專利名稱：一種節(jié)能降耗的污染土壤與清淤底泥共處置制陶粒技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種城市大宗固廢節(jié)能降耗共處置的方法
背景技術(shù)：
土壤是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類不可缺少、不可再生的自然資源。土壤環(huán)境是人類環(huán)境的重要組成部分。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高，工業(yè)化的發(fā)展和城市化建設(shè)的推進(jìn)，大量的工業(yè)廢棄物被肆意排放，大量劇毒難降解農(nóng)藥被開發(fā)和使用。環(huán)境中有毒、有害物質(zhì)的殘留和累積已成為當(dāng)前最受社會(huì)各界關(guān)注的環(huán)境問題之一。目前我國的土壤污染問題日益嚴(yán)重，以一種不容忽視的速度和趨勢(shì)在全國范圍內(nèi)蔓延。隨著我國城市化進(jìn)程的加速，核心城市的大規(guī)模擴(kuò)張，一些原本是偏遠(yuǎn)的工礦企業(yè)用地地塊，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整， 被重新規(guī)劃為商業(yè)與民用住宅用地，某些地塊在開發(fā)前已經(jīng)被嚴(yán)重污染，不加以治理，污染物將經(jīng)由大氣、灰塵、地下水等途道危害人類健康，嚴(yán)重阻礙了城市建設(shè)的步伐。近20多年來，德、法、英、加、荷、美等國家先后開展了污染土壤修復(fù)與治理技術(shù)研究，在污染土壤的物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等方面取得了顯著的進(jìn)展，有些技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到商業(yè)化實(shí)用階段并且取得較明顯的成果。但原位修復(fù)技術(shù)通常周期較長(zhǎng)，然而我國土地經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)狀是，我國土地價(jià)格一日三漲，原地塊的污染土壤如采用原位修復(fù)技術(shù)將大大延長(zhǎng)建設(shè)工期，通常需在挖掘地基的同時(shí)快速清場(chǎng)，這樣就形成了一類新的固廢——城市建設(shè)用地污染土壤，如北京城南化工區(qū)項(xiàng)目，天津豹鳴集團(tuán)原苯亞甲基丙酮工廠地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目等。對(duì)該類新興固廢的處理處置技術(shù)的研究目前逐漸成為研究的焦點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，工業(yè)廢水的不規(guī)范排放，在城市工業(yè)區(qū)及一些大型城市的近郊區(qū)縣地區(qū)形成了大量排污河和污水庫，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的濃縮沉淀，大量重金屬及有毒物質(zhì)積聚在底泥及提壩土壤中，幾乎成為寸草不生的“死河死湖”，完全喪失了自凈化功能。近年來，隨著我國污水處理技術(shù)和設(shè)施的完善，天然水系的水質(zhì)有了較大的改觀，但當(dāng)水質(zhì)較好時(shí)，底泥中吸附的污染物的釋放將成為影響水質(zhì)的主要原因。因此，要根治水道的污染，底泥的疏浚勢(shì)在必行。受污染疏浚底泥將成為另一類城市大宗固廢。國內(nèi)外污染河道疏浚底泥的處理技術(shù)主要包括固化/穩(wěn)定化、等離子體玻璃化、 電化學(xué)處理、提取或沖洗或生物去毒等方法。底泥固化/穩(wěn)定化是通過在底泥中添加固化劑以改變底泥物理化學(xué)特性，使其中的污染物不再擴(kuò)散出來的方法，該方法不適用于必須進(jìn)行疏浚以拓寬河道的案例。等離子體玻璃化是在操作溫度3000°C下去除大部分有機(jī)物和金屬，且產(chǎn)品可作為資源使用，但是此方法對(duì)底泥的基質(zhì)有一定要求，運(yùn)行條件苛刻、費(fèi)用高昂。電化學(xué)方法是利用在電場(chǎng)作用下帶電荷物種向電極遷移的原理，使金屬離子從基質(zhì)中去除。該技術(shù)在受污底泥修復(fù)中還未見報(bào)道。提取或沖洗法能將污染物從底泥中轉(zhuǎn)移出來，但不適合大體積樣品的處理，沖洗水需要進(jìn)一步處理等，適用于沙質(zhì)土，往往不適合黏土含量較大的沉積物。生物去毒包括微生物法和植物法，該方法價(jià)格低廉，但需要時(shí)間較長(zhǎng)、而且受季節(jié)限制。針對(duì)這類高含水率的河道清淤污染底泥類新型固廢治理技術(shù)的研究逐漸受到重視。
