CN106747314A - 一种污泥与淤泥烧结砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥与淤泥烧结砖，按绝干重量计，包括由以下质量分数的烧结原料制得：依次经热水解预处理和厌氧消化处理后的城市污泥30％‑45％、含固率为60‑70％的河湖淤泥35％‑60％、粉煤灰5％‑10％和添加剂5％‑10％。本发明还公开了其制备方法，包括城市污泥的前处理、河湖淤泥的前处理、混合料的配制、砖坯成型、干燥和焙烧成品等步骤。本发明将消化后的污泥和经干化处理的河道淤泥混合配制烧结制砖，既解决了两种污泥的出路又解决了两种污泥堆置产生的二次污染，实现了污泥与淤泥资源化利用；本发明制得的烧结砖产品外观无裂纹、无缺角、无压痕；具有较好的物理力学性能。

Description

一种污泥与淤泥烧结砖及其制备方法
技术领域
本发明属于制砖技术领域，特别涉及一种污泥与淤泥烧结砖及其制备方法。
背景技术
随着我国大规模土木工程建设的不断推进，仅2015年建筑业房屋竣工面积就达到42.08亿m2，砖作为围护结构材料的需求量也日益增大。传统的粘土烧结砖，由于取粘土为材料，造成了大量的土地被毁，严重破坏耕地资源，为保护耕地资源，国家已三令五申禁止和使用粘土烧结砖。随着国家“禁实限粘”政策的深入贯彻和落实，粘土烧结砖的生产和采用将受到限制，开发生产各类非粘土质墙体材料，特别是利用固体废弃物来生产墙体材料是势所必然。
污泥是废水处理过程的副产品，是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，污泥含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等，不加处理的任意排放会对环境造成严重的污染。厌氧消化是一种在实现固体有机废弃物的稳定化，同时产生作为能源的沼气的技术，可以作为污泥处理的适合选择，但市政污泥厌氧消化仍存在着厌氧消化效率及产气量低、消化后脱水性能差等问题。
鉴于消化污泥中的矿物成分是许多建材的主要组分，将污泥作为一种资源加以有效利用，是实现其无害化的有效处置方式，且污泥量有保证，可实现规模化生产。同时，近年来河道淤泥的清理量很大，若不加以有效处置亦将占用大量田地，造成二次污染。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种污泥与淤泥烧结砖，将市政污泥先通过热水解处理，以提高厌氧消化效能，减少污泥氮磷等营养物和有机物的含量，并显著改善污泥的流变特性和脱水性能，并与河湖淤泥、粉煤灰和添加剂混合烧结制砖，实现污泥和河湖淤泥的资源化利用，变废为宝、保护环境。
本发明的第二目的是提供上述污泥与淤泥烧结砖的制备方法，将市政污泥先通过热水解处理，以提高厌氧消化效能，减少污泥氮磷等营养物和有机物的含量，并显著改善污泥的流变特性和脱水性能；并与河湖淤泥、粉煤灰和添加剂混合烧结制砖，实现污泥和河湖淤泥的资源化利用，变废为宝、保护环境。
本发明的技术方案如下：
一种污泥与淤泥烧结砖，按绝干重量计，包括由以下质量分数的烧结原料制得：依次经热水解预处理和厌氧消化处理后的城市污泥30％-45％、含固率为60-70％的河湖淤泥35％-60％、粉煤灰5％-10％和添加剂5％-10％；
所述的添加剂为调整塑性指数的膨润土下脚料和改善烧结性能的工业废弃物。
进一步优选，所述的工业废弃物为硫酸渣、煤研石或炉渣中的一种或几种。
本发明还公开了一种上述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理
向市政污水处理厂的脱水污泥加水，含固率(TS)调节至为10％，通过泵送至热水解段浆化罐进行浆化处理，然后经螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送至厌氧消化系统内进行中温厌氧消化T＝35℃，停留时间(SRT)＝20d，再将消化后的泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％；
(2)河湖淤泥的前处理
河湖底泥经板框压滤机泥水分离后，得到含固率为60-70％的河湖淤泥；
(3)混合料的配制
以质量分数计，将前处理后的城市污泥30％-45％和河湖淤泥35％-60％与粉煤灰5％-10％、添加剂5％-10％分别置于箱式给料机混合，然后经皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％；
(4)砖坯成型
混合料陈化后，用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖坯；
(5)干燥
在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％以下；
(6)焙烧成品
将干燥好的砖坯在隧道窑中以900℃-1000℃高温焙烧，焙烧时间为35h，即获得烧结砖产品。
进一步优选，步骤(1)中，厌氧消化产生的沼气经干法脱硫后通过管道连接到砖窑和蒸汽锅炉使用，锅炉产生的蒸汽用于供给热水解段浆化罐和热水解闪蒸一体罐所需的热能。
进一步优选，步骤(5)中，所述的干燥窑的热源来自砖窑的余热。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
一、本发明的一种污泥与淤泥烧结砖，实现将消化后的污泥和经干化处理的河道淤泥混合配制烧结制砖，既解决了两种污泥的出路又解决了两种污泥堆置产生的二次污染，实现了污泥与淤泥资源化利用；
二、本发明的一种污泥与淤泥烧结砖，所得的烧结砖产品外观无裂纹、无缺角、无压痕；具有较好的物理力学性能：表观密度为1300～1600kg/m3，抗压强度为15～17MPa，当量导热系数为0.5W/(m·K)左右，5h沸煮吸水率为18％左右；
