一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处理方法

技术领域

本发明涉及淤泥处理技术领域，尤其涉及一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处理方法。

背景技术

城市生活污水处理过程中会伴生大量的污泥。污泥成分复杂，主要成分包括有机质、细颗粒、细菌菌体等。未经处理的淤泥直接填埋、焚烧等处置容易形成二次污染，对环境生态和民众健康构成威胁。在钢铁厂生产加工过程中会产生大量的高炉废渣，废渣主要包含钙、硅、铝等氧化物以及少量的硫化物。由于高炉废渣碱性高，填埋会对土壤生态造成严重破坏。因此，污泥和高炉废渣必须采取切实有效的工程技术妥善处理。

近年研究证实，通过对污泥、钢渣等工业残渣和废弃物改性来制备吸附材料是资源化利用的有效手段。由于污泥结构疏松，有丰富的空隙，具有一定的表面积；同时高炉废渣因碱性较高、疏松多孔和比表面积较大，也具有一定的吸附能力，都可以充当吸附材料制备原料或辅料。这类新型吸附材料可望用于环境污染治理领域，实现污水处理过程的无污染排放和废物循环利用。

但污泥含水量大，有机质含量高，目前主要通过制备烧结陶粒实现吸附效果，烧结温度一般达到1000℃以上，能耗高，污染大；高炉废渣虽然直接使用也具有一定的吸附效果，但吸附效率低，吸附重复利用率低。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是最接近的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处理方法，该方法不仅可以对污泥厂污泥和钢铁厂高炉废渣进行协同处置，而且整个处置流程操作简单，低碳环保，同时制成的成品可以用于污水厂吸附污水中重金属，速度快，可循环利用，有利于减少药剂投加、节省污泥后续的运输与处理处置成本，实现多源固废协同资源化循环利用。

为达到所述目的，本发明的技术方案是这样实现的，一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处理方法，所述处理方法包括：

S1、将污水厂的污泥在300-550℃下煅烧至有机质分解，得到煅烧污泥；所述污泥煅烧后内部有机质含量不高于0.01％；

S2、将由所述步骤S1得到的煅烧污泥与钢铁厂高炉废渣、激发剂一起粉磨成超细微粉；所述超细微粉的中值粒径为6-10um；

S3、将所述步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒；所述球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm；

S4、将所述步骤S3中的球形颗粒经冷冻后养护至适宜龄期后，得到可以直接放置于污水厂污水调节池中进行使用的吸附球；

S5、将所述步骤S4中完成吸附后的吸附球经EDTA-2Na溶液浸泡后可重复使用。

优选的，所述步骤S1中污水厂的污泥以升温速率30-50℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率5-10℃/min降温至300℃煅烧15min，且煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度80-150ml/min。

优选的，所述步骤S2中钢铁厂的高炉废渣为高炉矿渣和高炉钢渣的混合物；所述高炉废渣中CaO、Al

优选的，所述煅烧污泥、高炉矿渣、高炉钢渣的质量比为1：3-7：1-2。

优选的，所述激发剂为NaOH或NaOH和Na

优选的，所述步骤S4中的球形颗粒冷冻后置于5-10℃低温环境中缓慢融化24h。

优选的，所述适宜龄期根据球形颗粒筒压强度确定，筒压强度不低于4MPa。

优选的，所述EDTA-2Na溶液的溶度为0.03-0.07mol/L。

优选的，所述吸附球用于污水处理厂污水中重金属吸附，且吸附球使用的污水的pH为6-8；吸附球使用的污水的温度为15-30℃。

本发明的有益效果体现在：

(1)、本发明将污泥煅烧最高至550℃，并结合最低温度300℃继续煅烧。通过这样的煅烧方式，使得有机质煅烧挥发时会在污泥中形成纳米级别的连通孔隙，也避免了由于温度继续升高，污泥中其他组分会发生热解，导致孔隙完全暴露后失去吸附能力的现象发生。另外，这样的煅烧温度可以有效将污泥中的有机质完全除去，消除有机质对污泥后续应用时的强度、环境安全性的不利影响。

