CN104109398B - 生化污泥作为沥青组合物的应用技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生化污泥及电石废渣等作为路面沥青的改性成分的配方与混配技术。其中包括用污泥或污泥与石灰或电石渣等碱性废渣反应初步处理及与沥青充分混合的混合技术与装备。根据不同的沥青种类和使用要求，可以采用不同的配方。本沥青组合物系列沥青的软化点提高显著，高温性能得到较好保持，符合相关改性沥青标准和使用要求。本技术提供了一种将沥青作为路面粘接材料的高附加值利用方法。生化污泥的高附加值利用、降低改性沥青的成本，对缓解沥青市场供应的不足、提升沥青的高低温性能，具有重要的价值。这是一项固废资源化及高附加值利用的成套实用技术，本技术原料来源丰富，制备工艺简单，具有很好的经济、社会和环保效益。

Description

生化污泥作为沥青组合物的应用技术

技术领域

本发明涉及生化污泥及电石废渣等作为路面沥青的改性成分的配方与混配技术，属于建筑材料与应用技术领域。

背景技术

为了保护环境，国家规定城市和企业的污水均须经过生化处理达标排放。目前活性污泥法为废水处理的主要方法，但该方法产生大量的生化污泥却至今没有一个经济可行的资源化方法，干燥焚烧或掩埋成本高，还存在严重的二次污染。因此，生化污泥的资源化和高附加值利用具有重要的经济、社会和环保效益。

生化污泥主要是水和菌体的絮凝体，含有大量的有机质(蛋白质等)、病菌、寄生虫和有毒有害物质(如重金属等)，如果干燥焚烧会产生二噁英和氮氧化物，不仅耗费大量能源，而且污染环境，得不偿失。如果直接填埋也同样会造成空气、水和土壤的二次污染。原油实际上是生物体经过微生物分解的生物质，其中也含有大量的菌体，在炼油后形成的石油沥青，是目前紧缺而必不可少的沥青路面材料。因此，生化污泥菌体与沥青的组成存在相似性，将其进行适当的处理改性后可能在沥青中很好地分散和融合，存在着作为沥青组分添加利用的可能性。

沥青路面是道路交通的首选，全球经济的发展导致了沥青道路建设的高速发展，对沥青需求量迅速增加；石油精馏与裂解技术的发展，使石油沥青的产量大幅减少。随着客运量和货运量的增大，对路面沥青的品质要求越来越高，改性沥青的使用量越来越大，使用要求也越来越高。

目前主要以有机高分子和回收橡胶作为沥青的改性剂，常见的有SBS(苯乙烯丁二烯苯乙烯三嵌段共聚物)、SBR(丁苯橡胶)和回收橡胶粉。但改性成本较高。由于道路沥青供不应求，重交沥青已涨至4500元/吨左右，而改性沥青已达到5500元/吨左右。因此提高沥青的使用性能，降低改性沥青的成本，将污泥等固废资源作为可能的沥青组分和改性剂进行研发是有价值的。

目前尚未见有人利用城市生化污泥作为沥青组分和沥青改性的报道。仅见专利CN1381316A公开了下水道淤泥(主要是无机沉淀物，并不是生化污泥)与沥青混合制得沥青材料，但对混合之后的性能及应用均未提及；专利CN1448426A利用脱墨污泥制备沥青复合改性剂，以降低沥青用量和减少沥青从石料上剥落，但其主要利用的是脱墨污泥这种在废纸造纸行业中产生的纤维和碳酸钙；专利CN1519430A利用造纸污泥中的纤维素制备了沥青的纤维材料。

发明内容

针对现有生化污泥在应用于沥青方面的研发空白，基于上述背景与分析，本发明者们一直致力于研发生化污泥及电石废渣等废渣作为路面沥青的改性成分的可行性及适合配方与添加技术。

为实现上述目的，经过长期的探索和实验，研发成功了以下技术方案：

首先将生化污泥进行脱水或使污泥与石灰或电石渣等碱性废渣混合反应脱水后再按一定比例与沥青在混合装备中充分混合分散及脱水，可以方便地制得满足用户要求的改性沥青。

所述的生化污泥可以是城市生活污水或工厂污水处理中产生的滤饼，或在常压或减压下脱水的物料，或者干燥后的物料，也可以是滤饼与石灰或电石渣等碱性废渣经混合反应与加热脱水后的物料。可以直接混合的干燥物料在添加到沥青中时最好呈粉状、含水量小于10％。

所述的初步脱水或反应后的粉体物料与融化的沥青在混合器中150℃下充分混合一定时间直至均匀。其中最佳的混合温度以120℃到160℃，最佳混合时间以30min到120min为宜。

