仅有21％，终点pH也远远高于其他工况(实施例1-6)。该实施例说明该混合比例条件下，无论污泥还是炉渣都没有充分稳定化。该实施例仅作为参比，不涵盖在本发明的权利要求范围之内。
实施例1-6充分说明了城市污泥与碱性炉渣的交互作用，在合适的混合比例条件下能够实现二者的同步稳定。但由于不同污水处理厂污泥有机质含量不同，不同垃圾焚烧厂产生的炉渣碱度也各不相同，混合比例及稳定化时间需要相应调整。因此，本发明的技术参数是适当的范围，而不是具体某个数值。
综上所述，经反复实验论证及参数优化，最终得出静态稳定化处理的条件是：污泥和炉渣干基混合比例2:8～3:7，稳定化时间为8～24周，稳定化装置应保持好氧状态，含水率控制在20％～40％。在上述条件下，污泥有机质降解率可达到40％以上，炉渣pH能降到8.4以下。采用本发明方法，城市污泥和碱性炉渣可实现同步稳定化。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)静态稳定装置的构建：采用具有排水通风功能的填埋反应器；
(2)碱性炉渣与城市污泥的混合、堆填：将碱性炉渣与污泥通过搅拌设备进行充分混合，获得混合物料，混合过程中污泥和炉渣的干基质量比为2:8～3:7；将混合物料堆填至填埋反应器中，堆填过程中控制堆体容重在650～850kg/m3；
(3)混合物料同步稳定化工艺参数调控：协同稳定过程中，堆体含水率控制在20％～40％范围内；稳定化时间控制在8～24周。
2.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的碱性炉渣为垃圾焚烧厂炉排炉尾部排出的水淬渣。
3.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的污泥为城市污水处理厂脱水处理后的污泥。
4.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述填埋反应器为柱形反应器，反应器中部设置通风管道，反应器底部设滤网、砾石层以及承托层，通风管道底部与砾石层相连，砾石层下部设承托层，承托层开孔以导排产生的渗滤液。
5.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的炉渣与污泥混合方式为完全混合。
6.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(2)的污泥和炉渣的干基质量比为3:7。
7.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：步骤(2)所述的混合物料的堆填容重为650kg/m3。
8.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(3)堆体含水率控制为30％～40％。
9.根据权利要求1所述碱性炉渣与城市污泥协同稳定处理方法，其特征在于：所述步骤(3)稳定化时间为16～24周。
10.根据权利要求1所述碱性废渣与城市污泥交互作用同步稳定的静态处理方法，其特征在于：所述步骤(3)混合物料的稳定化程度评估指标包括固相有机质、碳酸钙、pH值、溶解性有机碳，以及气相中氧气和二氧化碳浓度。
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