CN106278172A - 一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)配料：将原料按以下重量百分含量混合，城市脱水污泥40％～80％、盐渍土15％～50％、增塑剂5％～10％、水料比0.2～0.35，混合后搅拌均匀；(2)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，颗粒为球形或椭圆形；(3)干燥：将造粒后的颗粒放入干燥箱中干燥；(4)煅烧：再将干燥后的颗粒放入高温煅烧设备中烧结即得陶粒。本发明实现了固废的无害化，避免了二次污染，减少了资源浪费，实现了城市污泥的安全处置；同时，利用城市污泥制备出高强陶粒产品，所得陶粒可以很好的固化原材料中含有的重金属，同时，也减少了陶粒工业对天然原料的需求量。

Description

一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料和危险废物处理技术领域，具体涉及一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法。
背景技术
目前，随着经济发展和城市化进程的加快,我国水污染日益严重。为此，国内兴建了大批污水处理厂。污水处理厂的数量从2004年的667座增加到2014年的3622座,污水处理量从2004年的163亿立方米增长到近446亿立方米。以天津市城区为例，已建成运行的污水处理厂共44座，年产生含水率80％的脱水污泥约80万吨。污水处理后产生的污泥，其无害化处理一直是一个难题。污泥的成分极其复杂，其是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体，并且体积大，易腐败，不稳定，有恶臭，当目前的处理方法主要有两种：第一种是焚烧，即在专业生产线上焚烧处理污泥，但这不仅会造成大气污染，并且耗能巨大；第二种是填埋，即对脱水后污泥直接填埋于指定地点，然而其内部有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染，并且填埋产生的废气造成大气污染。因此，如何采取适当的技术处理城市污泥，并达到稳定化、资源化和无害化的目标，已成为当前许多学者研究的重点。
如采用现有技术中的处置方式，不仅占用大量土地还会造成土壤和地下水的污染。上述问题决定了土地填埋和焚烧从多方面考虑都不是处置污泥可以长久的办法。因此，寻求更为有效的污泥处置办法已成为非常紧迫的任务。若用污泥烧制陶粒，不仅解决了大量污泥的堆放问题，避免排放不当对环境所造成的二次污染，而且陶粒作为轻骨料用于基础建筑也缓解了砂、石等建材资源危机。这也响应了当前国家资源化利用的趋势。
公开号为CN105130391A的中国专利文献“利用湖泊底泥和城市污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法”中尝试利用城市污泥制备陶粒，为建材行业处置城市污泥提供了新的渠道。但在污泥使用量、陶粒强度、吸水率和重金属固化方面均有一定的局限性，还有很大的提升空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，用以解决现有大量污泥的堆放问题，避免排放不当对环境所造成的二次污染的问题，为实现上述目的，本发明方法以城市脱水污泥和盐渍土为主材，蒙脱土、膨润土等粘性土为增塑剂，制备出一种城市污泥固化重金属高强陶粒。具体地，该方法包括如下步骤：
(1)配料：将以下原料按以下重量百分含量混合，城市脱水污泥40％～80％、盐渍土15％～50％、增塑剂5％～10％、水料比0.2～0.35，混合后搅拌均匀；
(2)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，颗粒为球形或椭圆形；
(3)干燥：将造粒后的颗粒放入干燥箱中干燥；
(4)煅烧：再将干燥后的颗粒放入高温煅烧设备中烧结即得陶粒；
进一步地，所述步骤(1)中的城市脱水污泥为城市工业废水处理厂污泥或城市生活污水处理厂污泥；
进一步地，所述步骤(1)中的增塑剂是蒙脱土、膨润土中的一种；
进一步地，所述步骤(3)的干燥温度60～105℃，干燥时间5～10小时；
进一步地，所述步骤(4)所述的高温煅烧设备是马弗炉；
进一步地，所述步骤(4)所述的煅烧工艺包括预热阶段、焙烧阶段和降温退火阶段；
进一步地，所述预热阶段的具体工艺为：以6～10℃/min的升温速率，由室温升到400℃～600℃，保温30～50分钟；
进一步地，所述焙烧阶段的具体工艺为：以10～15℃/min的升温速率；升温至1120℃～1180℃，保温5～25分钟；
进一步地，所述降温退火阶段的具体工艺为：以20℃/min的速率快速降温，温度降至600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却。
本发明具有如下优点：
(1)本发明一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，原料主要城市脱水污泥、盐渍土均为固体废弃物，不仅解决了现有大量污泥的堆放问题，避免排放不当对环境所造成的二次污染的问题，实现了固废的无害化、资源化处理，减少了资源浪费，实现了城市污泥的安全处置；同时，能够经济、可行地利用城市污泥制备出高强陶粒产品，所得陶粒可以很好的固化原材料中含有的重金属，在利于资源循环利用和环境保护的同时，也减少了陶粒工业对天然原料的需求量。
