污泥与煤矸石共处置与资源化利用技术探究

张秀璋 董成江 徐朝阳 韩檬 （天津泰达环保有限公司 天津300456）

綦懿 唐军 （大连泰达环保有限公司 大连116021）

污泥与煤矸石共处置与资源化利用技术探究

张秀璋 董成江 徐朝阳 韩檬 （天津泰达环保有限公司 天津300456）

綦懿 唐军 （大连泰达环保有限公司 大连116021）

随着城市化的发展，城市污泥的产量与日俱增，污泥中含有大量的病菌和重金属等有毒有害物质，如果处理不当易造成二次污染。探讨了污泥与煤矸石两种废弃共处置与资源化利用技术的可行性，为两种废弃物的有效利用提供了新途径。

污泥 煤矸石 絮凝剂 陶粒

随着城市化的发展，城市污泥的产量与日俱增，污泥中含有大量的病菌和重金属等有毒有害物质，如果处理不当易造成二次污染。如何实现污泥的综合利用和安全处置，已经成为当前面临的重要环境问题。煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一，煤矸石的大量丢弃和堆积已经造成了土壤、地下水和大气的严重污染，如何减少煤矸石对自然环境造成的危害并实现其综合利用，是我们面临的重要课题。本文探究煤矸石与污泥两种废弃物共处置的技术，为实现资源化利用提供有效方法。

1 煤矸石制取絮凝剂

1.1 煤矸石利用现状

实际生产中，煤矸石常用来发电、生产建材、肥料或用来改良土壤等。[1]《煤矸石综台利用技术政策要点》指出，煤矸石综合利用以大宗量利用为重点，发展高科技含量、附加值的煤矸石综合利用技术和产品。

煤矸石的主要化学组成为 SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO 等。以煤矸石为主要原料生产絮凝剂的利用方式，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。生产的絮凝剂具有调质性能好，用量少，pH值适宜范围宽，絮体粗大密实，沉降时间短等特点，是一种有发展前景的煤矸石利用方式。[2-4]

1.2 煤矸石制备聚硅酸铝铁絮凝剂

煤矸石硅酸聚合是由相邻分子上羟基间的脱水聚合形成具有硅氧键的聚合物，硅原子模型是四面体，硅酸分子可以向各个方向进行聚合，形成带支链的、环状的、网状的三维立体结构聚合物，最终形成硅酸凝胶，当在硅酸聚合过程的某一时间引入 Fe3+、Al3+后，由于 Fe3+、A13+与聚硅酸的链状、环状分子端的OH-进行络合作用和吸附作用，阻断了聚硅酸的凝胶化，从而制得稳定存在的大分子聚合物。另外，Fe3+具有极强的亲OH-能力，络合反应速度较快，A13+亲OH-能力较弱，络合反应速度较慢，这使铁盐、铝盐有交叉共聚的可能，从而制得铝、铁、硅共聚物。[5]

利用硅溶胶形成过程中的特性，在溶液产生硅溶胶时加入金属阳离子（如Fe3+、Al3+等），使其与聚硅酸的链状、环状分子端的OH-发生络合和吸附作用，从而阻止聚硅酸的凝胶化，制备出性能良好的调质剂。[6，7]

煤矸石制备聚硅酸铝铁的工艺[8]为：煤矸石经焙烧活化、酸浸取，制得的Al、Fe混合液，用一定浓度的NaOH聚合，即可得聚合铝铁；强碱浸出的硅酸钠在酸性条件下聚合，可得聚合硅酸；聚合硅酸和聚合铝铁在特定的条件下按一定摩尔比共聚，在室温条件下，以100 r/min的速度搅拌，使之反应2 h，再静置24 h，即可得到聚硅酸铝铁溶液（见图1）。

图1 煤矸石制备聚硅酸铝铁的工艺流程图

2 聚硅酸铝铁絮凝剂深度干化污泥

污泥深度处理及循环利用的关键问题在于污泥的含水率。普通的干化工艺技术虽然可以大幅度降低污泥含水量，但其自身也有较多的限制性因素。《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》（CJT249-2007）规定污泥含水率在60%以下才能进行填埋。而国内一般采取的污泥浓缩、离心脱水技术，处理后污泥含水率分别为90%左右和80%左右。因此需要对污泥进一步脱水减量，才能满足最终处置要求。

