CN103951371B

CN103951371B - 一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法

Info

Publication number: CN103951371B
Application number: CN201410145231.1A
Authority: CN
Inventors: 徐炎华; 喻化; 俞敏洁; 孙婧; 刘权; 王强
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: CN103951371A

Abstract

本发明公开了一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法，是基于磷酸激发硬页岩及活性氧化铝中活性硅铝成分发生地质聚合反应的免烧生态砖，该免烧生态砖是将一定比例化工剩余污泥焚烧灰渣掺入硬页岩粉末与及活性氧化铝粉体中混匀，与磷酸和水按比例搅拌均匀注入模具中，振捣密实后送入养护箱，在60-80℃下养护2-3h后试样脱模并继续在60-80℃下养护7d～14d得到。本方法制得的生态砖具有较好的性能，在化工剩余污泥焚烧灰渣掺量为42.56%的情况下，其最大7d抗压强度可达29.23Mpa，吸水率为10.13%，其7d养护生态砖重金属浸出浓度值远低于《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB5058.3-2007）的标准值要求。

Description

一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法

技术领域

本发明涉及一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法，尤其是涉及一种化工行业污水处理厂剩余污泥焚烧灰渣生态砖的制备方法。

背景技术

污泥焚烧灰渣是污泥焚烧处置的产物。污泥焚烧灰渣主要有三类处置方法：1）稳定化后填埋处理；2）经高温熔融处理后资源化利用；3）用于生产水泥等硅酸盐类材料。以上三种处置方法中填埋处理需建设填埋场，且污泥焚烧灰渣并没有得到利用；高温熔融需消耗大量的热能，且需要特殊的设备及专业人员；生产水泥存在掺加量小，影响材料的耐久性和强度。因此污泥焚烧灰渣资源化利用问题有待进一步解决。利用磷酸激发活性硬页岩，理论上是可以发生地质聚合反应，用于污泥焚烧灰渣免烧生态砖，但其实际运用目前未见有相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法。

本发明的技术方案为：以来源广泛、利用率程度低的硬页岩和价格低廉的磷酸来处置目前日益增多但缺乏经济有效的处置方法的化工剩余污泥焚烧灰渣，制备出具有较好性能的污泥焚烧灰渣免烧生态砖。

本发明的具体技术方案为：一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法，其具体步骤如下：

（a）剩余污泥预处理：剩余污泥经脱水，烘干，焚烧处置后，粉碎、过筛，得到剩余污泥焚烧灰渣；

（b）硬页岩预处理：硬页岩清洗并浸泡至分解成片状时，取出自然风干，粉碎，过筛后，以5～8℃/min的升温速度升至600℃～850℃，并保温2～3h，自然冷却，得到硬页岩粉末；

(c)生态砖制备：①将剩余污泥焚烧灰渣掺入硬页岩粉末和活性氧化铝中搅拌均匀成混合料；②将磷酸加水搅拌均匀成为磷酸溶液；③将①中的混合料加入②中磷酸溶液中充分搅拌形成浆体；④将浆体注入模具中，振捣密实后送入养护箱于60℃～80℃养护2～3h；⑤试样脱模；⑥将所制试样继续于60℃～80℃养护7d～14d，即得污泥焚烧灰渣免烧生态砖。

优选上述的剩余污泥是指城市污水处理厂污水生化处理系统二次沉淀池中排出的剩余活性污泥；其他行业或集中生活污水处理厂二次沉淀池排出的剩余污泥，按照本发明的剩余污泥预处理的步骤进行处理后所得污泥焚烧灰渣，也可适用本发明的制备生态砖的工艺，但要注意根据生态砖的最终用途及剩余污泥的化学成分和重金属元素分析的结果等综合判断，合理选择添加相应外加剂，制备出污泥焚烧灰渣生态砖。

优选上述过筛的筛子孔径在100～200目之间。

优选步骤（C）中的硬页岩粉末与活性氧化铝的Si/Al摩尔比为2～5；磷酸（化学纯）加入量为磷酸与硬页岩和活性氧化铝中总的氧化铝成分的摩尔比为1～2；步骤（C）③中水的加入质量占步骤（C）①中混合料质量的15%～25%。