陶粒是一種建筑用輕骨料，用它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碎石、河卵石等制成輕集料混凝土制品，如空心砌塊、輕質(zhì)板材等。陶粒是生產(chǎn)節(jié)能墻體材料或現(xiàn)場(chǎng)澆注輕型節(jié)能墻體的優(yōu)質(zhì)原材料，具有輕質(zhì)、保溫、隔音、環(huán)保等特點(diǎn)。近期國家出臺(tái)了在170個(gè)城市限期禁止使用粘土實(shí)心磚等一系列墻改政策，因此，混凝土空心砌塊的應(yīng)用量逐年加大，作為混凝土空心砌塊的主要原材料之一，我國陶粒產(chǎn)量約340萬m3，陶粒產(chǎn)品的需求也將不斷增加，市場(chǎng)前景看好。但由于我國目前陶粒生產(chǎn)的原料主要為頁巖和粘土，受頁巖尤其是粘土資源的限制， 陶粒行業(yè)的發(fā)展受到了很大制約。出于行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展以及降低生產(chǎn)成本的考慮，利用固體廢棄物生產(chǎn)陶粒的研究和實(shí)踐工作越來越受到重視，并不斷取得新的突破?？紤]到污染土壤與污染底泥的主要成分與粘土類似，故可作為主要原材料燒制陶粒，并在燒結(jié)過程中實(shí)現(xiàn)無害化處理。污染土壤與底泥中的易溶鹽類物質(zhì)和重金屬元素在陶粒燒制過程中，能夠被穩(wěn)定地固化到陶粒的硅鋁網(wǎng)格玻璃體中，從而實(shí)現(xiàn)無害化，同時(shí)該類物質(zhì)的存在還可對(duì)陶粒的燒成起助熔作用，起到降低燒成溫度、節(jié)能降耗、提高成品率、 提高陶粒產(chǎn)品質(zhì)量的多重作用。污染土壤與底泥中有機(jī)類污染物質(zhì)則可以在高溫?zé)Y(jié)過程中被徹底分解。由于重金屬氧化物具有催化氧化活性，可以降低有機(jī)物的分解溫度，提高有機(jī)污染物的分解率，而有機(jī)污染物在陶粒內(nèi)部分解產(chǎn)生的毛細(xì)孔道又可以很好的吸附固定重金屬，達(dá)到重金屬污染與有機(jī)污染互催化降解的效果。污染底泥中含有適量的有機(jī)質(zhì)在陶粒燒成過程中氣化，提高了陶粒的燒脹率，降低陶粒容重，提高陶粒性能。將城市大宗固廢作為陶粒產(chǎn)業(yè)的原料，既解決了廢物污染環(huán)境的問題，又節(jié)約了寶貴的耕地資源，同時(shí)生產(chǎn)的陶粒產(chǎn)品又可以貢獻(xiàn)于城市建設(shè)，城市的建設(shè)又產(chǎn)生新的固廢……。本發(fā)明將環(huán)保、建材、建筑三大行業(yè)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展， 構(gòu)建了良好循環(huán)經(jīng)濟(jì)模型。

發(fā)明內(nèi)容
城市建設(shè)用地污染土壤與河道、水庫清淤污染底泥既是污染物又是資源，針對(duì)目前污染土壤、污染底泥產(chǎn)生量大，資源化利用程度低，且單獨(dú)治理能源消耗大等弊端，針對(duì)傳統(tǒng)的粘土陶粒由于耕地資源緊張面臨原料短缺產(chǎn)業(yè)鏈斷裂的實(shí)際情況，本發(fā)明提供一種污染土壤與污染底泥節(jié)能降耗共處置制陶粒的方法，在廢物無害化、資源化的過程中，不僅解決了陶粒生產(chǎn)原料短缺的問題，而且利用固廢制陶粒大大降低了陶粒生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)行成本，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。該處理方法利用兩種固廢在含水率上的性能互補(bǔ)性，將兩種固廢進(jìn)行聯(lián)合處置燒制陶粒，與傳統(tǒng)的固廢制建材工藝相比，本方法具有節(jié)水降耗的優(yōu)點(diǎn)，合理添加調(diào)理劑可以生產(chǎn)出高性能陶粒。所制備的陶?？蓱?yīng)用于修路，筑橋，建材，屋面保溫， 市政綠化，水處理濾料，滲濾液濾層等領(lǐng)域，都可以取得良好的應(yīng)用效果。一種節(jié)能降耗的污染土壤與河道底泥共處置制陶粒技術(shù)的主要方法為，將絮凝沉淀壓濾脫水后的污染底泥 (含水率50-70% )，破碎除雜后的污染土壤，固化調(diào)理劑按以下重量百分比混合污染底泥 20-60%,污染土壤40-80%，固化調(diào)理劑0. 1-10% ；混勻的物料經(jīng)滾壓造粒成型后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯在900-1200°C燒制15-40min。本發(fā)明采用的兩種固廢共處置方法，與單一的污染土壤無害化制陶粒技術(shù)相比，節(jié)水率達(dá)100%，與單一的污染底泥無害化制陶粒技術(shù)相比，節(jié)能率達(dá)50-80%。本發(fā)明所采用的固化調(diào)理劑是兩種固廢復(fù)配制陶粒的“潤(rùn)滑劑”，起到調(diào)整物料元素配比提高陶粒品質(zhì)，降低燒成溫度，促進(jìn)陶粒膨脹，在降低陶粒產(chǎn)品容重的同時(shí)，保證陶粒強(qiáng)度等級(jí)的作用，經(jīng)測(cè)試所制得陶?？蛇_(dá)到性能如下堆積密度(kg/m3) 500-900,筒壓強(qiáng)度(Mpa)5. 0-10.0，吸水率4. 8-9.2%，其性能不低于普通粘土陶粒。