沸石、皂土、凹凸棒等污泥處理劑本身是一種高活性過濾器，對污染物產(chǎn)生過濾、稀釋等物理效應(yīng)。污泥處理劑具有物理性質(zhì)、膠體性質(zhì)、配位和螯合作用、氧化還原性質(zhì)及類土壤的自凈化作用等。污泥中的有機、無機污染物不能直接進入土壤系統(tǒng)，由于污泥中絮凝劑的潛育性固化作用，能嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)，使土壤變成不透水，不透氣的廢耕土地；含重金屬的污泥不能做肥料進入作物系統(tǒng)，可以使糧食、蔬菜受重金屬污染，危害人群身體健康；含重金屬的污泥不能做垃圾填埋，含水量高，使土壤潛育化，腐爛發(fā)嗅，大量溫室氣體二氧化碳和甲烷排放，破壞土壤、污染地下水和大氣環(huán)境。污泥處理劑吸附作用對重金屬等污染物的遷移轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的化學(xué)、生物化學(xué)反應(yīng)有顯著的凈化、代謝作用。污泥處理劑的分散程度越高，土粒直徑越小，其總表面積就越大，比表面大的物質(zhì)具有較高的表面能，表現(xiàn)出膠結(jié)、吸附及其他不同的物理及物理化學(xué)性質(zhì)。例如，細(xì)顆粒具有特別大的膠結(jié)性和吸附能力。一般污泥處理劑內(nèi)部空間并沒有全部被填滿，它總是按一定方式排列，其間有許多孔隙，孔隙系統(tǒng)包括大量形狀及大小各異的粒間孔隙，它們之間被比孔隙本身直徑還小的通道互相聯(lián)結(jié)。吸附重金屬離子以后呈溶膠狀態(tài)，與其他金屬離子均形成難溶的絮凝態(tài)物質(zhì)，同時也吸持了有毒的重金屬離子，緩解其對植物的毒害。無機膠體包括次生黏土礦物、鐵鋁水合氧化物、含水氧化硅兩性膠體。次生黏土礦物主要有蒙脫石、伊利石、高嶺石，均是粒徑小于5nm的層狀鋁硅酸鹽，對土壤中分子態(tài)、離子態(tài)污染物有很強的吸附能力。其原因是：黏土礦物顆粒微細(xì)、具有很大的表面積，其中以蒙脫石類表面積最大(600～800m2/g)，它不僅有外表面，而且有巨大的內(nèi)表面；伊利石次之(100～200m2/g)，高嶺石最小(7～30m2/g)；巨大的表面積伴隨產(chǎn)生巨大的表面能，因此能夠吸附污泥中的氣、液態(tài)污染物。

