污泥與煤矸石共處置與資源化利用技術探究

張秀璋 董成江 徐朝陽 韓檬 （天津泰達環保有限公司 天津300456）

綦懿 唐軍 （大連泰達環保有限公司 大連116021）

污泥與煤矸石共處置與資源化利用技術探究

張秀璋 董成江 徐朝陽 韓檬 （天津泰達環保有限公司 天津300456）

綦懿 唐軍 （大連泰達環保有限公司 大連116021）

隨著城市化的發展，城市污泥的產量與日俱增，污泥中含有大量的病菌和重金屬等有毒有害物質，如果處理不當易造成二次污染。探討了污泥與煤矸石兩種廢棄共處置與資源化利用技術的可行性，為兩種廢棄物的有效利用提供了新途徑。

污泥 煤矸石 絮凝劑 陶粒

隨著城市化的發展，城市污泥的產量與日俱增，污泥中含有大量的病菌和重金屬等有毒有害物質，如果處理不當易造成二次污染。如何實現污泥的綜合利用和安全處置，已經成為當前面臨的重要環境問題。煤矸石是煤炭開采和洗選加工過程中產生的，是目前我國排放量最大的工業固體廢棄物之一，煤矸石的大量丟棄和堆積已經造成了土壤、地下水和大氣的嚴重污染，如何減少煤矸石對自然環境造成的危害并實現其綜合利用，是我們面臨的重要課題。本文探究煤矸石與污泥兩種廢棄物共處置的技術，為實現資源化利用提供有效方法。

1 煤矸石制取絮凝劑

1.1 煤矸石利用現狀

實際生產中，煤矸石常用來發電、生產建材、肥料或用來改良土壤等。[1]《煤矸石綜臺利用技術政策要點》指出，煤矸石綜合利用以大宗量利用為重點，發展高科技含量、附加值的煤矸石綜合利用技術和產品。

煤矸石的主要化學組成為 SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO 等。以煤矸石為主要原料生產絮凝劑的利用方式，提取了Si、Al、Fe等主要元素，使煤矸石的利用更充分，大大降低了二次污染的可能性。生產的絮凝劑具有調質性能好，用量少，pH值適宜范圍寬，絮體粗大密實，沉降時間短等特點，是一種有發展前景的煤矸石利用方式。[2-4]

1.2 煤矸石制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑

煤矸石硅酸聚合是由相鄰分子上羥基間的脫水聚合形成具有硅氧鍵的聚合物，硅原子模型是四面體，硅酸分子可以向各個方向進行聚合，形成帶支鏈的、環狀的、網狀的三維立體結構聚合物，最終形成硅酸凝膠，當在硅酸聚合過程的某一時間引入 Fe3+、Al3+后，由于 Fe3+、A13+與聚硅酸的鏈狀、環狀分子端的OH-進行絡合作用和吸附作用，阻斷了聚硅酸的凝膠化，從而制得穩定存在的大分子聚合物。另外，Fe3+具有極強的親OH-能力，絡合反應速度較快，A13+親OH-能力較弱，絡合反應速度較慢，這使鐵鹽、鋁鹽有交叉共聚的可能，從而制得鋁、鐵、硅共聚物。[5]

利用硅溶膠形成過程中的特性，在溶液產生硅溶膠時加入金屬陽離子（如Fe3+、Al3+等），使其與聚硅酸的鏈狀、環狀分子端的OH-發生絡合和吸附作用，從而阻止聚硅酸的凝膠化，制備出性能良好的調質劑。[6，7]

煤矸石制備聚硅酸鋁鐵的工藝[8]為：煤矸石經焙燒活化、酸浸取，制得的Al、Fe混合液，用一定濃度的NaOH聚合，即可得聚合鋁鐵；強堿浸出的硅酸鈉在酸性條件下聚合，可得聚合硅酸；聚合硅酸和聚合鋁鐵在特定的條件下按一定摩爾比共聚，在室溫條件下，以100 r/min的速度攪拌，使之反應2 h，再靜置24 h，即可得到聚硅酸鋁鐵溶液（見圖1）。

圖1 煤矸石制備聚硅酸鋁鐵的工藝流程圖

2 聚硅酸鋁鐵絮凝劑深度干化污泥

污泥深度處理及循環利用的關鍵問題在于污泥的含水率。普通的干化工藝技術雖然可以大幅度降低污泥含水量，但其自身也有較多的限制性因素。《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》（CJT249-2007）規定污泥含水率在60%以下才能進行填埋。而國內一般采取的污泥濃縮、離心脫水技術，處理后污泥含水率分別為90%左右和80%左右。因此需要對污泥進一步脫水減量，才能滿足最終處置要求。