本發(fā)明所采用的回轉(zhuǎn)窯處置污染固廢方法，由于重金屬氧化物在高溫氧化氣氛中具有催化氧化活性，可降低污染固廢中有機(jī)污染物的分解溫度，提高有機(jī)污染物的去除率。而有機(jī)污染物在陶粒內(nèi)部分解產(chǎn)生的毛細(xì)孔道又可以很好的吸附固定重金屬，達(dá)到污染固廢中重金屬污染與有機(jī)污染互催化降解的效果，經(jīng)測(cè)試所制備陶粒中典型重金屬浸出毒性值(mg/L) =Cu < 0. 26, As < 0. 03，Cd < 0. 0002, Hg < 0. 0001，大大低于我國污染控制標(biāo)準(zhǔn)的限制，為陶粒產(chǎn)品的進(jìn)一步應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。本發(fā)明所提供的節(jié)能降耗的固廢共處置工藝方法，為城市大宗固廢處理處置技術(shù)的發(fā)展提供了較好的思路，有助于我國固廢治理技術(shù)向綠色、節(jié)能、低碳方向發(fā)展。本發(fā)明為循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的構(gòu)建提供了良好的思路，將城市大宗固廢作為陶粒生產(chǎn)企業(yè)的原料，既治理了污染，同時(shí)也改變了傳統(tǒng)陶粒生產(chǎn)大量消耗耕地資源，且面臨原料短缺產(chǎn)業(yè)鏈斷裂的問題，而所生產(chǎn)的陶粒又可貢獻(xiàn)于城市建設(shè)，形成了資源循環(huán)利用，產(chǎn)業(yè)鏈良性發(fā)展的局面。本發(fā)明所制備的陶粒堆積密度低，強(qiáng)度等級(jí)高，用于墻體保溫材料， 橋梁路基建設(shè)，市政綠化的苗圃及透水路基，污水處理廠生物濾池的生物膜載體，垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液墊層等都具有良好的效果，解決了城市固廢資源化后的出路問題，變廢為寶，取得了良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益，同時(shí)也創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式為一種將城市污染土壤與河道清淤底泥進(jìn)行節(jié)能降耗共處置制陶粒的方法，首先，將絮凝沉淀壓濾脫水后的污染底泥(含水率50-70% )，破碎除雜后的污染土壤，固化調(diào)理劑，按以下重量百分比混合污染底泥20-60%，污染土壤 40-80%，固化調(diào)理劑0. 1_10%，混合后的原料含水率在15-30%之間，使用雙軸槳葉攪拌機(jī)進(jìn)行充分混合，混勻的物料經(jīng)滾壓造粒成型后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯在900-1200°C燒制15-40min， 出窯后的陶粒自然堆放冷卻至室溫即為產(chǎn)品。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，所述方法制備的陶?？梢赃_(dá)到以下性能堆積密度(kg/m3) 500-900， 筒壓強(qiáng)度(Mpa)5. 0-10.0，吸水率4. 8-9.2%，其性能不低于普通粘土陶粒。通過對(duì)陶粒剖面進(jìn)行SEM分析，可看到陶粒產(chǎn)生明顯燒脹，孔隙發(fā)達(dá)，孔隙率可達(dá)50-65 %。重金屬浸出毒性測(cè)試結(jié)果表明陶粒中典型重金屬浸出毒性值(mg/L) =Cu < 0.26，As < 0.03，Cd < 0. 0002,Hg < 0. 0001，遠(yuǎn)低于我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)限制，為固廢制陶粒產(chǎn)品的應(yīng)用掃除了障礙。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式所制備的陶?？勺鳛榻ㄖ幂p骨料。將絮凝沉淀壓濾脫水后的污染底泥(含水率50-70%)，破碎除雜后的污染土壤，固化調(diào)理劑，按以下重量百分比混合污染底泥20%，污染土壤80%，鋼渣7%，混合后的原料含水率在15-20% 之間，使用雙軸槳葉攪拌機(jī)進(jìn)行充分混合，混勻的物料經(jīng)滾壓造粒成型后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯在 1200°C燒制20min，出窯后的陶粒自然堆放冷卻至室溫即為產(chǎn)品。本實(shí)施例所制備的陶粒經(jīng)測(cè)試，堆積密度為900kg/m3，筒壓強(qiáng)度9. 9Mpa。以本實(shí)施例制備的陶粒為原料，配合不同強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥，可配制ClO C30號(hào)普通陶?；炷?。如配制C30普通混凝土的配方為670kg本實(shí)施例陶粒、320kg強(qiáng)度等級(jí)為42. 5的普通硅酸鹽水泥、670kg砂子、150kg水， 拌合均勻，按照GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)對(duì)拌合物取樣進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為 34. 4,34. 8,35. 2Mpa，滿足C30混凝土強(qiáng)度要求。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同之處在于，按照具體實(shí)施方式