背景技術(shù)：

黏土礦物帶負(fù)電荷，陽離子交換量高，對于污泥中離子態(tài)污染物有較強的交換固定能力；蒙脫石和高嶺石的陽離子交換容量分別為80～120、3～15mequiv/100g。據(jù)研究，蒙脫石類永久負(fù)電荷占總負(fù)電荷量的95%，伊利石占60%，高嶺石占25%。高嶺石吸附的金屬陽離子位于晶格表面離子交換點上，易被解吸；而蒙脫石、伊利石吸附的鹽基離子部分位于晶格內(nèi)部，不易解吸。陽離子交換吸附是指膠體對離子態(tài)物質(zhì)的吸附和保持作用，實際是膠體分散系統(tǒng)中擴散層的陽離子與污泥溶液中的陽離子相互交換達到平衡的過程。它有以下三個特點，陽離子吸附過程是一種可逆反應(yīng)的動態(tài)平衡。進入污泥處理劑的金屬離子濃度愈高、價態(tài)愈高，則愈易被膠體吸附。陽離子交換量是等量進行的。各種陽離子被膠體物質(zhì)吸附的親和力大小各不相同。對同價離子，離子半徑愈小，愈易被吸附，膠體吸附金屬離子的能力還常常受到污泥處理劑配比條件的影響。不同膠體物質(zhì)所能交換的陽離子量不同。決定土壤重金屬吸附量的因素首先是污泥處理劑交換量，不同黏土礦物對金屬離子的吸附親合力順序是不一樣的。例如：蒙脫石對二價金屬離子的吸附順序為：ca2+＞pb2+＞cu2+＞mg2+>cd2+＞zn2+；高嶺石為：pb2+＞ca2+＞cu2+＞mg2+＞zn2+＞cd2+；伊利石為：pb2+＞ca2+＞zn2+＞cu2+＞cd2+。污泥處理劑對重金屬離子等的吸附作用和螯合作用可同時發(fā)生。當(dāng)重金屬離子濃度高時以交換吸附為主，低濃度時以螯合作用為主。污泥處理劑結(jié)合金屬離子能力的順序為：pb＞cu＞ni＞co＞zn＞mn＞mg＞ba＞ca＞hg＞cd。所以有機膠體對金屬離子的吸附總貢獻小于無機膠體，但土壤有機膠體對污染物，特別是有機污染物的遷移轉(zhuǎn)化及生物效應(yīng)有重要的影響。污泥處理劑對重金屬及農(nóng)藥的吸附，對于控制它們在土壤植物系統(tǒng)中的遷移起著重要作用。如土壤中重金屬元素的活性在很大程度上取決于土壤的吸附作用。土壤中的黏土礦物和腐殖質(zhì)對重金屬有很強的吸附能力，能降低重金屬的活性。土壤的上述性質(zhì)對污染物的遷移轉(zhuǎn)化有很大的影響。如土壤膠體能吸附各種污染物并降低其活性，微生物對有機污染物有特殊的降解作用，使得土壤具有優(yōu)越的自身更新能力，而無須借助外力。土壤的這種自身更新能力，稱為土壤的自凈作用。污染物進入土壤后，其自凈過程大致如下：污染物在土壤內(nèi)經(jīng)擴散、稀釋、揮發(fā)等物理過程降低其濃度；經(jīng)生物和化學(xué)降解為無毒或低毒物質(zhì)，或通過化學(xué)沉淀、配合或螯合作用、氧化還原作用轉(zhuǎn)化為不溶性化合物，或是被土壤膠體牢固吸附，難以為植物吸收，而暫時退出生物小循環(huán)，脫離食物鏈或被排至土體之外的大氣或水體中。蒙脫石和高嶺石等強于土壤的自凈能力，蒙脫石和高嶺石凈化能力與污泥的物質(zhì)組成和其他特性及污染物的種類、性質(zhì)有關(guān)。不同礦質(zhì)材料的自凈能力是不同的，同一礦質(zhì)材料對不同污染物的凈化能力也是有差異的?？偟膩碚f，礦質(zhì)污泥凈化材料的自凈速度比較快，污染物進入礦質(zhì)凈化材料后較難解析出來。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種凈化污泥微納米非金屬系列礦質(zhì)材料，其特征在于該料中含有一定量的皂土、凹凸棒、沸石等微納米非金屬礦質(zhì)材料，上述礦質(zhì)材料通過微納米工藝加工技術(shù)，形成共結(jié)晶復(fù)合體或混合物的污泥凈化材料。微納米非金屬污泥礦質(zhì)凈化材料，其特征在于污泥中礦質(zhì)材料添加量占污泥總重量的較佳比例為35%～55%。較佳的污泥含水量要控制在70%~80%。較佳的非金屬礦質(zhì)材料添加劑，微納米尺度控制在200~2000納米，加工工藝可選用氣流粉碎機和相關(guān)精準(zhǔn)粉碎設(shè)備等工藝加工技術(shù)。較佳的微納米非金屬礦質(zhì)材料品種皂土是生物污泥的超濾劑，特別是對印染廢水、沼氣廢水、食品廠廢水、造紙廢水、屠宰廠廢水生物污泥處理有很好的效果，有機物污泥處理的物料配制皂土含量要＞60%，其他物料含量為40%以下，參考配方比例為：皂土：凹凸棒：沸石=6.0:3.0:1.0。較佳的微納米非金屬礦質(zhì)材料凹凸棒，是一種消除污泥中的重金屬污染，凈化富營養(yǎng)化污泥氨態(tài)氮、有機磷和有毒有害細(xì)菌類的主要材料，凹凸棒土其巨大的內(nèi)外表面積、細(xì)小的棒狀、針狀和纖維狀多孔結(jié)構(gòu)是其物理吸附的重要指標(biāo)，富營養(yǎng)化污泥處理的物料配制凹凸棒含量要＞60%以上，其他物料含量為40%以下，參考配方比例為：凹凸棒：皂土：沸石=6.0:2.0:2.0。較佳的微納米非金屬材料沸石，是火山所噴出的沉積巖，巖中的有機物被液化或汽化而產(chǎn)生微細(xì)的孔洞，這些孔徑的的大小約在1nm以下，具備對有機分子和陽離子的吸附功能，能消除污泥中的汞鎘鉛砷等有毒有害重金屬離子，沸石對氨（nh4+）具有較高的吸附和交換力，參考配方比例為：沸石：皂土：凹凸棒=4.0:3.0:3.0.微納米礦質(zhì)污泥凈化材料，其特征在于該材料要經(jīng)過高溫加熱處理，處理控制溫度在130~180度，污泥水分含量高或重金屬含量高，污泥凈化材料控制溫度在150~180度，污泥水分含量低或重金屬含量低，污泥凈化材料控制溫度在130~150度，高溫加熱處理后的凈化材料具有小尺寸效應(yīng)、大表面積效應(yīng)和隧道效應(yīng)，能促進污泥中富營養(yǎng)化離子和重金屬離子的晶格吸附、螯合、絮凝和沉淀，使進入晶格中的重金屬離子達到永久性封存的目的。污泥凈化材料皂土、凹凸棒、沸石等的制法，是選用了生產(chǎn)一般非金屬礦質(zhì)材料的選礦工藝流程，粉碎工藝流程，微納米級超細(xì)微嚰流程，定量輸入添加劑的電腦控制設(shè)備，物料混合攪拌設(shè)備。該工藝中增設(shè)添加劑粉碎機、貯料槽、電腦計量泵、攪拌機、物料傳送機、稱量機、包裝機、恒溫干燥儲備庫等配套的生產(chǎn)線。皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥凈化材料以混合粉劑的形式加入到污泥物料處理的工藝流程中，皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥凈化材料處理污泥的配制比例可根據(jù)污泥含水量或重金屬含量靈活掌握，污泥與凈化材料參考配方比例為：重金屬重度污染污泥：凈化材料：污泥=50:50；重金屬中度污染污泥：凈化材料：污泥=40:60；重金屬輕度污染污泥：凈化材料：污泥=30:70。系列污泥凈化材料所處理的污泥，其特征在于可以打破污泥中絮凝劑的潛育性固化作用，消除絮凝劑破壞土壤結(jié)構(gòu)的危害，處理后的污泥水分含量可降低到20%左右，有機質(zhì)含量可降低到5%左右，重金屬含量可降低30%~70%，氨等陽離子交換量可減少30%以上，處理后的污泥可以用于土地修復(fù)，沙漠改造，草地復(fù)墾，城市綠化和直接做成有機肥料使用。