有益效果：

本发明制备的污泥焚烧灰渣免烧生态砖有望用于化工园区内污染河道景观河生态护坡以及园区里的生态铺路砖等，有益效果如下：

1、污泥焚烧灰渣处理量大，可操作性强；

2、活性硬页岩和活性氧化铝粉体与磷酸体系生成的地质聚合物基体对污泥焚烧灰渣中重金属元素有固化及稳定化效果；

3、中低温养护，比高温熔融更具有经济先进性。

4、生态砖性能可控、可调，便于实际使用。

附图说明

图1是一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，现用实施例来描述本发明，这些实施例仅用于解释本发明，而不是用来限定本发明的范围。本发明实施例的主要原料：化工剩余污泥，磷酸（化学纯，密度1.685g/ml），硬页岩，活性氧化铝（化学纯），水。其中化工剩余污泥是取自南京某化工园区集中污水处理厂生化处理系统二次沉淀池排出的活性污泥。化工剩余污泥主要化学成分见表1，化工剩余污泥重金属元素检测值见表2，硬页岩主要化学成分的平均值及烧失量见表3：

表1化工剩余污泥主要化学成分%

表2化工剩余污泥重金属元素分析表mg/l

注：“ND”表示该元素低于检出限

表3硬页岩主要化学成分及烧失量%

以下实施例的工艺流程图如图1所示。

实施例1：

将化工剩余脱水污泥烘干、焚烧后，粉碎过100目的筛子；硬页岩清洗浸泡风干后，粉碎过100目筛子，以5℃/min的升温至600℃保温2h；活性氧化铝粉碎过100目筛子，收集备用。

按照磷酸氧化铝摩尔比为1.0，硬页岩和活性氧化铝粉体Si/Al摩尔比为3，水加入量为混合料的质量比为15%进行原料配比，具体方案如下：

1）称取硬页岩200g、化工剩余污泥焚烧灰渣50g和活性氧化铝34g充分混匀；

2）移取磷酸40.50ml置于搅拌锅中；

3）移取水42.60ml，加入磷酸搅拌锅中搅拌5min；

4）将3）所制磷酸溶液注入1）混合料中，搅拌5min；

5）注入模具振捣密实送入温度控制箱60℃养护2h后脱模；

6）送入养护箱60℃分别继续养护7d和14d。

经测定，生态砖的7d，14d抗压强度和吸水率分别为：7.53Mpa，18.79%；8.30Mpa，17.28%，7d养护生态砖重金属浸出检测值见表3：

表3生态砖重金属浸出浓度表mg/l

注：“ND”表示该元素低于检出限

实施例2：

将化工剩余脱水污泥烘干、焚烧后，粉碎过100目的筛子；硬页岩清洗浸泡风干后，粉碎过100目筛子，以8℃/min的升温至850℃保温3h；活性氧化铝粉碎过100目筛子，收集备用。

按照磷酸氧化铝摩尔比为1.35，硬页岩和活性氧化铝粉体Si/Al摩尔比为5，水加入量为混合料的质量比为22.5%进行原料配比，具体方案如下：

1）称取硬页岩200g、化工剩余污泥焚烧灰渣100g和活性氧化铝5.5g充分混匀；

2）移取磷酸32.27ml置于搅拌锅中

3）移取水68.00ml，置于磷酸搅拌锅中搅拌5.5min；

4）将3）所制磷酸溶液注入1）混合料中，搅拌5.5min；

5）注入模具振捣密实送入温度控制箱80℃养护2h后脱模；

6）送入养护箱80℃分别继续养护7d和14d。

经测定，生态砖7d,14d的抗压强度和吸水率分别为：17.48Mpa，17.94%；19.27Mpa，16.50%，7d养护生态砖重金属浸出检测值见表4：

表4生态砖重金属浸出浓度表mg/l

注：“ND”表示该元素低于检出限

实施例3：

将化工剩余脱水污泥烘干、焚烧后，粉碎过200目的筛子；硬页岩清洗浸泡风干后，粉碎过200目筛子，以5℃/min的升温至600℃保温3h；活性氧化铝粉碎，过200目筛子，收集备用。

