CN100371283C - 利用城市污泥生产水泥压制品的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用城市污泥生产水泥压制品的方法。它通过安装在供热炉与烘干窑之间的喷射引风器，在控制提供污泥干化的热量为180—220℃的基础上，制成坚硬的污泥团粒。采用体积比为5-30%的上述污泥团粒，与体积比为15—30%的水泥、体积比为85—70%的石粉和水经充分搅拌均匀后，形成湿混合料；该湿混合料放入模具中，经150—500吨的压力制成坯体，坯体从模具中取出后，在常温下，每24小时内，早晚两次用水浇淋，连续养护7—8天，然后在露天下，自然放置28—30大，便可投入使用。本发明为城市污水处理厂污泥和河、湖疏浚污泥的无害化资源化处理开辟了一条有效的途径，不仅能够产生显著的社会和环境效益，而且也能获得明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及水泥，尤其涉及一种利用城市污泥生产水泥压制品的方法。
背景技术
城市污水处理厂在使生活污水和工业废水得到净化的同时所产生的污泥和河、湖疏浚污泥具有数量大，且富集高浓度污染物和重金属的特点(表1，表2)，因此，如果这些污泥得不到妥善处理，会给环境造成严重的二次污染。
表1 典型城市污水处理厂污泥中重金属的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 备注 | |||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | Ni | As | Hg | ||
| 平均值 | 326.6 | 192.9 | 2261 | 296.3 | 4.1 | 297.4 | 16.9 | 3.9 | 根据4年分析数据 |
| 含量范围 | 236.2-397.2 | 80.78-314.0 | 69.5-3790 | 27.9-592.4 | 1.35-7.2 | 57.5-750.3 | 8.9-31.9 | 0.8-4.3 | |
表2典型污染河流疏浚污泥中重金属和有机物的含量变化
| 项目 | 重金属(mg/kg) | 有机物(％) | 备注 | ||||||
| Cu | Pb | Zn | Cr | Cd | 总磷 | 全氮 | 有机质 | ||
| 平均值 | 268.6 | 61.3 | 403.5 | 103.3 | 0.95 | 0.368 | 0.483 | 9.88 | 根据市区河段9样点的分析数据 |
| 含量范围 | 78-772 | 25-167 | 194.7-47010 | 38.5-247 | 0.38-1.47 | 0.150-0.773 | 0.269-0.931 | 4.53-96.1 | |
目前，我国对城市污水处理厂污泥和河、湖疏浚污泥主要采取临时堆埋的处置方法，由此而产生的环境二次污染问题日趋尖锐，而事实上城市周围不可能有适合堆放这类污泥的空间和地点。有些地方试图通过焚烧的方法，使污泥减量化，但污泥焚烧设备投资额高，能源消耗量大，运行费用昂贵，加上污泥在焚烧时，可能给大气环境带来污染和焚烧后的残渣仍需再处置，根据我国的现状，污泥焚烧处理在经济上难以承受，在技术上还不成熟。更多的地方希望能将污泥作为肥料，用于农业或绿化，但是，污泥中所含的重金属限制了土壤对污泥利用的适应性，根据研究表明，从废水中去除1mg/L的重金属，就会在污泥中积累10000mg/L的重金属，污染的河、湖底泥中吸附了大量的重金属，它们会在土壤中富集，并通过作物的吸收进入食物链，最终危害到人体的健康。有些沿海城市或者那些拥有与海洋相通航道的城市，可能会采用污泥直接投海的处置方案，这会污染沿海水域，对海洋生态系统造成威胁，因此，这种方法受到环境保护界和公众的严厉批评，已被明令禁止。
随着人们对环境质量的要求越来越高，所有工业废水和城市生活污水必须经过处理，达标后才能排放，同时为了有效地治理和改善污染河、湖水体的质量，几乎所有靠近城市的河段和湖泊需要疏浚，这意味着污泥的数量将与日俱增。因此，对污泥进行无害化和减量化处理，最终实现资源化综合利用，是科学地处理这类污泥的唯一途径。
发明内容
木发明的目的是提供一种利用城市污泥生产水泥压制品的方法。
方法的步骤为：