三、本发明的一种污泥与淤泥烧结砖的制备方法，通过在厌氧消化之前增加热水解处理步骤，使得有机物完全释放出来，使得厌氧消化完全，比传统厌氧消化SRT缩短和提高了反应器的容积负荷(TS增高)；
四、本发明的一种污泥与淤泥烧结砖的制备方法，将厌氧消化产生的沼气利用在砖窑和锅炉上，实现能源回收合理利用，绿色环保。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明的一种污泥与淤泥烧结砖的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明考虑到市政污泥富含丰富的氮磷等营养物和有机物，而现有仅通过厌氧消化很难达到充分消化的目的，鉴于此，本发明在制备污泥与淤泥烧结砖时，在厌氧消化处理步骤之前，增加热处理步骤以提高厌氧消化的效率。热水解是一种有效的市政污泥预处理技术，经过热水解处理后，微生物絮体解体，微生物细胞破碎，细胞中的有机物质(蛋白质、脂肪、碳水化合物等)释放出来，因此，可提高厌氧消化的效能，既增加了甲烷产量，又能显著提高污泥的流变特性和脱水性能。
如图1所示，本发明的一种上述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理
向市政污水处理厂的脱水污泥加水，TS调节至为10％左右，通过泵送至热水解段浆化罐进行浆化处理，然后经螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送至厌氧消化系统内进行中温厌氧消化T＝35℃，SRT＝20d，再将消化后的泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前处理
河湖底泥经板框压滤机泥水分离后，得到含固率为60-70％左右的河湖淤泥；
(3)混合料的配制
以质量分数计，将前处理后的城市污泥30％-45％和河湖淤泥35％-60％与粉煤灰5％-10％、添加剂5％-10％分别置于箱式给料机混合，然后经皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％左右；
(4)砖坯成型
混合料陈化后，用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖坯；
(5)干燥
在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％左右以下；
(6)焙烧成品
将干燥好的砖坯在隧道窑中以900℃-1000℃高温焙烧，焙烧时间为35h，即获得烧结砖产品。
进一步，步骤(1)中，厌氧消化产生的沼气经干法脱硫后通过管道连接到砖窑和蒸汽锅炉使用，锅炉产生的蒸汽用于供给热水解段浆化罐和热水解闪蒸一体罐所需的热能。
进一步，步骤(5)中，所述的干燥窑的热源来自砖窑的余热，。
实施例1：本实施例1的一种污泥与淤泥烧结砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理：市政污水处理厂的脱水污泥(TS＝20％)加水调节TS为10％左右，通过泵送至浆化罐进行浆化处理，然后经螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃之间停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送进入厌氧消化系统内进行中温厌氧消化(T＝35℃，SRT＝20d)，上述泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前处理：运用板框压滤机将河湖底泥进行泥水分离后达到60-70％的含固率，成为制砖的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：将处理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照质量比30％∶60％∶5％∶5％进行配制，其中硫酸渣粒径不得大于3mm，送入箱式给料机混合，然后通过皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％左右；
(4)砖坯成型：将上述混合料陈化后用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖培，挤出压力为3MPa；
(5)干燥：在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％以下；
(6)焙烧成品：将干燥好的砖坯在隧道窑中以970℃高温焙烧，焙烧时间为35h左右获得烧结砖产品；
所得的烧结砖产品外观无裂纹、无缺角、无压痕，物理力学性能指标见表1。
表1实施例1消化污泥淤泥烧结砖物理力学性能
实施例2：本实施例2的一种污泥与淤泥烧结砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理：市政污水处理厂的脱水污泥(TS＝20％)加水调节TS为10％左右，通过泵送至浆化罐进行浆化处理，后通过螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃之间停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送进入厌氧消化系统内进行中温厌氧消化(T＝35℃，SRT＝20d)，。上述泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前处理：运用板框压滤机将河湖底泥的进行泥水分离后达到60一70％的含泥率，成为制砖的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：将处理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照质量比40％∶40％∶10％∶10％进行配制，其中硫酸渣粒径不得大于3mm，送入箱式给料机混合，然后通过皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％左右；
