CN102351557B - 一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，它涉及一种陶粒的制备方法。它解决了烧结法制备陶粒存在成本高、污染大，及免烧陶粒密度大的问题。方法：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后混合，得粉料；二、将城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机，得陶粒；三、陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护，得初养陶粒；四、初养陶粒蒸汽养护后即完成。本发明以城市污水厂二沉池污泥、热电厂燃后的粉煤灰为原料，实现了资源的再利用；克服了烧结法制备陶粒成本高、污染大的缺点，由于添加污泥使其具备了容重轻、孔隙率高的优点，在处理工程中作为载体时可负载较大生物量；提高陶粒的孔隙率(孔隙率为45％～60％)。

Description

一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶粒的制备方法。
背景技术
中国是世界上的产煤大国，到目前为止，粉煤灰作为排放量最大的工业废料产量己经超过亿吨。粉煤灰的排放不仅占用土地资源，造成资金的浪费，更重要的是造成严重的大气污染、土壤污染和水资源污染，危害自然环境和人类健康。所以，对粉煤灰进行综合研究，合理的回用随意排放的粉煤灰，对于保护资源、保护环境、造福人类，具有明显的研究价值和社会意义。
在污水处理过程中，产生大量污泥，其数量约占处理水量的0.3％～0.5％左右(以含水率97％计)。随着经济发展和环保意识的增强，污水处理事业不断发展，污水厂总处理水量和处理程度不断扩大和提高，产生的污泥量日益增加。污泥中含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子等，因此污泥需要及时处理与处置以确保污水处理效果，使有毒有害物质得以妥善处理或利用，并使容易腐化发臭的有机物得到稳定处理。污泥处理处置的投资和运行费较高，如处置不当，将造成“二次污染”，这已成为环保领域的难题，备受关注。
我国大部分生产的陶粒都以烧结工艺为主。烧结法生产陶粒存在着建厂投资大、工艺技术复杂、耗能高的问题，这不仅约束了陶粒制品的应用，而且也严重地限制了陶粒生产企业的发展。
目前市场大量需求陶粒，针对烧结工艺的缺陷，很早以前，人们就开始了对免烧陶粒制备工艺上的研究，虽然己经开发出产品，但并未被推广使用，主要问题是密度偏高，不适应作为曝气生物滤池中的填料，较低的空隙率致使它无法提供微生物生长的场所，也不能够截留污水中的SS和剩余污泥；填料的性质直接影响到曝气生物滤池中微生物降解有机物性能的优劣并影响到污水厂的处理成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决烧结法制备陶粒存在成本高、污染大，及免烧陶粒密度大的问题，而提供了一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法。
活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法按以下步骤进行：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比7～9∶6～8∶1～3混合，得粉料；二、将胶凝材料质量35％～65％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，在成球盘的角度为45～75°、转速为30～70r/min的条件下成球造粒机运行30～50min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程3～5次，获得粒径为5～8mm的陶粒；三、步骤二中所得陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护14～18h，得到初养陶粒；四、初养陶粒采用80～85℃的蒸汽养护6～10h，得免烧陶粒，即完成活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备；其中步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，外加剂为生石灰。
本发明以城市污水厂二沉池污泥、热电厂燃后的粉煤灰为原料加以利用，对于粉煤灰和剩余物泥的减量化和资源化提出了一种新的思路；另外二者均为废弃物，其成本较页岩和粘土等低廉，同时减轻了固废堆放对周边环境造成的污染，实现了资源的再利用，遵从国家关于构建两型社会的倡导，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
本发明制备所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒，可用于水处理工程；本发明克服了烧结法制备陶粒成本高、污染大的缺点；除此之外，由于添加污泥使其具备了容重轻、孔隙率高的优点，在处理工程中作为载体时可负载较大生物量。
本发明中陶粒强度形成的原因是胶凝材料中的硅氧化物、铝氧化物和粉煤灰中的玻璃体在碱性条件下溶解后释放的硅氧化物和铝氧化物可以发生水化反应，具有成硬的特性。
本发明中采用湿润草席，覆盖陶粒进行自然养护；这是因为通过造粒得到的球形物表面较为湿润，直接进行高温蒸养，表面易碎裂，使得成品陶粒强度低于5Mpa，对此需要先进行自然养护14～18h可使初养陶粒被硬壳包裹，避免开裂问题。将自然养护后的陶粒进行高温蒸汽养护，可加快无机胶凝材料的水化反应进程，同时高温还可使二沉池污泥中微生物体内水分脱除，进而在陶粒内部形成孔隙，提高陶粒的孔隙率(孔隙率为45％～60％)。
附图说明
图1为具体实施方式十五中所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的电镜图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法按以下步骤进行：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比7～9∶6～8∶1～3混合，得粉料；二、将胶凝材料质量35％～65％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，在成球盘的角度为45～75°、转速为30～70r/min的条件下成球造粒机运行30～50min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程3～5次，获得粒径为5～8mm的陶粒；三、步骤二中所得陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护14～18h，得到初养陶粒；四、初养陶粒采用80～85℃的蒸汽养护6～10h，得免烧陶粒，即完成活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备；其中步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，外加剂为生石灰。
本实施方式步骤一中预处理是将粉煤灰、胶凝材料和外加剂分别采用粉磨的方式磨细过100目筛；目的是减少不同原料粒径的差异，最终使原料混合后不因密度、粒径不同而从新分层，避免了最终产物个体间的差异。
本实施方式骤一中混合为干级混合。
本实施方式步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，为市售各种型号的硅酸盐水泥。
本实施方式步骤二中城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，立即有大量颗粒物生成，但此时颗粒物强度低、大小不一、相互粘连，需要重复进行粉碎、混匀和再次成球的过程3～5次，确保陶粒个体间互不粘连。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比7∶8∶3混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比9∶6∶1混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比8∶7∶2混合。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中将胶凝材料质量35％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中将胶凝材料质量65％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中将胶凝材料质量50％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中在成球盘的角度为55°、转速为50r/min的条件下成球造粒机运行40min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程4次，获得粒径为6mm的陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护14h，得到初养陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护18h，得到初养陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤三中陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护16h，得到初养陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是步骤三中陶粒采用80℃的蒸汽养护10h，得免烧陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是步骤三中陶粒采用85℃的蒸汽养护6h，得免烧陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是步骤三中陶粒采用82℃的蒸汽养护8h，得免烧陶粒。其它步骤及参数与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法按以下步骤进行：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比8∶7∶2混合，得粉料；二、将胶凝材料质量50％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，在成球盘的角度为45°、转速为70r/min的条件下成球造粒机运行50min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程5次，获得粒径为6mm的陶粒；三、步骤二中所得陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护18h，得到初养陶粒；四、初养陶粒采用80℃的蒸汽养护6h，得免烧陶粒，即完成活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备；其中步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，外加剂为生石灰。
本实施方式步骤二中城市污水厂二沉池污泥，其含水率高于99％。
本实施方式中所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒，微观结构如图1所示，陶粒内部形成孔隙，孔隙率为60％；其强度大于5MPa，成本为150元/吨。
本实施方式中所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的性质如表1所示，可见免烧陶粒性能良好，适合作为曝气生物滤池中的填料使用。
表1
  分析项目   单位   分析结果
  SiO2含量   ％   50
  Al2O3含量   ％   16
  比重   g/cm3   1.2
  容重   g/cm3   0.8
  盐酸可溶率   ％   2.9
  外观   灰褐色、表面粗糙
  磨损率   ％   2.0
  孔隙率   ％   60
  强度   Mpa   ＞5
  比表面积   m2/m3   4000
具体实施方式十六：本实施方式活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法按以下步骤进行：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比9∶8∶1混合，得粉料；二、将胶凝材料质量65％的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，在成球盘的角度为75°、转速为70r/min的条件下成球造粒机运行40min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程5次，获得粒径为5mm的陶粒；三、步骤二中所得陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护16h，得到初养陶粒；四、初养陶粒采用85℃的蒸汽养护6h，得免烧陶粒，即完成活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备；其中步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，外加剂为生石灰。
本实施方式步骤二中城市污水厂二沉池污泥，其含水率高于99％。
本实施方式中所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒，其强度大于5MPa，成本为200元/吨，孔隙率为59％。
本实施方式中所得活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的性质如表2所示，可见免烧陶粒性能良好，适合作为曝气生物滤池中的填料使用。
表2
  分析项目   单位   分析结果
  SiO2含量   ％   60
  Al2O3含量   ％   20
  比重   g/cm3   1.9
  容重   g/cm3   1.2
  盐酸可溶率   ％   3.8
  外观   灰褐色、表面粗糙
  磨损率   ％   2.4
  孔隙率   ％   59
  强度   Mpa   ＞5
  比表面积   m2/m3   5000