所述的污泥的脱水干燥设备污泥与石灰或电石渣碱性粉体的反应混合脱水设备可以是搅拌釜，或真空捏合机，也可以高速剪切乳化机，但以真空捏合机最佳(见实施例5、6、7、8、9)。

所述的污泥或污泥与电石渣或石灰反应后的粉体在沥青中的添加量在10％以内能基本满足改性沥青的相关标准。其中污泥用电石渣或石灰预先反应再脱水处理后的粉体添加效果明显优于沥青单独添加污泥粉体的效果(见实施例2、4、5、8)。

所述的石灰或电石渣等碱性废渣粉体与污泥的混合比例在10％～50％范围效果显著(见实施例5、8)。

所述的干燥后的物料，如果要满足改性沥青均匀度的更高要求，可根据物料状态用粉碎机进行粉碎，并用一定目数的筛网进行筛分。用筛分出的粒径小于75μm的细粉进行添加可以更好保证添加效果(见实施例1、4)。

所述改性沥青，可以根据不同用途进行合理配方，尤以AH-90型号沥青最适合改性(见实施例3、4)。

本发明的一个特点就是将生化污泥及电石废渣等作为路面沥青的改性成分的配方与添加技术。其中包括用污泥或污泥与石灰或电石渣等碱性废渣反应初步处理及与沥青充分混合的混合技术与装备。填补了将生化污泥直接应用于沥青材料的研发空白，实现了生化污泥和电石废渣高附加值利用，开发出的全套生产技术方案具有经济技术可行性，不但可以节省资源，提升品质，而且可以降低成本，减少污染。

本发明的另一个特点就是可以根据不同的沥青种类和使用要求，可以采用不同的配方。改性后的沥青组合物系列沥青的软化点显著提高，保持了较好的高低温性能，符合相关改性沥青标准和使用要求。具有可操作性和实用性。

本发明对于生化污泥的高附加值利用，降低改性沥青的成本，缓解沥青市场供应的不足，提升沥青的高低温性能，具有重要的应用价值。这是一项固废资源化及高附加值利用的成套实用技术，本技术具有原料来源丰富，制备工艺简单，经济、社会和环保效益显著的特点。

具体实施方式

通过下面给出的本发明的实施例可进一步了解本发明，以下实施例仅为本发明的几个具体实施例，但本发明的范围并不局限于此，凡利用此方法或方案对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

实施例1：

(1)将烘干后的生化污泥用粉碎机粉碎，分别用150目筛网和250目筛网进行筛分。

(2)在不锈钢容器中准确加入90gAH-90沥青，称取10g经过150目筛网筛分的污泥粉加入不锈钢容器中。把不锈钢容器放在加热板上，在加热板上加热至150℃使沥青融化至浆状。

(3)用机械搅拌器进行搅拌，设置转速为200r/min，搅拌时间为60min。

(4)将所得样品进行软化点(标准GB/T4507-1999、下同)、针入度(标准GB/T4509-2010、下同)、延度(标准GB/T4508-2010、下同)性能指标测定，重复上述步骤测定经过250目筛网筛分的污泥添加实验，结果列于表1。

表1实施例1结果汇总表

实施例2：

(1)将烘干后的生化污泥用粉碎机粉碎，用250目筛网进行筛分。

(2)在不锈钢容器中加入一定质量的AH-90沥青，在加热板上加热至150℃使沥青融化至浆状。

(3)用机械搅拌器进行搅拌，设置转速为200r/min。按照替代质量分数为7.5％称取相应质量的污泥粉加入不锈钢容器。设置搅拌时间为60min。

(4)将所得样品进行软化点、针入度、延度性能指标测定，重复上述步骤测定替代质量分数为10％、12.5％、15％的添加污泥实验，结果列于表2。

(5)10％污泥粉替代沥青车辙实验结果按(GB/T0719-2011)方法测得的DS为790次。基本符合改性沥青要求。

表2实施例2结果汇总表

实施例3：

(1)将烘干后的生化污泥用粉碎机粉碎，用200目筛网进行筛分。

(2)在不锈钢容器中加入一定质量的AH-70沥青，在加热板上加热至150℃使沥青融化至浆状。

(3)用机械搅拌器进行搅拌，设置转速为400r/min。按照替代质量比为9％称取相应质量的污泥粉加入不锈钢容器。设置搅拌时间为60min。

(4)将所得样品进行软化点、针入度、延度性能指标测定，结果列于表3。

表3实施例3结果汇总表

实施例4：

(1)将烘干后的生化污泥用粉碎机粉碎，用200目筛网进行筛分。

(2)在不锈钢容器中加入一定质量的AH-90沥青，在加热板上加热至150℃使沥青融化至浆状。

(3)用高速剪切乳化剂进行搅拌混合，设置转速为5000r/min。按照质量分数为7％称取相应质量的污泥粉加入不锈钢容器。设置搅拌时间为30min。

(4)将所得样品进行软化点、针入度、延度性能指标测定，结果列于表4。

表4实施例4结果汇总表

实施例5：

(1)在105℃温度下，把生化污泥烘干12h，在室温下冷却。

(2)把污泥和生石灰用粉碎机进行粉碎，并用200目筛网进行筛分。

(3)按照生石灰与污泥质量比为1∶4的比例将两种粉末混匀。

(4)把混匀后的粉末按照添加质量比例为3％、5％、7％、9％、11％、13％的比例与沥青在真空捏合机中，设置捏合机物料温度为150℃，捏合时间为60min，在0～20min和40～60min时间段中开启真空泵。