(2)、本发明通过基于水结冰过程析晶的原理，通过冷冻的方式在球形颗粒中造出微米级别的孔隙，而且在缓慢解冻的过程中水会与激发作用下的高炉废渣发生水化反应进行消耗，从而为球形颗粒的强度提供了支撑。球形颗粒通过物理与化学的双重协同反应，不仅可以保证其在使用过程不容易破碎，而且能够保证其孔隙的稳定，不易裂开。

(3)、本发明通过对淤泥进行热解和冷冻处置，实现纳微米尺度的孔隙的互相搭配，并利用高炉废渣的物理吸附和化学置换的协同作用，形成的球形颗粒。这样的方法制作出的球形颗粒既提高了球形颗粒的吸附效率，也提高了球形颗粒的吸附容量，对污水中重金属吸附具有优异的效果，而且高炉渣的水化硬化不仅提供了强度，还对高炉废渣和污泥进行固化处置，探寻出污泥和高炉废渣回收利用的新用途。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示：

实施例1

一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率30℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率5℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度80ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将1质量份煅烧污泥与7质量份高炉矿渣、2质量份高炉钢渣、0.8质量份NaOH一起粉磨成超细微粉，超细微粉的中值粒径为10um。

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒经冷冻后置于10℃低温环境缓慢融化24h，然后养护27d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.07mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

实施例2

一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率50℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率10℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度150ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将1质量份煅烧污泥与3质量份高炉矿渣、1质量份高炉钢渣、0.2质量份NaOH一起粉磨成超细微粉，超细微粉的中值粒径为6um。

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒经冷冻后置于5-10℃低温环境缓慢融化24h，然后养护27d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、将步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.03-0.07mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

实施例3

一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率40℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率7℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度120ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将1质量份煅烧污泥与6质量份高炉矿渣、1.5质量份高炉钢渣、0.5质量份NaOH一起粉磨成超细微粉，超细微粉的中值粒径为8um。

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒经冷冻后置于7℃低温环境缓慢融化24h，然后养护27d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.05mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

实施例4

一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率40℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率70℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度120ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将1质量份煅烧污泥与6质量份高炉矿渣、1.5质量份高炉钢渣、0.4质量份NaOH和Na

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒经冷冻后置于7℃低温环境缓慢融化24h，然后养护27d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.05mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

对比例1

一种污水厂污泥处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率30-50℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率5-10℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度80-150ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将7.5质量份煅烧污泥和0.4质量份NaOH和Na

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒养护28d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.05mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

对比例2

一种钢铁厂高炉废渣的处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将6质量份高炉矿渣、1.5质量份高炉钢渣、0.4质量份NaOH和Na

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒养护28d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.05mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

对比例3

一种污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的协同处置方法及其应用，包括以下步骤：

S1、将污水厂污泥以升温速率30℃/min升温至550℃后煅烧30min，再以降温速率5℃/min降温至300℃煅烧15min，煅烧气氛以氮气作为载气，气流速度80ml/min，至有机质完全分解，得到煅烧污泥。

S2、将1质量份煅烧污泥与7质量份高炉矿渣、2质量份高炉钢渣、0.8质量份NaOH一起粉磨成超细微粉，超细微粉的中值粒径为10um。

S3、将步骤S2得到的超细微粉通过造粒为球形颗粒，球形颗粒的粒径分布为2mm-15mm。

S4、将步骤S3得到的球形颗粒养护28d后直接放置于污水厂污水调节池中进行使用。

S5、步骤S4中吸附后的球形颗粒经溶度为0.07mol/LEDTA-2Na溶液浸泡后重复使用。

在pH为7和室温25℃下，按2g/L球形颗粒对Cs

在解吸实验中，在室温25℃下，用100mL水溶解0.1mol/L HCl和0.5mol/L NaCl，然后配合EDTA-2Na反复洗涤球形颗粒10次。

吸附试验中，采用下述公式(1)-(3)分别测量对Cs

其中，C

表1球形颗粒对Cs

表2球形颗粒对Sr

由于Cs

由上述可知，本发明不仅实现污水厂污泥和钢铁厂高炉废渣的处置，用于污水处理厂污水重金属吸附具有显著效果，有利于多源固废协同资源化循环利用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同更换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。