CN115259713A - 利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，所述方法包括：对污水厂污泥焚烧残渣进行筛分，粒径小于0.075mm的组分中，一部分替代矿粉或者石灰掺配在道路的下面层和基层中，其余部分与粒径大于0.075mm的组分混合，替代石灰掺配在道路的底基层和路基中。本发明的积极效果在于将焚烧残渣粒径特性与道路不同层位需求对应，较大粒径的部分置于较下的层位，较细粒径的部分置于较上的层位，无需破碎即可将全部残渣进行利用。在保障道路性能的基础上使用污泥焚烧残渣替代传统的道路材料，一方面可以大量消纳污泥焚烧残渣，另一方面节省了道路材料费用。
Description
技术领域
本发明涉及污水厂污泥的资源化利用技术领域，尤其是一种利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法。
背景技术
近年来，我国城市污水处理能力、处理率及处理程度不断提高，根据住房和城乡***发布的信息，截至2017年12月底，全国各城市共建成运营污水处理厂2372座，污水日处理能力达1.51亿立方米。相应的，污水处理厂产生的污泥数量急剧增长，2017年全国城镇累计处置污泥量3257万吨。以上海为例，2018年上海市城镇污水处理厂污泥产生量总计112.9万吨(干基35.4万吨)，日均3092吨(干基968.6吨)。污水厂污泥含水率较高、体积庞大、易腐烂且含有大量的重金属、病原体等有毒有害物质，产生总量和环境容量之间存在巨大的差距，污泥处理处置一直是困扰城市污水处理厂的难题。
在上海，污泥处理工艺主要有深度脱水、干化焚烧、厌氧消化、好氧发酵等，其中深度脱水处理规模约占39％，干化焚烧约占28％，厌氧消化约占14％，干化约占11％，好氧发酵约占8％。其中干化焚烧法具有减量化和无害化程度高、处理速度快等优点，符合污泥稳定化、无害化和资源化处理处置要求，是污泥无害化处置的主要发展方向之一。2018 年上海市提出的“5010”的总体布局也充分强调了污泥的可持续利用。但是目前焚烧处理后产生的残渣最终处置方式仍然以填埋为主，占用了土地容量，因此如何实现污泥焚烧残渣的资源化利用是亟待解决的技术问题。
污水厂污泥焚烧残渣稳定性好、密度低，粒径符合道路沥青面层中矿粉的技术要求；而且SiO2、Al2O3含量较高，容易发生火山灰反应，可以部分替代水化反应强度，因此可以替代基层和底基层中的水泥或者石灰，或者用作路基土换填，是一种适宜的道路工程材料。
虽然目前有文献或专利研究了生活垃圾焚烧残渣在道路中的应用，但是应注意到，污泥焚烧残渣与生活垃圾焚烧残渣存在明显的性质差异。生活垃圾焚烧残渣粒径普遍大于污泥焚烧残渣，在资源化利用时往往需要进行筛分、磁选以及破碎等处理，其中粒径较大的组分可作为集料使用。污水厂污泥含有大量有机组分，无机组分粒径较小且较为均匀，金属物质含量很低，因此焚烧后炉底残渣粒径较小，易碾碎，不满足作为集料使用的要求，但是可以作为矿粉或替代石灰、水泥使用。
污泥焚烧残渣性质稳定，易制成商业化应用的产品。上海市乃至全国的道路建设中土方工程量巨大，在道路材料中使用污泥焚烧残渣替代传统材料，一方面可以大量消纳污水厂的最终产物，另一方面可以降低道路材料成本，具有积极而显著的环境、社会和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于给污水厂污泥焚烧残渣资源化利用提供一种途径，可将全部焚烧残渣掺配在道路材料中，部分替代传统道路材料，同时满足道路工程相关的性能要求。本发明提供的技术方案可用于重交通及以下的二级或二级以下公路。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，包括：
对污水厂污泥焚烧残渣进行筛分，分为粒径小于0.075mm部分和大于 0.075mm部分，其中粒径小于0.075mm的部分分为两部分A1和A2，占比分别为C1和C2，大于0.075mm的部分记为A3，占比为C3；A1掺配在道路的下面层和基层中，分别替代矿粉和石灰；A2和A3混合后掺配在道路的底基层和路基中，替代石灰。
优选地，所述方法还包括，C1、C2和C3的数值按照如下方法进行确定：
道路下面层的厚度为H1，残渣在该层中占比为1.5％；基层的厚度为H2，残渣在该层中占比为10.5％；底基层的厚度为H3，残渣在该层中占比为90％；路基的厚度为H4，残渣在该层中占比为97％；
得到
