一种城市污泥为原料的筑路矿渣及其制备方法与应用 |
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| 申请号 | CN202110550907.5 | 申请日 | 2021-05-20 | 公开(公告)号 | CN113354222A | 公开(公告)日 | 2021-09-07 |
| 申请人 | 广州大学; | 发明人 | 耿雨馨; 洪伟彬; 刘桂帆; 罗凯荣; 翟心瑜; 王佳德; 江海桐; 石明岩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于城市 污泥 处理技术领域，具体公开了一种城市污泥为原料的筑路矿渣及其制备方法与应用。本发明向城市污泥中投加富集培养的 微 生物 ，通过生物浸提反应，微生物将完全替代污泥中的活性菌体。浸提微生物是以自养菌为主，而污泥中则以异养菌为主，利用该菌群的 氧 化和 酸化 作用调理污泥，经机械脱 水 后将含水率降至污泥处置要求。之后通过干化、 煅烧 等手段制成矿渣，用于 筑路材料 ，为城市污泥减量化、无害化和资源化处理处置，及开发廉价筑路材料开辟了高效经济新途径。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种城市污泥为原料的筑路矿渣的制作方法，其特征在于由以下步骤组成： |
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| 说明书全文 | 一种城市污泥为原料的筑路矿渣及其制备方法与应用技术领域[0001] 本发明属于城市污泥处理技术领域，特别涉及一种城市污泥为原料的筑路矿渣及其制备方法与应用。 背景技术[0003] ①初次沉淀污泥，来自初次沉淀池； [0004] ②剩余活性污泥，来自活性污泥工艺的二次沉淀池； [0005] ③腐殖污泥，来自生物膜工艺的二次沉淀池； [0006] 以上3种污泥可统称为生污泥或新鲜污泥。 [0008] ⑤化学污泥，用化学沉淀法处理污泥后产生的沉淀物称为化学污泥或化学沉渣。 [0009] 常规脱水后的污泥仍有较大体积且有一定流动性，会带来占地面积大、堆放时易产生恶臭并孳生蚊蝇、不便于运输且成本高等问题；污泥中大量的病原微生物还会通过不同途径感染人体，对人体健康造成威胁。 [0010] 污泥脱水是指用物理、化学和生物方法进一步降低浓缩后污泥的含水率，以便于污泥的运输、填埋或资源化利用。污泥常规脱水主要有自然脱水法和机械脱水法，可将污泥含水率降至80％，但仍不便于运输和后续处置。以污泥焚烧、堆肥、填埋等处置方式为例，待处理污泥含水率应低于或接近60％，因此污泥需深度脱水。 [0012] 自20世纪中后期，矿渣开始应用在路面基层和填料中。目前以矿渣材料为基层的道路相继进入大修期。因此本发明对城市污泥进行再利用，提出一种既节约资源又保护环境的矿渣制作新工艺。 发明内容[0013] 为解决现有技术所存在的问题，本发明首要目的在于提供一种城市污泥为原料的筑路矿渣的制备方法，该方法具有成本低、处理时间短的优点。 [0014] 本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的筑路矿渣； [0015] 本发明再一目的在于提供上述筑路矿渣在道路建设或改造中的应用。 [0016] 本发明解决上述技术问题的方案如下： [0017] 一种城市污泥为原料的筑路矿渣的制作方法，该方法由以下步骤组成： [0018] (1)接种富集培养 [0020] (2)生物浸提 [0021] 将城市污泥与还原性硫源、亚铁源以及步骤(1)所得接种物混合，恒温培养； [0022] (3)脱水污泥制作矿渣； [0024] 步骤(1)所述城市污泥的固含量为3％～10％，pH为6～8，污泥比阻为4×1012～9×12 10 。 [0025] 步骤(1)所述还原性硫源为S0和NaS2O3中的一种或两种；所述亚铁源为FeS2和FeSO4中的一种或两种。 [0026] 步骤(1)所述城市污泥、还原性硫源和亚铁源的质量体积比为1L：4～8g：0.5～5g，优选为1L：6g：2g。 [0027] 步骤(1)所述酸化污泥的pH为2.8以下；所述重复的次数为2～5次。 [0028] 步骤(2)所述城市污泥、还原性硫源、亚铁源以及接种物的质量体积比为1L：3～6g：1～3g：0.5～0.3L；优选为1L：5g：2g：0.1L。 [0029] 步骤(2)所述恒温培养为在25～28℃下培养60～80小时。 [0030] 步骤(3)脱水后所述的泥饼含水率为60％～70％；所述水蒸气的温度为350～420℃。 [0031] 步骤(3)所述微粒污泥的粒径为0.5～1.2mm，优选为0.8mm。 [0032] 步骤(3)所述微粒污泥燃烧、熔融时的温度为1200℃～1600℃，优选为1300℃～1400℃。 [0033] 一种筑路矿渣通过上述方法制备得到。 [0034] 所述筑路矿渣在道路建设或改造中的应用。 [0035] 本发明向城市污泥中投加富集培养得到的微生物(嗜酸性、具有氧化还原性硫和亚铁的微生物，例如氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌)，通过生物浸提反应，微生物将完全替代污泥中的活性菌体。浸提微生物是以自养菌为主，而污泥中则以异养菌为主，利用该菌群的氧化和酸化作用调理污泥，经机械脱水后将含水率降至污泥处置要求。之后通过干化、煅烧等手段制成矿渣，用于筑路材料，为城市污泥减量化、无害化和资源化处理处置，及开发廉价筑路材料开辟了高效经济新途径。 [0036] 综上所述，本发明较现有技术具有以下优点： [0038] (2)处理时间短，生物调理时间仅为1‑2d，是污泥厌氧或好氧消化时间的是污泥厌氧或好氧消化时间的1/20‑1/10。 [0039] (3)污泥机械脱水时不需要添加任何药剂，避免了化学絮凝法调理时药剂残留对士壤产生的二次污染等问题。 [0040] (4)本研究开发的新型筑路矿渣表观相对密度为符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)要求，筛分试验检测结果合格，其成本远低于传统矿渣，从而大幅降低了筑路成本，适应了国内道路建设高速发展对筑路材料的迫切需求。附图说明 [0041] 图1为①脱水机；②干燥机；③熔融炉；④矿渣水碎装置。 [0042] 图2为本发明所得矿渣样品图。 具体实施方式[0043] 下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0044] 实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。 [0045] 实施例1 [0046] 1、供试污泥取自某污水厂二沉池剩余污泥，其基本性质如表1。 [0047] 表1 供试污泥基本性质 [0048] [0049] 2、矿渣的制作 [0050] (1)接种物富集培养 [0051] 取表1所示性质的150mL供试污泥装入250mL锥形瓶中，同时加入6g/L硫粉和2g/L黄铁矿粉为微生物能源物质。将锥形瓶置于180r/min、28℃恒温水浴振荡器中振荡培养。待污泥体系pH值降至2.8及以下时，取20mL酸化污泥加入到130mL供试污泥中，同时加入2g/L的还原性硫和亚铁源，重复上述操作2次。经过3次富集培养的酸化污泥可达到接种物使用要求。 [0052] (2)生物浸提试验 [0053] 在一系列500mL锥形瓶中装入供试污泥，投加10％(v/v)步骤(1)所得接种物做为、0 5g/L FeS2和2g/L S ，保持180r/min、28℃的条件摇瓶培养，72小时后污泥SRF(污泥比阻)下降率为81.82％。 [0054] (3)脱水污泥制作矿渣 [0055] 首先，将步骤(2)中都是污泥经离心脱水后，含水率降至64％，将泥饼用360℃‑390℃水蒸汽干化；再用球磨机将干燥污泥破碎成直径1.0mm的微粒；最后，将微粒状干污泥吹入温度为1200℃‑1300℃的熔融炉，利用空气强回流，瞬时将污泥颗粒燃烧、熔融，形成的矿渣从炉下部排出，形成的矿渣表观相对密度为2.51，筛分试验检测结果如下表。 [0056] 表2 矿渣筛分试验检测结果 [0057] [0058] 实施例2 [0059] 1、供试污泥取自某污水厂二沉池剩余污泥，其基本性质如表3。 [0060] 表3 供试污泥基本性质 [0061] [0062] 2、矿渣的制作 [0063] (1)接种物富集培养 [0064] 取表3所示性质的150mL供试污泥装入250mL锥形瓶中，同时加入6g/LNaS2O3和2g/LFeSO4作为微生物能源物质。将锥形瓶置于180r/min、28℃恒温水浴振荡器中振荡培养。待污泥体系pH值降至2.8及以下时，取20mL酸化污泥加入到130mL供试污泥中，同时加入2g/L的还原性硫和亚铁源，重复上述操作2次。经过3次富集培养的酸化污泥可达到接种物使用要求。 [0065] (2)生物浸提试验 [0066] 在一系列500mL锥形瓶中装入供试污泥，将污泥起始pH值调到5，在S0投加量为2g/L、FeS2投加量为5g/L，步骤(1)所得接种物投加量为10％(v/v)的条件下，保持180r/min、2812 ℃的条件摇瓶培养，72小时后污泥SRF为1.6×10 m/kg。 [0067] (3)脱水污泥制作矿渣 [0068] 首先，将污泥经离心脱水后，含水率降至63％，将泥饼用345℃‑395℃水蒸汽干化；其次，用球磨机将干燥污泥破碎成直径0.9mm的微粒；最后，将微粒状干污泥吹入温度为 1350℃‑1450℃的熔融炉，利用空气强回流，瞬时将污泥颗粒燃烧、熔融，形成的矿渣从炉下部排出，形成的矿渣表观相对密度为2.52，筛分试验检测结果如下表。 [0069] 表4 矿渣筛分试验检测结果 [0070] [0071] [0072] 实施例3 [0073] 1、供试污泥取自某污水厂二沉池剩余污泥，其基本性质如表5。 [0074] 表5 供试污泥基本性质 [0075] [0076] 2、污泥含固率调节 [0077] (1)接种物富集培养 [0078] 取表5所示性质的150mL供试污泥装入250mL锥形瓶中，同时加入6g/LNaS2O3和2g/L黄铁矿粉作为微生物能源物质。将锥形瓶置于180r/min、28℃恒温水浴振荡器中振荡培养。待污泥体系pH值降至2.8及以下时，取20mL酸化污泥加入到130mL供试污泥中，同时加入2g/L的NaS2O3和黄铁矿粉，重复上述操作2次。经过3次富集培养的酸化污泥可达到接种物使用要求。 [0079] (2)生物浸提试验 [0080] 在一系列500mL锥形瓶中装入供试污泥，在S0投加量为2g/L、FeS2投加量为5g/L，步骤(1)所得接种物投加量为10％(v/v)、污泥起始pH值为5的条件下，采用抽滤的方式将污泥含固率调节为5％，保持180r/min、28℃的条件摇瓶培养，72小时后SRF下降率为77.63％。 [0081] (3)脱水污泥制作矿渣 [0082] 首先，将污泥经离心脱水后，含水率降至61％，将泥饼用355℃‑401℃水蒸汽干化；其次，用球磨机将干燥污泥破碎成直径0.7mm的微粒；最后，将微粒状干污泥吹入温度为 1320℃‑1380℃的熔融炉，利用空气强回流，瞬时将污泥颗粒燃烧、熔融，形成的矿渣从炉下部排出，形成的矿渣表观相对密度为2.55，筛分试验检测结果如下表。 [0083] 表6 矿渣筛分试验检测结果 [0084] [0085] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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