1)将含水率为70-80％的城市污水处理厂污泥或经过初次脱水，含水率为70-80％的河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场翻混2-5天后，通过挤条机，制成条柱状；
2)采用回流干燥细粒污泥，使条柱状污泥裹粉后，被送入第一个烘干窑，进行第一阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为200-220℃，去除污泥水份中的25-30％；
3)上述污泥出窑后，通过冷却输送带，被送入第二个烘干窑，进行第二阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为190-200℃，去除污泥水份中的30-40％；
4)上述污泥出窑后，通过冷却输送带，经过回转筛，将粒径大于6毫米的污泥颗粒送燃煤供热炉作为辅助燃料，粒径小于1毫米的污泥颗粒，一部分回流，作为条柱状污泥的裹粉，一部分送燃煤供热炉作为辅助燃料；
5)粒径为1-6毫米的污泥颗粒被送入第三个烘干窑，进行第三阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为160-200℃，污泥出窑后通过振动筛，粒径小于1毫米的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，粒径为1-6毫米的污泥团粒，作为生产水泥压制品的原料；
6)用体积百分比为5-30％的上述污泥团粒，与体积百分比为15-30％的水泥、体积百分比为85-70％的石粉和水经充分搅拌均匀后，形成湿混合料，以上各组分体积百分比含量之和为100％；
7)上述湿混合料放入模具中，经150-300吨的压力制成坯体，坯体从中取出后，在常温下，每24小时内，早晚两次用水浇淋养护，连续养护7-8天，然后在露天下，自然放置28-30天，便可投入使用。
本发明利用污泥压制的人行道板砖和侧石可以用于人行道、车行道、广场、庭园和住宅小区便道的铺设等；植草砖可用于绿化植草，挡土护坡等；压制砖可以作为建筑墙体材料等。本项技术为城市污水处理厂污泥和河、湖疏浚污泥彻底的无害化资源化处理开辟了一条有效的途径，不仅能够产生显著的社会和环境效益，而且也能获得明显的经济效益。
本发明根据试验结果，污泥中起固结作用的混凝剂，在大于250℃时开始挥发，因此，为了保证污泥中的混凝剂能够起到固结作用，使污泥团粒的硬度满足技术要求，该方法通过安装在供热炉(燃煤炉，或燃气炉，或燃油炉)与回转式烘干窑之间的喷射引风器，控制提供污泥干化的热量为180-220℃，从而使污泥干化效率在达到理想的程度下，污泥团粒的硬度达到生产水泥压制品的要求。通过监测表明，在干化过程中，污泥中的病原体与细菌全部被杀灭，污泥中的重金属离子有利于转变为氧化物，从污泥中释放的所有气体和烟尘通过除尘除气设备，达到国家大气排放标准后排放。
本发明已在浙江杭州市政水泥制品厂投入生产，实践表明，采用该项技术所生产的人行道板砖、植草砖、侧石和水泥压制砖等水泥压制品，它们的抗压强度、抗折强度和抗冻性强度等指标均符合国家标准(GB8239-1997)和国家建材行业标准JC446-91。通过对利用污泥生产的水泥压制品的淋滤试验表明，溶出液中的重金属含量与普通水泥压制品无明显差异(表3)，这说明当污泥团粒与水泥、石粉、水一起成为混凝土后，污泥中的物质包括重金属已被完全固
表4 利用污泥生产的水泥压制品重金属淋溶试验结果(mg/l)
| 时间 | pH | As | Cd | Cr | Zn | Pb | Hg | Cu | Mn | ||||||||
| CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | CK | 泥 | ||
| 24h | 7.0 | 0.10 | 0.03 | 0.004 | 0.003 | 0.06 | 0.04 | 0.79 | 0.83 | 0.07 | 0.003 | 0.01 | 0.01 | 0.19 | 0.24 | 0.01 | 0.01 |
| 4.5 | 0.05 | 0.06 | 0.004 | 0.01 | 0.06 | 0.04 | 0.92 | 0.95 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | 0.01 | 0.10 | 0.31 | 0.70 | 0.30 | |
