CN100584794C - 一种利用污泥制备陶粒轻骨料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用污泥制备陶粒轻骨料的方法，属于固体废物处理处置及资源化技术领域。该方法对含水率75～85%的脱水泥饼进行热干燥得到干污泥；将干污泥破碎、筛分过45mm筛；加入干污泥质量18～25%的粉煤灰搅拌；将搅拌后的混合材料注入粉末压片机中8MPa挤压成型得到陶粒轻骨料坯料；对坯料加热到350℃并停留20分钟，使有机物充分挥发排除；然后在1080～1100℃条件下焙烧30分钟；自然冷却至室温，即得到所述陶粒轻骨料。本发明处理生活污水污泥，提高了烧结产品的强度，大大节约了烧结能耗；所得的陶粒轻骨料有致密的铀面、轻质高强，满足国标GB/T17431.2-1998，在房屋、路面、桥梁等工程中都可使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用污泥制备陶粒轻骨料的方法，尤其涉及用市政脱水污泥干化烧结制取轻骨料陶粒的资源化技术，属于固体废物处理处置及资源化技术领域。
背景技术
市政污泥含有丰富的有机物，热值高达3000kcal/kg以上；其无机成分和粘土类似，是一种很好的自然资源。在能源资源日益紧张、国家禁止使用粘土制建材的今天，利用污泥代替粘土制取建材轻骨料同时利用了污泥的高热值和污泥的类粘土无机成分，变废为宝，符合我国固体废物处理处置的无害化、减量化和资源化原则，将具有广阔的发展前景。利用污泥制建材轻骨料通过高温烧结作用还具有固化重金属和去除恶臭等作用。
利用市政脱水污泥烧结制取轻骨料陶粒的方法自上世纪80年代末开始有人研究，并已有多篇公开技术文献报道。在已经披露的现有技术中，已报道(申请号：200510010579.0)污泥干化烧结制备建筑陶粒轻骨料，但存在污泥掺加比低、大量使用国家禁止使用的粘土等缺点，不适用于大批量处理处置污泥及可持续发展。也有报道(申请号：02104109.1)污泥烧结过程重金属控制的二次污染针对性研究，但也存在高烧结温度、高掺加比粘土、低掺加比污泥等缺点。随着国家禁止使用粘土制取建材，兼有高污泥掺加比、不掺加粘土的创新技术是目前的研究方向。
发明内容
针对现有工艺污泥掺加比低、烧结温度高和掺加了国家禁止使用的粘土等弊端，本发明提供了一种在保证陶粒轻骨料产品建材性能的前提下，以污泥为主要原料、不掺加粘土的1080-1100℃低温烧结制取轻骨料陶粒方法。并在烧结产品使用中不发生重金属溶出对环境的二次污染。
一种利用污泥制备陶粒轻骨料的方法，该方法包括以下步骤：
a、对75～85％含水率的脱水泥饼进行热干燥得到干污泥；
b、将步骤(a)所述干污泥破碎、筛分过45mm筛；
c、将步骤(b)筛分后的干污泥中加入干污泥质量18～25％的粉煤灰，搅拌；
d、将步骤(c)搅拌后的混合材料注入粉末压片机中8MPa挤压成型得到陶粒轻骨料坯料；
e、烧结：先对所述成型坯料加热到350℃并停留20分钟，使有机物充分挥发排除；然后在1080～1100℃条件下进行焙烧30分钟；
f、自然冷却至室温，即得到所述陶粒轻骨料产品。
本发明采用烧结方法处理生活污水污泥，它同时是一种以污泥为主要原料制成轻骨料陶粒的方法。轻骨料陶粒是由脱水污泥和粉煤灰两种原料制备而成，其中脱水污泥的含水率在75-85％之间；将脱水污泥首先进行干燥，破碎、筛分过45mm筛后，加入干污泥质量18-25％的粉煤灰混合均匀、8MPa挤压成型、350℃预热20min、在1080-1100℃条件下烧制30min成产品。
污泥中可熔盐含量高，熔融温度低，相比粘土陶粒和粉煤灰陶粒，污泥陶粒所需烧结温度低，大大节约了烧结能耗。
污泥烧结产品的强度要求是限制污泥掺加比的主要因素，其原因主要是污泥中有机物的挥发导致污泥空隙率大、产品强度低。添加粉煤灰能有效填充烧结产品内部空隙，降低孔隙率。本工艺控制脱水污泥中有机物含量占污泥干基含量＜65％则能得到合格产品。
粉煤灰含高含量硅、铝成分，添加粉煤灰还能促进钙黄长石、莫来石和磷酸铝等高强晶体相的生成，进一步提高烧结产品的强度。
本发明所述轻骨料陶粒产品呈深红色、内部具有封闭的微孔结构、表面有一层致密的铀面、轻质高强，完全满足国标GB/T17431.2-1998的轻骨料陶粒800级建材要求。此外，使用本发明所生产轻骨料陶粒产品，原料中的重金属不易析出，从而使该产品可以在房屋、路面、桥梁等工程中使用。
附图说明
图1是本发明污泥干化烧结工艺流程图。
图2烧结产品陶粒实物示意图。
图3烧结产品陶粒内部孔结构扫描电子图。
图4烧结过程中重金属固定率图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明市政污泥干化烧结工艺作进一步描述。