(4)砖坯成型：将上述混合料陈化后用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖培，挤出压力为3MPa；
(5)干燥：在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％以下；
(6)焙烧成品：将干燥好的砖坯在隧道窑中以1000℃高温焙烧，焙烧时间为34h左右，即获得烧结砖产品；
所得的烧结砖产品外观无裂纹、无缺角、无压痕，物理力学性能指标见表2。
表2实施例2消化污泥淤泥烧结砖物理力学性能
实施例3：本实施例3的一种上述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理：市政污水处理厂的脱水污泥(TS＝20％)加水调节TS为10％左右，通过泵送至浆化罐进行浆化处理，后通过螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃之间停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送进入厌氧消化系统内进行中温厌氧消化((T＝35℃，SRT＝20d)，上述泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前处理：运用板框压滤机将河湖底泥进行泥水分离后达到60-70％的含泥率，成为制砖的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：将处理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照质量比40％∶50％∶5％∶5％进行配制，其中硫酸渣粒径不得大于3mm，送入箱式给料机混合，然后通过皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％左右；
(4)砖坯成型：将上述混合料陈化后用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖培，挤出压力为3MPa；
(5)干燥：在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％以下；
(6)焙烧成品：将干燥好的砖坯在隧道窑中以1000℃高温焙烧，焙烧时间为32h左右，即获得烧结砖产品。
所得的烧结砖产品外观无裂纹、无缺角、无压痕，物理力学性能指标见表3。
表3实施例3消化污泥淤泥烧结砖物理力学性能
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种污泥与淤泥烧结砖，其特征在于，按绝干重量计，包括由以下质量分数的烧结原料制得：依次经热水解预处理和厌氧消化处理后的城市污泥30％-45％、含固率为60-70％的河湖淤泥35％-60％、粉煤灰5％-10％和添加剂5％-10％；
所述的添加剂为调整塑性指数的膨润土下脚料和改善烧结性能的工业废弃物。
2.根据权利要求1所述的一种污泥与淤泥烧结砖，其特征在于，所述的工业废弃物为硫酸渣、煤研石或炉渣中的一种或几种。
3.一种如权利要求1～2所述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)城市污泥的前处理
向市政污水处理厂的脱水污泥加水，TS调节至为10％，通过泵送至热水解段浆化罐进行浆化处理，然后经螺杆泵输送至热水解闪蒸一体罐，并从蒸汽锅炉由反应釜上部向其内注入1.8-2.3MPa的饱和蒸汽，当温度升至在160-180℃停止注入饱和蒸汽，并保持20min，排汽泄压并排出所述泥浆，污泥经冷却后输送至厌氧消化系统内进行中温厌氧消化T＝35℃，SRT＝20d，再将消化后的泥浆直接进入板框压滤机实现固液分离，分离后的固相含水率降低至40％；
(2)河湖淤泥的前处理
河湖底泥经板框压滤机泥水分离后，得到含固率为60-70％的河湖淤泥；
(3)混合料的配制
以质量分数计，将前处理后的城市污泥30％-45％和河湖淤泥35％-60％与粉煤灰5％-10％、添加剂5％-10％分别置于箱式给料机混合，然后经皮带机传送到双轴搅拌机中强力搅拌均匀，混合后陈化两个星期，直至含水率达到20％；
(4)砖坯成型
混合料陈化后，用双级真空挤砖机挤压制成不同形状和尺寸的砖坯；
(5)干燥
在干燥窑对砖坯进行干燥，使砖坯含水率在10％以下；
(6)焙烧成品
将干燥好的砖坯在隧道窑中以900℃-1000℃高温焙烧，焙烧时间为35h，即获得烧结砖产品。
4.根据权利要求3所述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，厌氧消化产生的沼气经干法脱硫后通过管道连接到砖窑和蒸汽锅炉使用，锅炉产生的蒸汽用于供给热水解段浆化罐和热水解闪蒸一体罐所需的热能。
5.根据权利要求3所述的污泥与淤泥烧结砖的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的干燥窑的热源来自砖窑的余热。
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