(5)所得产品按照国家标准要求进行软化点、针入度、延伸度测试，结果列于表5。

表5实施例5结果汇总表

实施例6：

(1)在105℃温度下，把生化污泥烘干12h，在室温下冷却。

(2)把污泥和生石灰用粉碎机进行粉碎，并用200目筛网进行筛分。

(3)将生石灰固体粉碎成200目的粉末。

(4)按照生石灰与污泥质量比为1∶4的比例将两种粉末混匀。

(5)把混匀后的粉末按照添加质量比例为7％的比例与沥青在真空捏合机中，设置捏合机物料温度为150℃，捏合时间为60min，在0～20min和40～60min时间段中开启真空泵。

(6)所得产品进行沥青混合料车辙试验，结果列于表6。

表6：实施例6车辙测试结果表

实施例7：

(1)将定量的含水污泥放入捏合机中，实验参数设置为：捏合时间60min，加热温度105℃，正转/反转＝10min/次，抽真空时间段为0～20min和40～60min。进行污泥的烘干和粉碎。

(2)按照质量比例为污泥∶生石灰＝4∶1加入相应质量的生石灰拌合。实验参数设置为：捏合时间30min，温度105℃，正转/反转＝10min/次。

(3)称取定量上述处理好的干物料，在捏合机中加入一定质量的AH-90沥青，按照质量比为3％的比例加入改性污泥的干物料。实验参数设置为：捏合时间60min，温度150℃，正转/反转＝10min/次，抽真空时间段为0～20min和40～60min。进行沥青添加混合物料实验。

(4)重复上述步骤，按照质量比为5％、7％分别进行沥青添加物料实验。

(5)将所得样品进行软化点、针入度、延度性能指标测定，结果列于表7。

表7实施例7结果汇总表

实施例8：

(1)在105℃温度下，把生化污泥烘干12h，在室温下冷却。

(2)把烘干后的块状剩余污泥粉碎成200目的粉末。

(3)将电石渣粉末直接用200目筛网进行筛分。

(4)按照电石渣与污泥质量比为2∶3的比例将两种粉末混匀。

(5)把混匀后的粉末按照质量比3％、5％、7％、9％、11％的比例与沥青在真空捏合机中混合，设置捏合机物料温度为150℃，捏合时间为60min，正转/反转＝10min/次，其中在0～20min和40～60min中开启真空泵，在物料槽形成低压，抽取低沸点物质。

(6)所得产品进行软化点、针入度、延度测试，结果列于表8。

(7)将沥青添加7％粉体产品车辙实验结果按(GB/T0719-2011)方法测得的DS为356次。

表8实施例8结果汇总表

实施例9：

(1)将含水污泥和电石渣按照比例干重比为6∶4加入真空捏合机中，设置物料温度200℃，正转/反转＝10min/次，搅拌时间120min。抽真空时间段为0～20min，40～60min。

(2)按照物料添加比例为沥青的7％添加进去AH-90沥青于真空捏合机中进行捏合；设置物料温度150℃，正转/反转＝10min/次，搅拌时间60min。抽真空时间段为：0～20min，40～60min。

(3)所得产品进行软化点、针入度、延伸度测试，结果列于表9。

表9实施例9结果汇总表

Claims (8)

1.一种生化污泥作为路面沥青的改性成分的方法，其中包括：首先将生化污泥与石灰或电石渣混合反应脱水，再与沥青在混合装备中充分混合及脱水，制得改性沥青。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，生化污泥是城市生活污水或工厂污水处理中产生的滤饼，在常压或减压下脱水或干燥后的物料，添加到沥青中的物料呈粉状、含水量小于10％。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，与沥青在混合装备中混合，混合温度120℃到160℃，混合时间30min到120min。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，生化污泥与石灰或电石渣的混合反应脱水设备是搅拌釜、真空捏合机或高速剪切乳化机。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生化污泥与石灰或电石渣反应后的粉体在沥青中的添加量在10％以内。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，石灰或电石渣与生化污泥的混合比例为10％～50％。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，干燥后的物料用粉碎机进行粉碎，粒径小于75μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，改性沥青为AH-90型号沥青。