| 48h | 7.0 | 0.02 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.05 | 0.04 | 0.64 | 0.49 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.19 | 0.02 | 0.01 |
| 4.5 | 0.04 | 0.05 | 0.003 | 0.002 | 0.08 | 0.03 | 0.59 | 0.70 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.02 | 0.04 | 0.17 | 0.72 | 018 | |
| 72h | 7.0 | 0.03 | 0.02 | 0.001 | - | 0.02 | 0.03 | 0.17 | 0.11 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.17 | - | - |
| 4.5 | 0.02 | 0.05 | 0.01 | 0.004 | 0.06 | 0.04 | 0.49 | 0.54 | 0.02 | 0.03 | 0.02 | 0.04 | 0.02 | 0.12 | 0.70 | 0.15 | |
注：1.重金属淋滤试验按照国家标准(GB8239-1997)和美国TCLP标准砖体被粉碎后进行淋滤；
2.CK指普通水泥压制品；3.泥指掺入体积比15％污泥的水泥压制品；4.pH指淋滤液(去离子水)的pH值；4.时间指淋滤试验连续震荡的时间。
化，不会释放出来对环境产生影响，这是因为水泥混凝土对固化污染物具有特殊的效果，目前，对核废料的处理多采用水泥混凝土的固化方法。
具体实施方式
该方法主要是首先通过低温干燥系统，使污泥干化，并形成粒径为1-6毫米的坚硬污泥团粒。然后，用该污泥团粒，以一定的比例与水泥、石粉、水均匀混合，在高压下，制成包括人行道板砖、植草砖、侧石和压制砖等水泥压制品。
该方法是将含水率为70-80％的城市污水处理厂污泥或经过初次脱水的河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场翻混2-5天后，这一过程不仅可以使污泥自然蒸发掉一部分水份，而且可以使来自不同地点的污泥均匀化。为了提高污泥干化的效率，同时为污泥成粒创造条件，将经过翻混蒸发后的污泥通过挤条机，制成条柱状，经过回流干燥污泥细粒的裹粉，被送入第一个回转式烘干窑，进行第一阶段干化，去除25-30％的水份，污泥出窑后，通过冷却输送带(在热污泥被冷却的过程中可以进一步脱水)，被送入第二个回转式烘干窑，进行第二阶段干化，去除30-40％的水份，污泥出窑后，通过冷却输送带(在热污泥被冷却的过程中可以进一步脱水)，经过回转筛，将粒径大于6毫米的污泥颗粒送燃煤供热炉作为辅助燃料，粒径小于1毫米的污泥颗粒，一部分回流，作为条柱状污泥的裹粉，一部分送燃煤供热炉作为辅助燃料，粒径为1-6毫米的污泥颗粒被送入第三个回转式烘干窑，进行第三阶段干化，污泥出窑后，通过振动筛，粒径小于1毫米的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，粒径为1-6毫米的污泥团粒，作为生产水泥压制品的原料。污泥干化的三个阶段均在低温条件下进行，通过安装在供热炉(燃煤炉，或燃气炉，或燃油炉)与回转式烘干窑之间的喷射引风器(可以定量地控制冷风掺入量)，控制提供污泥干化的热量为180-220℃。用体积比为5-30％的粒径为1-6毫米的污泥团粒，与体积比为15-30％的水泥、体积比为70-85％的石粉和水经充分搅拌均匀后，形成湿混合料，该湿混合料的湿度以手抓紧放开后成团为宜。将该湿混合料放入根据产品需要设计的不同形状的模具中，经150-500吨的压力制成坯体，该坯体从模具中取出后，在常温下，每24小时内，早晚两次用水浇淋养护，连续养护7-8天，使水泥和石粉之间充分结合，形成水泥混凝土，污泥团粒均匀分布在其中。然后在露天下，自然放置28-30天后使该水泥混凝土完全固结强化，成为符合产品要求的人行道板砖、植草砖、侧石和水泥压制砖等，便可投入使用。
表4典型城市污水处理厂污泥和污染河流疏浚污泥的矿物组成
| 样品 | 矿物组成(％) | 备注 | |||||
| 石英 | 斜长石 | 钾长石 | 伊利石 | 高岭石 | 绿泥石 | ||