由于A1和A2为残渣中粒径小于0.075mm的组分，因此C1+C2为固定值，根据污泥焚烧工艺和污泥性质不同，C1+C2为50～80％，此数值减去C1即为C2， C3为1-C1-C2。
更优选地，道路下面层为细粒式沥青混合土，包括1.5％的污泥焚烧残渣、 97％的集料和1.5％的70号基质沥青，厚度为7～10cm；基层包括10.5％的污泥焚烧残渣、3.5％的水泥和86％的碎石，厚度为15～20cm；底基层包括90％的污泥焚烧残渣和10％的石灰，厚度为15～20cm；路基包括97％的污泥焚烧残渣和3％的石灰，厚度为50～80cm。
进一步地，焚烧残渣应用于下面层时，掺配方式包括：
先将集料拌和均匀，再加入70号基质沥青拌和，然后加入1.5％的污泥焚烧残渣拌和，最后形成沥青混合料；其中，拌和温度高于常规温度160℃，例如由常规的160℃提高至165℃。
进一步地，焚烧残渣应用于基层时，掺配方式包括：
将86％的碎石、10.5％的污泥焚烧残渣和3.5％的水泥混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
进一步地，焚烧残渣应用于底基层时，掺配方式包括：
将90％的污泥焚烧残渣和10％的石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
进一步地，焚烧残渣应用于路基时，掺配方式包括：
将97％污泥焚烧残渣和3％石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1)污水厂污泥焚烧残渣经筛分后，将粒径特性与道路不同层位需求对应，较大粒径的部分置于较下的层位，较细粒径的部分置于较上的层位。无需破碎即可将全部残渣进行利用。
2)道路各个层位均可以掺配污泥焚烧残渣，在保障道路性能的基础上使用污泥焚烧残渣替代传统的道路材料，一方面可以大量消纳污泥焚烧残渣，实现其资源化利用；另一方面节省了道路材料费用，例如面层矿粉价格约为280元/吨，如使用污泥焚烧残渣，可降低道路建设成本。
附图说明
构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为污泥焚烧残渣在道路不同层位的掺配比例；
图2为污泥焚烧残渣在道路不同层位的掺配施工方式。
具体实施方式
本发明提供一种利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
实施例
图1为污泥焚烧残渣在道路不同层位的掺配比例。
如图1所示，道路上面层为4cm的SMA-13沥青混合料，不掺配污泥焚烧灰渣。上面层与下面层之间为改性乳化沥青防水封层。下面层为7cm厚度细粒式沥青混凝土，掺配1.5％污泥焚烧灰渣。下面层与基层之间由上至下依次为粘层油、稀浆封层和透层油。基层为20cm厚度的水泥、污泥焚烧残渣、稳定碎石层，具体组成为：污泥焚烧残渣质量比例为10.5％，水泥质量比例为3.5％，碎石质量比例为86％。底基层为15cm厚度的石灰、污泥焚烧残渣层，具体组成为：污泥焚烧残渣质量比例为90％，石灰质量比例为10％。垫层为15cm厚度的级配碎石，不掺配污泥焚烧灰渣。路基为50cm厚度的污泥焚烧残渣、石灰层，具体组成为：污泥焚烧残渣质量比例为97％，石灰质量比例为3％。
以0.075mm为分界对污泥焚烧灰渣进行筛分，粒径小于0.075mm的分为两部分A1和A2，占比分别为C1和C2；大于0.075mm的记为A3，占比为 C3。
根据实际情况，C3＝20％，则C1+C2＝80％。
C2＝80％-3.4％＝76.6％。
如附图2所示，焚烧残渣应用于下面层时，掺配方式为先将集料拌和均匀，再加入沥青拌和，然后加入1.5％污泥焚烧残渣拌和，最后形成沥青混合料。由于焚烧残渣对混合料的粘度有所影响，因此拌和温度应高于常规温度，例如由常规的160℃提高至165℃。焚烧残渣应用于基层时，掺配方式为将86％的碎石、10.5％的污泥焚烧残渣和3.5％的水泥混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。焚烧残渣应用于底基层时，掺配方式是将90％的污泥焚烧残渣和10％的石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。焚烧残渣应用于路基时，掺配方式是将97％污泥焚烧残渣和3％石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
