CN104370522A - 利用预烧城市污泥烧制砖块的方法 - Google Patents

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杨志明
刘守吉
罗东燕
黄静
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Abstract

本发明公开了一种利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，包括如下步骤：（1）混料：城市污泥进行预处理后，按一定比例与页岩粉混合，得到混合料；所述页岩粉添加的重量份为50~75份，所述城市污泥添加的重量份为25~50份；（2）将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。本发明方法的城市污泥利用率高、安全无毒、制得的砖块具有良好的抗压强度和较低的导热系数。

Description

利用预烧城市污泥烧制砖块的方法
技术领域
本发明属于污泥再利用技术领域，特别涉及一种利用预烧城市污泥烧制砖块的方法。
背景技术
作为现代城市之肾，污水处理厂不仅净化水源，也产生了城市污泥。城市污泥安全使用是一种有益资源，在建筑建材、农业、能源、生物等领域可以取得较好的经济效益；处理不当将产生严重的后果，造成重金属富集、空气污染等恶劣的二次污染。通常，城市污泥的循环利用需要达到以下几个最基本的要求：减量化，城市污泥含水率较高、体积疏松、占地面积大，采用常规运输的方式需要较高的运输成本。通过减量这一步的处理，能有效的减去污泥所含的水份，缩减体积，方便长距离运输与资源化处理；稳定化和无害化，污泥的组成复杂，含有许多的致病碳氢有机物、病毒、细菌和重金属等，易威胁到人类健康与环境保护。且污泥组成易随地区的变化而改变。污泥堆置时，易释放出二噁英、硫化氢等有毒物质而污染环境。
广西“十一五”期间已经新建了69座污水处理厂，城市污水处理总量迅猛增至405.4万m3/d，污水厂产生的固体废弃物城市污泥，将成为继污水处理之后，环境保护中新出现的另一大难题。城市污泥组分复杂，含有大量致病细菌、病毒和重金属，且其含水率高不易于长距离运输。以南宁市为例，原污水处理能力约为44万m3/d，经过扩建及技术改造后，污水处理总能力达到80万m3/d，按污泥占污水比例的0.3～0.5％[2]，由此增加的污泥可达0.8～1.6万m3/d。该市原有利用污泥生产有机肥、卫生填埋等处理措施难以满足需要，进一步研究污泥资源化、稳定化、安全化的利用方式迫在眉睫。
污泥由硅、铝、钾、钙、氧等元素构成基本组分，但是也存在铜、锌、镍等少量重金属及一些致病物质，正是这些有害物质成为了限制污泥循环利用的主要障碍。当前污泥的资源化利用研究主要集中在农业土地堆肥和新型建筑材料研发。传统的投海、卫生填埋由于土地匮乏及严重的二次污染越来越受到限制。农业利用主要把污泥当做一种有机化肥来使用，经过堆肥处理的污泥含有植物营养和少量的矿物质，适当用于农业生产，可显著提高作物的产量和品质。但是，近年来伴随检测技术的发展，污泥农用容易受到重金属的影响。建材利用是当今污泥资源化研究的热点，主要集中在制砖、水泥、陶粒等领域，工艺方式有直接利用和焚烧过后利用，这种处置方法能妥善处理污泥中的有害物质，比如致病有机物、细菌和重金属等，不足之处在于污泥的掺量低、消耗大量能源。
关于利用城市污泥烧制砖块的相关研究，我们查到如下公开文献：
1.顾爱军等，城市污泥制砖的试验研究，江苏技术师范学院学报，2013，2(19)：6-11。该文献以城市污泥和粘土为原料制砖，实验中，公开的污泥掺量0-30％，烧结时间为2-8h，烧结温度800～1100℃，对城市污泥进行的资源化利用。但是，经实验发现，该方法中城市污泥的掺量最优仅为5％，当为城市污泥的掺量30％时，砖的抗压强度仅为0.25MPa，烧成密度仅为1.45g/cm3。因此，该文献公开的方法中，城市污泥的利用率不高。
2、林子增等，城市污泥为掺料烧结砖的生产性试验研究，环境工程学报，2009，10(3)：1875-1878。该文献也以城市污泥和粘土为原料制砖，公开的污泥掺量0～5％，加水搅拌混合，控制含水率17～19％；陈化均匀混合料颗粒间的空隙水分，制坯成型，成型压力约为218～310MPa，砖坯含水率控制在16～18％；坯体150～200℃，隧道窑干燥，含水率降至6％以下，一般在3％左右；后980～1060℃隧道窑焙烧、降温,制成烧结砖。掺加11.9～5.0％污泥的粘土烧结砖抗压强度在16.11～20.18MPa之间。但是，该方法的城市污泥仍然限制在12％以内，利用率不高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，该方法的城市污泥利用率高、安全无毒、制得的砖块具有良好的抗压强度和较低的导热系数。
为实现本发明的目的，本发明提供以下技术方案：
一种利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，包括如下步骤：
(1)混料：将城市污泥进行预处理后，按一定比例与页岩粉混合，得到混合料；所述页岩粉添加的重量份为50～75份，所述城市污泥添加的重量份为25～50份；若城市污泥掺量大于50％，泥料的可塑性下降比较明显，砖块难以成型，制作时保水性差，易开裂，烧成之后表面更是容易出现裂缝，严重影响砖块的性能。
(2)将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。
所述预处理，是将城市污泥进行除臭、晾晒、烘干、粉磨和过筛后，取部分在550～600℃下预烧25～40min，然后与未预烧的城市污泥按1.2：1的重量比混合。使用经过预烧后的城市污泥，可在保持砖块强度的前提下，提高污泥在原料中的掺量。
以上所述除臭，是将城市污泥与除臭剂混合陈放7天；所述除臭剂为硝酸钙；所述过筛，是采用0.6mm的筛网。
以上所述页岩粉的粒度为≦0.6mm。
以上所述烧成的条件是：烧成温度950～1050℃，保温时间90～150min。在此温度范围内成色较好，温度较低于950℃时砖块呈现出的颜色较淡，出现欠烧现象；烧成温度高于1050℃时由于砖块的收缩率过大，砖块容易出现变形、开裂等不良现象。
以上所述粗练的时间为1.5～2h，其间保持混合料浆含水率在18～22％之间。
以上所述陈腐的时间为5天。
以上所述练泥时间为1h，保持混合料含水率12～18％。含水率较低于12％时，坯料较干不易成型，砖坯表面容易出现细裂纹；而含水率高于18％时，脱模过程中砖坯容易变形、开裂。