(2)采用该方法制备的陶粒，结构强度好，吸水率低，硬度大，化学稳定性好，并且，陶粒表面有一层釉质层或玻璃体覆盖，极大的增强了污泥中重金属的固化能力。由于，城市污泥高强陶粒具有质轻、高强、经久耐用和重金属固化效果好的优点，使其可用于轻质建筑构件或保温材料，而城市污泥高强陶粒性能的特点正好符合现代建筑业的需要，该材料代替砂石作为轻质混凝土中的骨料，大大缓解了自然骨料的压力。
(3)根据本发明的制备方法所得陶粒，其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求，并且重金属含量远远满足危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准，同时为城市污泥的资源化利用开发了积极可行的渠道。
附图说明
图1为本发明一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法所得陶粒的照片。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将城市工业废水处理厂污泥、盐渍土和蒙脱土经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛。
(2)配料：将原料按以下重量百分含量混合：城市脱水污泥75％、盐渍土20％、蒙脱土5％，水料比0.3，混合后搅拌均匀。
(3)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，得到粒径为0.6～1.2cm的球形颗粒。
(4)干燥：球形颗粒放入干燥箱中干燥，干燥温度80℃，干燥时间6小时。
(5)煅烧：再将干燥后的球形颗粒放入马弗炉中烧结，具体工艺工程为预热温度：以6℃/min的升温速率，由室温升到400℃，保温50分钟；焙烧阶段：1140℃保温15分钟，升温速率10℃/min；降温退火阶段：600℃以上以20℃/min的速率快速降温，到600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却，即得陶粒，照片见附图1。
实施例2
一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将城市工业废水处理厂污泥、盐渍土和膨润土经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛。
(2)配料：将原料按以下重量百分含量混合：城市工业废水处理厂污泥80％、盐渍土12％、膨润土8％，水料比0.35，混合后搅拌均匀。
(3)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，得到粒径为0.6～1.2cm的球形颗粒。
(4)干燥：球形颗粒放入干燥箱中干燥，干燥温度100℃，干燥时间5小时。
(5)煅烧：再将干燥后的球形颗粒放入马弗炉中烧结，具体工艺工程为预热温度：以8℃/min的升温速率，由室温升到500℃，保温40分钟；焙烧阶段：1160℃保温15分钟，升温速率15℃/min；降温退火阶段：600℃以上以20℃/min的速率快速降温，到600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却，即得陶粒。
实施例3
一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将城市生活污水处理厂污泥、盐渍土和蒙脱土经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛。
(2)配料：将原料按以下重量百分含量混合：城市生活污水处理厂污泥45％、盐渍土45％、蒙脱土10％，水料比0.20，混合后搅拌均匀。
(3)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，得到粒径为0.6～1.2cm的球形颗粒。
(4)干燥：球形颗粒放入干燥箱中干燥，干燥温度90℃，干燥时间7小时。
(5)煅烧：再将干燥后的球形颗粒放入马弗炉中烧结，具体工艺工程为预热温度：以10℃/min的升温速率，由室温升到600℃，保温30分钟；焙烧阶段：1180℃保温10分钟，升温速率15℃/min；降温退火阶段：600℃以上以20℃/min的速率快速降温，到600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却，即得陶粒。
实施例4
一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将城市工业废水处理厂污泥、盐渍土和蒙脱土经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛。
(2)配料：将原料按以下重量百分含量混合：城市工业废水处理厂污泥50％、盐渍土40％、蒙脱土10％，水料比0.3，混合后搅拌均匀。
(3)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，得到粒径为0.6～1.2cm的球形颗粒。