以北京市某污水处理厂机械脱水污泥为例。该污水处理厂主要针对城市生活污水，采用传统的A/A/O回流污泥反硝化生物脱氮除磷工艺，初沉池和二沉池的混合污泥经重力浓缩+机械脱水后得到脱水污泥，其基本特性见表1所示。由表1可知：污泥未经消化处理，有机物含量很高，不利于污泥的烧结处理；污泥干基的热值很高，达到劣质煤的热值，适合进行热处理；由于污水主要来源于生活污水，因此重金属含量较低；污泥的无机成分和粘土类似。
表1污泥样品基本特性
图1是本发明污泥干化烧结工艺流程图。
实施例1：
本实施例中粉煤灰添加量占干污泥质量的18％，烧结温度1080℃。制备方法步骤如下：
a、首先对脱水污泥进行热干燥，采用桨叶式干燥机180℃干燥2小时，得到含水率＜10％的干污泥；
b、万能粉碎机粉碎、筛分过45mm筛；
c、按照该工艺的原料配比加入干污泥质量18％的粉煤灰，并用水泥净浆搅拌机搅拌5min，混合均匀；
d、粉末压片机8MPa挤压成型得到轻骨料陶粒坯料；
e、350℃预热20min，预热的目的主要是降低坯料中有机物含量，避免烧结过程坯料开裂；1080℃烧结30min；
f、自然冷却后得到产品。
实施例2：
本实施例中粉煤灰添加量占干污泥质量的25％，烧结温度1100℃。制备方法步骤如下：
a、首先对脱水污泥进行热干燥，采用桨叶式干燥机180℃干燥2小时，得到含水率＜10％的干污泥；
b、万能粉碎机粉碎、筛分过45mm筛；
c、按照该工艺的原料配比加入干污泥质量25％的粉煤灰，并用水泥净浆搅拌机搅拌5min，混合均匀；
d、粉末压片机8MPa挤压成型得到轻骨料陶粒坯料；
e、350℃预热20min，预热的目的主要是降低坯料中有机物含量，避免烧结过程坯料开裂；1100℃烧结30min；
f、自然冷却后得到产品。
实施例3：
本实施例中粉煤灰添加量占干污泥质量的20％，烧结温度1090℃。制备方法步骤如下：
a、首先对脱水污泥进行热干燥，采用桨叶式干燥机180℃干燥2小时，得到含水率＜10％的干污泥；
b、万能粉碎机粉碎、筛分过45mm筛；
c、按照该工艺的原料配比加入干污泥质量20％的粉煤灰，并用水泥净浆搅拌机搅拌5min，混合均匀；
d、粉末压片机8MPa挤压成型得到轻骨料陶粒坯料；
e、350℃预热20min，预热的目的主要是降低坯料中有机物含量，避免烧结过程坯料开裂；1090℃烧结30min；
f、自然冷却后得到产品。
图2烧结产品陶粒实物示意图。图3烧结产品陶粒内部孔结构扫描电子图。
下面对烧结陶粒产品的建材性能和重金属固定特性进行分析测试。
产品的建材性能测定结果见下表2所示。
表2陶粒产品力学性能测定结果
该试验结果表明，根据本发明技术工艺方案制备的污泥陶粒产品达到了《轻集料及其试验方法》(GB/T17431.2-1998)800级陶粒标准，可以做承重轻骨料。
陶粒烧结过程中的重金属固定效果见图4所示。除Pb外重金属的固定率均在60％以上，可见，烧结过程对重金属的固定效果很好。Pb和少量其它重金属挥发后，通过设置喷洒活性炭吸附和布袋除尘器截留方法可得到有效控制。
对该烧结产品的浸出液试验结果见表3所示。
表3陶粒产品浸出试验结果
该试验结果还表明：按照本发明技术方案，使用城市污水处理厂脱水污泥经干化处理、掺加少量粉煤灰后高温烧结所得出的陶粒，其浸出液中重金属浓度远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-1996)规定的浸出液标准，还满足地表水III类水质标准要求，说明经过焙烧陶粒对重金属的固定效果很好，符合资源化利用的条件。
污泥中重金属含量本身就很低，经过烧结处理后能够得到充分固化，烧结体主要应用作路基材料和建筑骨料，使用中会与水泥、沥青等固化成型，这还能够进一步提高重金属的固化效果。
上述试验结果说明本发明技术方案实现了本发明的目的。
Claims (1)
1、一种利用污泥制备陶粒轻骨料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)对75～85％含水率的脱水泥饼进行热干燥得到干污泥；
(2)将步骤(1)所述干污泥破碎、筛分过45mm筛；
(3)将步骤(2)筛分后的干污泥中加入干污泥质量18～25％的粉煤灰，搅拌；
(4)将步骤(3)搅拌后的混合材料注入粉末压片机中8MPa挤压成型得到陶粒轻骨料坯料；
(5)烧结：先对所述成型坯料加热到350℃并停留20分钟，使有机物充分挥发排除；然后在1080～1100℃条件下进行焙烧30分钟；
(6)自然冷却至室温，即得到所述陶粒轻骨料。
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