以上所述成型，是对经过练泥后的混合料使用20.5～33.5MPa的压力压制成型。成型压力高于33.5MPa时，压制的砖块表面容易出现裂纹，用低于20.5MPa的成型压力成型又不易制成高强度的砖块，成型压力在20.5-33.5MPa之间比较适宜。
以上所述干燥，是将成型后的砖坯先自然风干2～5天，然后在100～110℃的温度下烘干10～12h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.本发明的城市污泥利用率可高达50％，大大提高了污泥的利用率，符合循环经济的要求。
2.本发明通过对城市污泥进行除臭、烘干等预处理，可以使污泥大量应用在建筑墙体材料上，降低城市污泥资源化利用过程中对环境产生的危害。
3.通过本发明方法制得的砖块，具有良好的抗压强度(18～25MPa)、较低的导热系数(1.1～1.3W·(m-1·k-1))，且本发明的烧成条件要求的烧成温度较低，符合节约能源的要求，因此具有十分重要的应用意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
实施例中所用的城市污泥由琅东污泥和江南污泥按1:1重量混合组成。
琅东污泥取自南宁市琅东污水处理厂，该厂采用二级活性污泥法，通过两级沉淀池的沉淀过程，利用微生物的分解作用对城市中的有机成分进行降解，处理的污水来源主要为城市生活污水及少量工业污水。该污水含泥量较低、重金属及放射性组分较少。新鲜的琅东污泥呈深黑色，粘稠状，在空气中堆放风干后变为灰色，含水率在32.4～37.3％之间，PH约为7，热值为2076.1kJ·kg-1。
江南污泥来自于南宁市江南污水处理厂，有机质含量比琅东污泥低，颜色较浅，含水率和热值均分别为27.3～34.0％和1524.0kJ·kg-1，其PH约为7。
两种污泥在自然状态下散发微弱的腐臭味，少量污泥堆积不会引起人的强烈反感。但在加热到300℃左右时，会挥发出大量的刺激性气味，导致严重的空气污染。故在加热之前需要除臭处理。
本发明所用原料化学成分检测如表1所示
表1原料化学成分
原料名称 Loss SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 总和
埌东污泥 46.33 30.75 10.79 5.01 2.26 2.83 97.97
江南污泥 40.9 33.04 10.73 6.08 3.85 0.84 95.44
页岩 5.33 61.71 18.98 8.94 1.56 1.63 98.15
实施例：
一、原料预处理
1.污泥预处理
硝酸钙用量的确定：1m3湿污泥用硝酸钙12～20kg，硝酸钙先用水配制成质量百分比为40％的溶液，然后与湿污泥拌合后，加盖(覆膜)陈放7天后检查除臭效果，观察污泥的颜色及其它物理性能的变化。
经过上述除臭步骤后，将污泥先在太阳下晾晒3天，待水分降至10％时，在105℃左右烘干。用球磨机对已烘干的污泥粉磨半个小时左右，过0.6mm筛。
预烧：将过筛后的城市污泥于550～600℃下预烧，然后与未预烧的城市污泥按1.2：1的重量比混合，作为污泥原料。
2.页岩预处理：取自南宁市某建材厂，堆置时间约为一年，表观密度为2.74g·cm-3，将页岩在105℃下干燥后，粉磨30min左右，过0.6mm筛，作为原材料。
二、制备
1.混料：将预处理后的页岩粉和城市污泥按一定比例混合，得到混合料；页岩粉添加的重量份为50-75份，城市污泥添加的重量份为25-50份；
2.粗练：把混合好的料倒入混料机内，先干混30min，再加水湿混1～1.5h，制成混合浆料。保持混合料含水率在18-22％之间。
3.陈腐：把经过粗练的混合浆料放入陈化池或塑料桶、盖好，陈腐5天。
4.练泥：取出陈腐后的混合浆料再次练泥1h，制得混合泥料。期间若可塑性不足可加入适量的水，并保持混合泥料含水率在12～18％之间。在练泥过程中，伴随污泥含量的增加，混合泥料保持良好的可塑性所需的水分也会有所增加。
5.成型：对混合泥料使用20.5～33.5MPa的压力压制成型。
6.干燥：坯体经自然风干至表面泛白后，在100～110℃温度下再烘干10～12h。
7.烧成：将烘干后的坯体在950～1050℃下焙烧，并保温90～150min，即得成品。
实施例具体的相关参数如下表2所示：
表2实施例方案
经过上述工艺步骤后，所制得的砖块检测结果如下表3所示：
表3实施例检测结果
除臭对比实验：
(1)用硫酸铜和硫酸铁
将硫酸铁和硫酸铜(按2:1的重量比例)溶于水，配制成质量浓度为1.5％的处理液，在10g湿污泥(表面无明显液态水溢出)中加入处理液10ml，混合均匀(若不好搅拌可增加用水量)，加盖(或覆膜)，陈放72h后检查除臭效果，观察污泥颜色及其他物理性能的变化。
(2)高锰酸钾处理
将高锰酸钾用水配成质量百分比浓度为0.2％的处理液，在10g湿污泥(表面无明显液态水溢出)中加入处理液10ml，混合均匀(若不好搅拌可增加用水量)，加盖(或覆膜)，陈放72h后检查除臭效果，观察污泥颜色及其他物理性能的变化。
(3)用硝酸钙溶液处理
硝酸钙用量的确定：1m3湿污泥用硝酸钙12～20kg硝酸钙用水配制成质量百分比为40％的溶液，然后与湿污泥拌合后，加盖(或覆膜)，陈放72h后检查除臭效果，观察污泥的颜色及其它物理性能的变化。
(4)生物除臭剂
将1000g烟煤放入反应釜中，加水4000g和85g氢氧化钠，PH值控制在9～11之间，在90℃左右(不得超过130℃)反应60min后，放入沉淀池自然沉淀，5d后测定腐植酸含量符合要求，大于50％)后，进行干燥，得到黑色粉末状腐植酸钠除臭剂，袋装保存。取该除臭剂与水按重量比1:100配制成除臭液，喷洒或按一定比例混拌入污泥中除臭，观察污泥的颜色及其它物理性质的改变。
经过上述处理后的污泥陈放7d通过检验它们在300℃干燥过程中臭气逸出的程度，作出逸出严重程度的评价及除臭后的效果分析，主要为定性描述。高温效果的评价主要包含开始产生刺激性气体的温度、持续时间、强度及消除温度等，再结合人体感官的感觉，分别给出1～5个三角形的等级，三角形个数越多表明空气污染程度越高，其中空白样为最高是5个三角形。结果如表4所示
表4除臭评价结果
处理方法 处理结果 灼烧时空气臭度等级
硝酸钙 PH＝6，灰白褐色 ▲
高锰酸钾 PH＝5紫褐色 ▲▲▲▲
生物型 PH＝7，灰褐色 ▲▲
硫酸铜和硫酸铁 PH＝4，蓝褐色 ▲▲
空白 PH＝7，灰褐色 ▲▲▲▲▲
由上表可知，硝酸钙的除臭效果最好，其次是硫酸铜和硫酸铁混合液及生物型除臭剂，最差的是高锰酸钾。