(4)干燥：球形颗粒放入干燥箱中干燥，干燥温度105℃，干燥时间5小时。
(5)煅烧：再将干燥后的球形颗粒放入马弗炉中烧结，具体工艺工程为预热温度：以10℃/min的升温速率，由室温升到600℃，保温45分钟；焙烧阶段：1160℃保温20分钟，升温速率12℃/min；降温退火阶段：600℃以上以20℃/min的速率快速降温，到600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却，即得陶粒。
实施例5
一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：将城市工业废水处理厂污泥、盐渍土和彭润土经干燥、破碎、球磨后过0.6mm方孔筛。
(2)配料：将原料按以下重量百分含量混合：城市脱水污泥52％、盐渍土40％、膨润土8％，水料比0.25，混合后搅拌均匀。
(3)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，得到粒径为0.6～1.2cm的球形颗粒。
(4)干燥：球形颗粒放入干燥箱中干燥，干燥温度75℃，干燥时间8小时。
(5)煅烧：再将干燥后的球形颗粒放入马弗炉中烧结，具体工艺工程为预热温度：以8℃/min的升温速率，由室温升到550℃，保温45分钟；焙烧阶段：1180℃保温15分钟，升温速率15℃/min；降温退火阶段：600℃以上以20℃/min的速率快速降温，到600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却，即得陶粒。
重金属浸出试验：
对实施例1～5所得固化重金属高强陶粒，采用国家标准GB5085.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法—水平震荡法》，对城市污泥和陶粒浸出毒性进行试验，并对浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量用火焰原子吸收光谱仪测定，检测结果见表1。
表1城市污泥和实施例1～5所得陶粒浸出毒性实验结果
表1表明，采用本发明的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法所得陶粒，对其浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量进行测定，大大降低了城市脱水污泥中Cu、Zn、Pb、Cr的含量，并且，远远满足危险废物鉴别标准及危险废物填埋标准，同时为城市污泥的资源化利用开发了积极可行的渠道。
机械强度测验：
对实施例1～5所得固化重金属高强陶粒进行机械强度试验，所得数据见表2。
表2实施例1～5所得陶粒机械强度测验结果
由表2可以看出，本发明所得重金属高强陶粒，其机械强度和重金属污染指标均满足国家建筑高强轻集料的要求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)配料：将以下原料按以下重量百分含量混合，城市脱水污泥40％～80％、盐渍土15％～50％、增塑剂5％～10％、水料比0.2～0.35，混合后搅拌均匀；
(2)造粒：将混合料放入制粒机中造粒，颗粒为圆球形或椭圆形；
(3)干燥：将造粒后的颗粒放入干燥箱中干燥；
(4)煅烧：再将干燥后的颗粒放入高温煅烧设备中烧结即得陶粒。
2.根据权利要求1所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的城市脱水污泥为城市工业废水处理厂污泥或城市生活污水处理厂污泥。
3.根据权利要求1所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的增塑剂是蒙脱土、膨润土中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)的干燥温度60～105℃，干燥时间5～10小时。
5.根据权利要求1所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的高温煅烧设备是马弗炉。
6.根据权利要求5所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的煅烧工艺包括预热阶段、焙烧阶段和降温退火阶段。
7.根据权利要求6所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述预热阶段的具体工艺为：以6～10℃/min的升温速率，由室温升到400℃～600℃，保温30～50分钟。
8.根据权利要求6所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述焙烧阶段的具体工艺为：以10～15℃/min的升温速率，升温至1120℃～1180℃，保温5～25分钟。
9.根据权利要求6所述的一种城市污泥固化重金属高强陶粒的制备方法，其特征在于，所述降温退火阶段的具体工艺为：以20℃/min的速率快速降温，温度降至600℃后将陶粒从马弗炉中取出放入室温下急速冷却。
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