表1，矿粉沥青混合料与污泥焚烧残渣沥青混合料的冻融劈裂强度对比
如附表1所示，污泥焚烧残渣沥青混合料的冻融劈裂强度比TSR为83.7％，矿粉沥青混合料试件的冻融劈裂强度比为88.0％，二者均大于《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求的最小冻融劈裂强度比75％，因此使用污泥焚烧残渣替代矿粉对道路沥青路面的冻融劈裂强度无不利影响。
综上所述，本发明公开了一种利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，对污水厂污泥焚烧残渣经筛分后，将粒径特性与道路不同层位需求对应，较大粒径的部分置于较下的层位，较细粒径的部分置于较上的层位。本发明无需破碎即可将全部残渣进行利用。采用本发明的技术方案，道路各个层位均可以掺配污泥焚烧残渣，在保障道路性能的基础上使用污泥焚烧残渣替代传统的道路材料，一方面可以大量消纳污泥焚烧残渣，实现其资源化利用；另一方面节省了道路材料费用，例如面层矿粉价格约为280元/吨，如使用污泥焚烧残渣，可降低道路建设成本。本发明提供的技术方案可用于重交通及以下的二级或二级以下公路，具有积极而显著的环境、社会和经济效益。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，包括：
对污水厂污泥焚烧残渣进行筛分，分为粒径小于0.075mm部分和大于0.075mm部分，其中粒径小于0.075mm的部分分为两部分A1和A2，占比分别为C1和C2，大于0.075mm的部分记为A3，占比为C3；A1掺配在道路的下面层和基层中，分别替代矿粉和石灰；A2和A3混合后掺配在道路的底基层和路基中，替代石灰。
2.根据权利要求1所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，所述方法还包括，C1、C2和C3的数值按照如下方法进行确定：
道路下面层的厚度为H1，残渣在该层中占比为1.5％；基层的厚度为H2，残渣在该层中占比为10.5％；底基层的厚度为H3，残渣在该层中占比为90％；路基的厚度为H4，残渣在该层中占比为97％；
得到
由于A1和A2为残渣中粒径小于0.075mm的组分，因此C1+C2为固定值，根据污泥焚烧工艺和污泥性质不同，C1+C2为50～80％，此数值减去C1即为C2，C3为1-C1-C2。
3.根据权利要求2所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，道路下面层为细粒式沥青混合土，包括1.5％的污泥焚烧残渣、97％的集料和1.5％的70号基质沥青，厚度为7～10cm；基层包括10.5％的污泥焚烧残渣、3.5％的水泥和86％的碎石，厚度为15～20cm；底基层包括90％的污泥焚烧残渣和10％的石灰，厚度为15～20cm；路基包括97％的污泥焚烧残渣和3％的石灰，厚度为50～80cm。
4.根据权利要求3所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，焚烧残渣应用于下面层时，掺配方式包括：
先将集料拌和均匀，再加入70号基质沥青拌和，然后加入1.5％的污泥焚烧残渣拌和，最后形成沥青混合料；其中，拌和温度高于常规温度160℃，例如由常规的160℃提高至165℃。
5.根据权利要求3所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，焚烧残渣应用于基层时，掺配方式包括：
将86％的碎石、10.5％的污泥焚烧残渣和3.5％的水泥混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
6.根据权利要求3所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，焚烧残渣应用于底基层时，掺配方式包括：
将90％的污泥焚烧残渣和10％的石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
7.根据权利要求3所述的利用不同粒径污泥焚烧残渣替代道路不同层位材料的方法，其特征在于，焚烧残渣应用于路基时，掺配方式包括：
将97％污泥焚烧残渣和3％石灰混合均匀，然后加入外掺4％的水，进行拌和，直至拌和均匀。
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