| 污水处理厂污泥 | 30.1 | 6.3 | 22.7 | 29.3 | 7.0 | 4.3 | 3年分析平均 |
| 河流疏浚污泥 | 30.0 | 12.5 | 10.0 | 15.0 | 9.0 | 15.0 | 2样点分析平均 |
表5 典型城市污水处理厂(工业废水40％，生活污水60％)污泥的化学组成
| 样品 | 化学组成(％) | 备注 | |||||||||
| SiO<sub>2</sub> | MgO | CaO | Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | K<sub>2</sub>O | Na<sub>2</sub>O | 全氮 | 全磷 | 烧失量 | ||
| 1 | 35.78 | 3.73 | 6.44 | 4.68 | 8.47 | 0.69 | 0.62 | 1.35 | - | 35.26 | 1993年分析 |
| 2 | 35.60 | 3.49 | 7.75 | 4.03 | 8.16 | 0.69 | 0.62 | - | - | 36.30 | 1996年分析 |
| 3 | 35.10 | 0.18 | 5.40 | 2.80 | 7.20 | 0.82 | 0.51 | 2.90 | 0.86 | 36.30 | 2001年分析 |
| 4 | 35.12 | 0.19 | 5.42 | 2.80 | 7.20 | - | 0.52 | - | - | - | 2004年分析 |
| 平均值 | 35.40 | 1.90 | 6.25 | 3.58 | 7.76 | 7.33 | 0.57 | 2.12 | 0.86 | 35.95 | - |
表4给出了典型城市污水处理厂污泥和污染河流疏浚污泥的矿物组成，表5给出了典型城市污水处理厂(工业废水40％，生活污水60％)污泥的化学组成。
为了使人行道板砖和植草砖表面具有色彩，在成坯时可以在模具底部，先加入3-10毫米厚的水泥、黄沙、水和颜料粉按比例混合而成的彩色混合料，其中水泥和黄沙的比例为15-25％∶75-85％，不同色彩颜料粉的加入量根据产品的需要而定，水的添加量以该混合料用手抓紧放开后成团为宜。然后，再加入污泥团粒、水泥和石粉的湿混合料，经过同样压力制作和在相同条件下养护而成的人行道板砖和植草砖，具有各种鲜艳的色彩，并且永不褪色。
Claims (1)
1.一种利用城市污泥生产水泥压制品的方法，其持征在于，方法的步骤为：
1)将含水率为70-80％的城市污水处理厂污泥或经过初次脱水，含水率为70-80％的河、湖疏浚污泥，在污泥堆放场翻混2-5天后，通过挤条机，制成条柱状；
2)采用回流干燥细粒污泥，使条柱状污泥裹粉后，被送入第一个烘干窑，进行第一阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为200-220℃，去除污泥水份中的25-30％；
3)上述污泥出窑后，通过冷却输送带，被送入第二个烘干窑，进行第二阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为190-200℃，去除污泥水份中的30-40％；
4)上述污泥出窑后，通过冷却输送带，经过回转筛，将粒径大于6毫米的污泥颗粒送燃煤供热炉作为辅助燃料，粒径小于1毫米的污泥颗粒，一部分回流，作为条柱状污泥的裹粉，一部分送燃煤供热炉作为辅助燃料；
5)粒径为1-6毫米的污泥颗粒被送入第三个烘干窑，进行第三阶段干化，在安装在燃煤供热炉与烘干窑之间的喷射引风器的控制下，使提供污泥干化的温度为160-200℃，污泥出窑后通过振动筛，粒径小于1毫米的污泥颗粒回流，作为条柱状污泥的裹粉，粒径为1-6毫米的污泥团粒，作为生产水泥压制品的原料；
6)用体积百分比为5-30％的上述污泥团粒，与体积百分比为15-30％的水泥、体积百分比为85-70％的石粉和水经充分搅拌均匀后，形成湿混合料，以上各组分体积百分比含量之和为100％；
7)上述湿混合料放入模具中，经150-300吨的压力制成坯体，坯体从中取出后，在常温下，每24小时内，早晚两次用水浇淋养护，连续养护7-8天，然后在露天下，自然放置28-30天，便可投入使用。
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