附表說明表1重金屬污泥微納米礦質(zhì)材料處理前后的凈化效果

表1的測量結(jié)果表明，本專利提供的微納米非金屬礦質(zhì)污泥凈化材料，對所有重金屬都有凈化吸附固定作用，除了汞、鎘重金屬污泥中含量近于痕量，凈化數(shù)量較少外，其余污泥中含量高的重金屬凈化率都大于75%以上。污泥中氨等陽離子交換量凈化率87%以上。

具體實施方式

微納米礦質(zhì)污泥凈化材料要經(jīng)過高溫加熱處理，處理控制溫度在130~180度。污泥水分含量高或重金屬含量高，污泥凈化材料控制溫度在150~180度。污泥水分含量低或重金屬含量低，污泥凈化材料控制溫度在130~150度。高溫加熱處理后的凈化材料具有小尺寸效應(yīng)、大表面積效應(yīng)和隧道效應(yīng)，能促進污泥中富營養(yǎng)化離子和重金屬離子的晶格吸附、螯合、絮凝和沉淀，使進入晶格中的重金屬離子達到永久性封存的目的。污泥凈化材料皂土、凹凸棒、沸石等的制法，是選用了生產(chǎn)一般非金屬礦質(zhì)材料的選礦工藝流程，粉碎工藝流程，微納米級超細(xì)微嚰流程，定量輸入添加劑的電腦控制設(shè)備，物料混合攪拌設(shè)備。該工藝中增設(shè)添加劑粉碎機、貯料槽、電腦計量泵、攪拌機、物料傳送機、稱量機、包裝機、恒溫干燥儲備庫等配套的生產(chǎn)線。皂土、凹凸棒、沸石等系列污泥凈化材料以混合粉劑的形式加入到污泥物料處理的工藝流程中，污泥凈化材料與被處理污泥的配制比例可根據(jù)污泥含水量或重金屬含量靈活掌握，污泥與凈化材料參考配方比例為：重金屬重度污染污泥，凈化材料：污泥=50:50；重金屬中度污染污泥，凈化材料：污泥=40:60；重金屬輕度污染污泥，凈化材料：污泥=30:70。系列污泥凈化材料所處理的污泥，能打破污泥中絮凝劑的潛育性固化作用，消除絮凝劑破壞土壤結(jié)構(gòu)的危害，處理后的污泥水分含量可降低到20%左右，有機質(zhì)含量可降低到5%左右，污泥中重金屬含量可降低50%以上，處理后的污泥可以用于土壤修復(fù)，草地復(fù)墾，城市綠化，也可以做成有機肥料使用。