Claims (10)

1.一种利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）混料：城市污泥进行预处理后，按一定比例与页岩粉混合，得到混合料；所述页岩粉添加的重量份为50~75份，所述城市污泥添加的重量份为25~50份；
（2）将所述混合料先后进行粗练、陈腐、练泥、成型、干燥、烧成后即得成品。
2.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述预处理，是将城市污泥进行除臭、晾晒、烘干、粉磨和过筛后，取部分在550-600℃下预烧25~40min，然后与未预烧的城市污泥按1.2：1的重量比混合。
3.根据权利要求2所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述除臭，是将城市污泥与除臭剂混合陈放7天；所述除臭剂为硝酸钙；所述过筛，是采用0.6mm的筛网。
4.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述页岩粉的粒度为≦0.6mm。
5.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述烧成的温度是950~1050℃，保温90~150min。
6.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述粗练的时间为1.5~2h，保持混合料含水率在18~22%之间。
7.根据权利要求1所述的利用城市污泥烧制砖的方法，其特征在于：所述陈腐的时间为5天。
8.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述练泥时间为1h，练后保持混合料含水率12~18%。
9.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述成型，是对混合料使用20.5~33.5MPa的成型压力压制成型。
10.根据权利要求1所述的利用预烧城市污泥烧制砖块的方法，其特征在于：所述干燥，是将成型后的坯体先自然风干，然后于100~110℃下烘干10~12h。
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