二的配比混勻后的物料經(jīng)過不同孔徑的造粒機(jī)造粒，形成平均粒徑為10、20、30、50mm 陶粒胚體，分別在回轉(zhuǎn)窯中1200°C燒制15、20、25、35min，出窯后自然冷卻至室溫。本實(shí)施例所制備的陶粒，選取適當(dāng)?shù)牧６燃?jí)配可作為垃圾填埋場(chǎng)滲濾液濾層，也可作為道路苗圃透水填料。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施例所制備的陶粒具有孔隙率大，吸水率高等特點(diǎn)，可用作污水處理廠濾池濾料或微生物載體，將絮凝沉淀壓濾脫水后的污染底泥(含水率 50-70% )，破碎除雜后的污染土壤，固化調(diào)理劑，按以下重量百分比混合污染底泥35%， 污染土壤65%，鐵礦粉4% ；在1180°C燒制35min，出窯后自然冷卻至室溫。經(jīng)測(cè)試所得陶粒性能為密度等級(jí)800，孔隙率65%，吸水率9. 2%，筒壓強(qiáng)度6. 3Mpa。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)城市建設(shè)過程產(chǎn)生的大宗污染土壤與河道水庫清淤污染底泥類固廢進(jìn)行無害化、資源化共處置的方法，其特征在于，利用污染底泥高含水率而污染土壤低含水率的特性，將兩種固廢合理混配燒制陶粒，達(dá)到污染底泥的治理無需加熱脫水，污染土壤的治理無需加水調(diào)濕的節(jié)水降耗的綠色工藝過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝過程，其特征在于，陶粒制造的主原料全部為受劇毒有機(jī)物、重金屬污染的大宗固體廢棄物，陶粒燒制的過程也是污染治理的過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的固廢燒制陶粒工藝，其特征在于，將絮凝沉淀壓濾脫水后的污染底泥(含水率50-70% )，破碎除雜后的污染土壤，固化調(diào)理劑按以下重量百分比混合污染底泥20-60 %，污染土壤40-80 %，固化調(diào)理劑0. 1-10 %，混勻的物料經(jīng)滾壓造粒成型后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯在900-1200°C燒制15-40min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固化調(diào)理劑為鐵粉、氧化鐵粉、鐵礦渣、鋼渣之一或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，污染底泥20%，污染土壤80 %，鐵粉 0. 2%，在 1100°C燒制 25min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，污染底泥30%，污染土壤70%，氧化鐵粉 1%，在 1100°C燒制 32min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，污染底泥35%，污染土壤65%，鐵礦粉 4%，在 1180°C燒制 35min。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，污染底泥20%，污染土壤80 %，鋼渣7 %， 在 1200°C燒制 20min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種城市大宗固廢節(jié)能降耗共處置及環(huán)保陶粒制造的方法。本發(fā)明所述的方法是，將污染土壤與受污染清淤底泥(無需耗能干燥)直接混合、添加調(diào)理劑后造粒，在900-1200℃燒制15-40min。經(jīng)測(cè)試，所制備陶粒產(chǎn)品的性能如下堆積密度(kg/m3)500-900，筒壓強(qiáng)度(Mpa)5.0-10.0，吸水率4.8-9.2％；典型重金屬浸出毒性值(mg/L)Cu＜0.26，As＜0.03，Cd＜0.0002，Hg＜0.0001。本發(fā)明所述的方法充分利用了污染土壤與污水庫底泥在含水率上的互補(bǔ)性，及重金屬污染與有機(jī)污染物的互催化降解特性，在傳統(tǒng)的固廢制陶粒技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了節(jié)能降耗，降低了固廢治理行業(yè)成本及二次污染，提高了固廢陶粒性能及應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102173850SQ20111002508
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者劉連勝, 張海云, 朱雁鳴, 李萍, 王建偉, 紀(jì)濤 申請(qǐng)人:天津壹生環(huán)?？萍加邢薰? 天津壹鳴環(huán)境工程有限公司