向污泥（含水率90%左右）中分别添加聚硅酸铝铁絮凝剂、助凝剂等污泥调制剂，改善污泥脱水性能，并使污泥中的有机物与重金属物质稳定在污泥中；再用泵将污泥压入压滤机，通过压滤机分离污泥中的水分，脱水过程为常温常压，脱水后污泥含水率小于60%。[9]

将高效调制剂加入到污泥中，可以起到电性中和和吸附架桥的作用，破坏污泥胶体颗粒的稳定，使分散的小颗粒之间相互聚集成大颗粒，从而改善污泥的脱水性。经高效调制剂条理后的污泥，很容易脱水干化，经压滤或抽滤后获得的泥饼含水率可以降至50%左右。表明投加聚硅酸铝铁絮凝剂有助于污泥的深度脱水。

3 污泥与煤矸石混合烧制陶粒

研究和实践表明，煤矸石直接生产陶粒，主要是采用磨细、配料、预湿、搅拌、制粒后直接导入双筒回转窑焙烧的方案。根据煤矸石的特点，调整煤矸石和配料比例或添加适量辅助原料（淤泥、页岩等），可确保产品质量和稳定性产。[9]有研究证明，在煤矸石破碎后加入少量的黏土和长石粉，可作为生产陶粒滤料的理想原料。[10]

综上所述，煤矸石和污泥按一定比例的混合后，加入一定量的膨润土和一定量的水后，加入到反应器中进行混合反应，一定时间后，将陶坯自然风干，加入温度为400℃的马福炉内预热15 min，持续升温至1 150℃，保温20 min。然后出炉自然冷却至室温，即为陶粒。[11-14]

4 结语

煤矸石制备凝聚剂不仅可使废弃物煤矸石得到充分的利用，减轻煤矸石对环境的污染，制备的絮凝剂作为调制剂，可使污泥得到深度干化，为污泥的后续处理带来了方便。同时煤矸石和污泥混合烧制陶粒的新思路，开拓了一种新的处置两种废物的方法，是资源化利用的有效途径，既解决了环境污染问题，又带来了可观的经济收益，是一种大有前途的方法。■

[1]王国平，孙传敏.煤矸石资源化的主要途径[J].中国矿业，2004，3（13）:40-43.

[2]用煤矸石制备三种凝聚剂[J].科技文摘，2010（10）:31-32.

[3]高亮，张曙光.一种利用煤矸石生产污泥调质剂的方法[P].201010500856.7

[4]崔莉，杨凤玲.程芳琴.煤矸石综合利用制取絮凝剂的研究[J]. 科技情报开发与经济，2005（18）:177-178.

[5]郭庆，张更等.制备水处理絮凝剂及其性能评价[J].内蒙古石油化工，2008（13）:7-8.

[6]范锦忠.利用煤矸石生产陶粒的技术要点[J].新型墙材，2008（10）：39-41.

[7]景红霞，李巧玲.从粉煤灰中制备聚硅酸铝铁絮凝剂及应用研究[J].化学工程师，2006（1）:9-11.

[8]李丽萍.粉煤灰制备无机高分子絮凝剂聚合硅酸铝铁[J].内蒙古石油化工，2006（9）:7-8.

[9]王萍，李国昌.煤矸石石制备生物滤池滤料的正交试验研究[J]. 非金属矿，2008，31（2）:2-5.

[10]循海林，蔚广富.煤矸石生产陶粒工艺研究[J].齐哈尔大学学报，2000，4（16）:64-65.

[11]李海英，孙贵石.利用污泥与煤矸石生产生态建筑材料的方法[P].200510012760.5

[12]贾守富.利用淤泥粉煤灰页岩煤矸石生产的烧结砖及其制备工艺[P].200510130921.0

[13]高占武、高海龙.一种煤矸石混凝土及其制备方法[P].200810240472.9.

[14]肖汉敏，马晓茜.污泥与煤和煤矸石共燃特性研究[J].燃料化学学报，2008，5（36）:545-549.

2012-05-09