向污泥（含水率90%左右）中分別添加聚硅酸鋁鐵絮凝劑、助凝劑等污泥調制劑，改善污泥脫水性能，并使污泥中的有機物與重金屬物質穩定在污泥中；再用泵將污泥壓入壓濾機，通過壓濾機分離污泥中的水分，脫水過程為常溫常壓，脫水后污泥含水率小于60%。[9]

將高效調制劑加入到污泥中，可以起到電性中和和吸附架橋的作用，破壞污泥膠體顆粒的穩定，使分散的小顆粒之間相互聚集成大顆粒，從而改善污泥的脫水性。經高效調制劑條理后的污泥，很容易脫水干化，經壓濾或抽濾后獲得的泥餅含水率可以降至50%左右。表明投加聚硅酸鋁鐵絮凝劑有助于污泥的深度脫水。

3 污泥與煤矸石混合燒制陶粒

研究和實踐表明，煤矸石直接生產陶粒，主要是采用磨細、配料、預濕、攪拌、制粒后直接導入雙筒回轉窯焙燒的方案。根據煤矸石的特點，調整煤矸石和配料比例或添加適量輔助原料（淤泥、頁巖等），可確保產品質量和穩定性產。[9]有研究證明，在煤矸石破碎后加入少量的黏土和長石粉，可作為生產陶粒濾料的理想原料。[10]

綜上所述，煤矸石和污泥按一定比例的混合后，加入一定量的膨潤土和一定量的水后，加入到反應器中進行混合反應，一定時間后，將陶坯自然風干，加入溫度為400℃的馬福爐內預熱15 min，持續升溫至1 150℃，保溫20 min。然后出爐自然冷卻至室溫，即為陶粒。[11-14]

4 結語

煤矸石制備凝聚劑不僅可使廢棄物煤矸石得到充分的利用，減輕煤矸石對環境的污染，制備的絮凝劑作為調制劑，可使污泥得到深度干化，為污泥的后續處理帶來了方便。同時煤矸石和污泥混合燒制陶粒的新思路，開拓了一種新的處置兩種廢物的方法，是資源化利用的有效途徑，既解決了環境污染問題，又帶來了可觀的經濟收益，是一種大有前途的方法。■

[1]王國平，孫傳敏.煤矸石資源化的主要途徑[J].中國礦業，2004，3（13）:40-43.

[2]用煤矸石制備三種凝聚劑[J].科技文摘，2010（10）:31-32.

[3]高亮，張曙光.一種利用煤矸石生產污泥調質劑的方法[P].201010500856.7

[4]崔莉，楊鳳玲.程芳琴.煤矸石綜合利用制取絮凝劑的研究[J]. 科技情報開發與經濟，2005（18）:177-178.

[5]郭慶，張更等.制備水處理絮凝劑及其性能評價[J].內蒙古石油化工，2008（13）:7-8.

[6]范錦忠.利用煤矸石生產陶粒的技術要點[J].新型墻材，2008（10）：39-41.

[7]景紅霞，李巧玲.從粉煤灰中制備聚硅酸鋁鐵絮凝劑及應用研究[J].化學工程師，2006（1）:9-11.

[8]李麗萍.粉煤灰制備無機高分子絮凝劑聚合硅酸鋁鐵[J].內蒙古石油化工，2006（9）:7-8.

[9]王萍，李國昌.煤矸石石制備生物濾池濾料的正交試驗研究[J]. 非金屬礦，2008，31（2）:2-5.

[10]循海林，蔚廣富.煤矸石生產陶粒工藝研究[J].齊哈爾大學學報，2000，4（16）:64-65.

[11]李海英，孫貴石.利用污泥與煤矸石生產生態建筑材料的方法[P].200510012760.5

[12]賈守富.利用淤泥粉煤灰頁巖煤矸石生產的燒結磚及其制備工藝[P].200510130921.0

[13]高占武、高海龍.一種煤矸石混凝土及其制備方法[P].200810240472.9.

[14]肖漢敏，馬曉茜.污泥與煤和煤矸石共燃特性研究[J].燃料化學學報，2008，5（36）:545-549.

2012-05-09