Claims (6)

1.一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法按以下步骤进行：一、粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比7~9:6~8:1~3混合，得粉料；二、将胶凝材料质量35%~65%的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合，然后放入成球造粒机中，在成球盘的角度为45~75°、转速为30~70r/min的条件下成球造粒机运行30~50min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程3~5次，获得粒径为5~8mm的陶粒；三、步骤二中所得陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护14~18h，得到初养陶粒；四、初养陶粒采用80~85℃的蒸汽养护6~10h，得免烧陶粒，即完成活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备；其中步骤一中胶凝材料为硅酸盐水泥，外加剂为生石灰。
2.根据权利要求1所述的一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于步骤一中粉煤灰、胶凝材料和外加剂进行预处理后按质量比8:7:2混合。
3.根据权利要求1或2所述的一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于步骤二中将胶凝材料质量50%的城市污水厂二沉池污泥与粉料混合。
4.根据权利要求3所述的一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于步骤二中在成球盘的角度为55°、转速为50r/min的条件下成球造粒机运行40min，运行期间需重复操作粉碎、混匀和再次成球的过程4次，获得粒径为6mm的陶粒。
5.根据权利要求4所述的一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于步骤三中陶粒采用覆盖湿润草席的方法养护16h，得到初养陶粒。
6.根据权利要求5所述的一种活性污泥掺混粉煤灰免烧陶粒的制备方法，其特征在于步骤四中陶粒采用82℃的蒸汽养护8h，得免烧陶粒。
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