按照磷酸氧化铝摩尔比为1.70，活性硬页岩和活性氧化铝粉体Si/Al摩尔比为3，水加入量为混合料的质量比为25%进行原料配比，具体方案如下：

1）称取硬页岩200g、化工剩余污泥焚烧灰渣150g和活性氧化铝34g充分混匀；

2）移取磷酸68.26ml，置于搅拌锅中

3）移取水96.00ml，置于磷酸搅拌锅中搅拌6min；

4）将3）所制磷酸溶液注入1）混合料中，搅拌6min；

5）注入模具振捣密实送入温度控制箱70℃养护2.5h后脱模；

6）送入养护箱70℃继续养护7d和14d。

经测定，生态砖的7d，14d抗压强度和吸水率分别为：25.42Mpa，16.37%；26.67Mpa，15.06%，7d养护生态砖重金属浸出检测值见表5：

表5生态砖重金属浸出浓度表mg/l

注：“ND”表示该元素低于检出限

实施例4：

将化工剩余脱水污泥烘干、焚烧后，粉碎过200目的筛子；硬页岩清洗浸泡风干后，粉碎过200目筛子，以8℃/min的升温至850℃保温2h；活性氧化铝粉碎，过200目筛子，收集备用。

按照磷酸氧化铝摩尔比为2.0，硬页岩和活性氧化铝粉体Si/Al摩尔比为2，水加入量为混合料的质量比为20%进行原料配比，具体方案如下：

1）称取硬页岩200g、化工剩余污泥焚烧灰渣200g和活性氧化铝70g充分混匀；

2）移取磷酸121.35ml，置于搅拌锅中；

3）移取水94.00ml，置于磷酸搅拌锅中搅拌7min；

4）将3）所制磷酸溶液注入1）混合料中，搅拌7min；

5）注入模具振捣密实送入温度控制箱80℃养护3h后脱模；

6）送入养护箱80℃继续养护7d和14d。

经测定，生态砖的7d，14d抗压强度和吸水率分别为：28.57Mpa，10.51%；29.23Mpa，10.13%，7d养护生态砖重金属浸出检测值见表6：

表6生态砖重金属浸出浓度表mg/l

注：“ND”表示该元素低于检出限

以上所述仅为本发明的实施例，并非限制本发明的专利范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种污泥焚烧灰渣免烧生态砖的制备方法，其具体步骤如下：

(a)剩余污泥预处理：剩余污泥经脱水，烘干，焚烧处置后，粉碎、过筛，得到剩余污泥焚烧灰渣；

(b)硬页岩预处理：硬页岩清洗并浸泡至分解成片状时，取出自然风干，粉碎，过筛后，以5～8℃/min的升温速度升至600℃～850℃，并保温2～3h，自然冷却，得到硬页岩粉末；

(c)生态砖制备：①将剩余污泥焚烧灰渣掺入硬页岩粉末和活性氧化铝中搅拌均匀成混合料；其中的硬页岩粉末与活性氧化铝的Si/Al摩尔比为2～5；②将磷酸加水搅拌均匀成为磷酸溶液；③将①中的混合料加入②中磷酸溶液中充分搅拌形成浆体；④将浆体注入模具中，振捣密实后送入养护箱于60℃～80℃养护2～3h；⑤试样脱模；⑥将所制试样继续于60℃～80℃养护7d～14d，即得污泥焚烧灰渣免烧生态砖。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的剩余污泥是指城市污水处理厂污水生化处理系统二次沉淀池中排出的剩余活性污泥。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于过筛的筛子孔径在100～200目之间。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(C)中磷酸加入量为磷酸与硬页岩和活性氧化铝中总的氧化铝成分的摩尔比为1～2；步骤(C)③中水的加入质量占步骤(C)①中混合料质量的15％～25％。