CN108706894B - 一种污泥超轻集料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种污泥超轻集料制备方法。利用污泥自身高含量有机物进行自胶结，利用植物纤维进行吸水，添加生石灰、增稠剂辅助成球，并且杀菌消毒。用自然烘烤干燥方式使热量从外到内逐步渗透，球体外部的有机质和增稠剂经过烘烤，水份蒸发，凝结密实成壳，包住内不得水份。受到加热后，球体内部水份蒸发，产生的压力外溢，使整个球体产生微小膨胀，球内产生空心，制成后的空心污泥球体经过喷涂防水剂晾干后就制成超轻集料。步骤简单、操作方便、实用性强。

Description

一种污泥超轻集料制备方法

技术领域

本发明属于污泥资源化领域，具体涉及一种利用污泥制备超轻混凝土集料方法。

背景技术

日本轻集料混凝土协会在1992年开始研究钢纤维增强轻集料混凝土,主要目的是提高剪切和弯曲强度,以用于道路桥面板,取得了较好的技术经济效果。1998年,美孚石油公司在沿海油田修建的石油平台用轻集料代替了所用高强混凝土中50％的普通粗集料,使混凝土密度减小为2 170kg/m3,增加了整个浮体结构的漂浮性。目前,人造轻集料朝着绿色、环保方向发展,利用淤积海泥、尾矿粉、硅藻土等烧制的许多新型轻集料也相继涌现。进入21世纪,由于高层、超高层钢筋混凝土结构物的普及,高性能混凝土轻量化技术成为一个重要的发展课题,高性能轻集料混凝土便是一个重要的发展方向。

污泥是城市污水处理后的必然副产物，是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，除含有大量水分外，还含有有机物、重金属、盐类及少量的病原体微生物和寄生虫卵等，若不进行科学地污泥处理处置将对环境造成新的二次污染。当现有的焚烧、填埋、投海和堆肥等多种污泥处理方式各有利弊。特别是随着中国各地污水处理厂的建设，水污染治理的能力不断加大，污泥产量也越来越多，污泥的处理处置已成为环境综合治理工作中的新难点、新挑战。

论文《利用不同含水率污泥制备复合高性能轻骨料的研究》将干化程度湿污泥直接与粉煤灰页岩混合制备轻骨料料球，并研究了不同含水率的污泥对轻骨料性能的影响,分析了导致轻骨料膨胀率、颗粒强度和吸水率变化的原因。但其需要对骨料进行烧结处理，环境污染大。

论文《用含重金属的污泥烧制轻骨料并应用于透水混凝土路面砖》利用电子工业所产生的含重金属无机污泥,应用包芯造粒的概念,将有害污泥包裹于坯料中心,通过滚动造粒在坯料外表形成一层页岩矿土被覆层,经过干燥与高温烧结成为陶粒；拌合水泥砂浆成型透水路面砖。但也采用了烧结法制备轻骨料，环境友好性差。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种污泥超轻集料制备方法。利用污泥自身高含量有机物进行自胶结，利用植物纤维进行吸水，添加生石灰、增稠剂辅助成球，并且杀菌消毒。用自然烘烤干燥方式使热量从外到内逐步渗透，球体外部的有机质和增稠剂经过烘烤，水份蒸发，凝结密实成壳，包住内不得水份。受到加热后，球体内部水份蒸发，产生的压力外溢，使整个球体产生微小膨胀，球内产生空心，制成后的空心污泥球体经过喷涂防水剂晾干后就制成超轻集料。该超轻污泥集料性能达到国标GB/T17431.1-2010的要求，可以进一步作为资源使用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种污泥超轻集料制备方法，包括：

在污泥中添加植物纤维、石灰和增稠剂，混合均匀，制球，得污泥球；

将上述的污泥球鼓风干燥、喷涂防水剂，即得空心的污泥超轻集料。

本申请研究发现：污泥与植物纤维、增稠剂混合制备的污泥球，在鼓风干燥过程中，由于热量是从外到内逐步渗透，球体外部的有机质和增稠剂经过烘烤，水份蒸发，凝结密实成壳，包住内部的水份。受到加热后，球体内部水份蒸发，产生的压力外溢，使整个球体产生微小膨胀，球内产生空心，制成后的空心污泥球体经过喷涂放水剂晾干后，即得超轻集料。

优选的，所述污泥、植物纤维、石灰和增稠剂的质量比为100：14-40：0.5-1：0.5-1。

本申请的增稠剂的添加不仅增加了污泥团球的粘结力，同时有效保证了干燥过程中污泥球表层的密实度，使其在干燥初期，能形成致密的表层结构，防止气体的外溢。本申请对多种纤维素醚及其衍生物类增稠剂进行实验后发现：采用羟丙基甲基纤维素作为增稠剂时，不仅提高污泥超轻集料的强度高、密度小，还有效提高集料的隔热性能，使其可用作保温用的轻粗集料。

与一般的集料相比，本申请经鼓风干燥后的污泥球仍存在吸水性率较高的问题，无法满足后续凝胶材料的包覆要求，因此，本申请对鼓风干燥后的污泥球上喷涂防水剂，以保证制备的污泥超轻集料的后续使用效果。

优选的，所述的防水剂为有机硅或聚四氟乙烯。

优选的，所述污泥的含水量为77-80％，污泥干粉中有机物含量为60-70％。

优选的，所述鼓风干燥的具体条件为：100～105℃下干燥3～4h。

所述的植物纤维由水稻秸秆或玉米秆经干燥、粉碎、过80-150目筛而得。

本申请研究过程中还发现：采用水稻秸秆或玉米秆作为吸水性的植物纤维不仅可以增强污泥团球的强度；而且由于稻秆或玉米秆在微波作用下会产生新的裂隙和孔洞，污泥可以深入孔洞进行填充，增加强度的同时，秸秆裂隙和孔洞的增加还加强了臭气的吸收，减少了污泥干燥过程中臭气的排放量。

另一方面，为了保证植物纤维对污泥的吸水效果，需要保证植物纤维吸水率可达到400-500％，因此，本申请对其进行粉碎处理，并过80～150目筛，以保证粉碎后的植物纤维具有足够的长径比和比表面积。

优选的，所述植物纤维由稻草杆或玉米秆为原料制备而成。

优选的，所述空心球体冷却后，喷涂防水剂，制得防水型超轻集料。

本发明的目的之二是任一上述的方法制备的超轻集料，所述超轻集料为空心体。

本发明的目的之三是提供污泥在制备空心超轻集料中的应用，所述污泥的含水量为77-80％，污泥干粉中有机物含量为60-70％。

本发明的有益效果

(1)利用污泥自身高含量有机物进行自胶结，利用植物纤维进行吸水，添加生石灰、增稠剂辅助成球，并且杀菌消毒。用自然烘烤干燥方式使热量从外到内逐步渗透，球体外部的有机质和增稠剂经过烘烤，水份蒸发，凝结密实成壳，包住内不得水份。受到加热后，球体内部水份蒸发，产生的压力外溢，使整个球体产生微小膨胀，球内产生空心，制成后的空心污泥球体经过喷涂防水剂晾干后就制成超轻集料。

(2)本发明中利用植物纤维前期对污泥进行吸水，制球之后利用传统加热方式是热量从外到内烘干，增稠剂和污泥中的有机质在烘烤状态下增强密实，外部形成硬壳，内部水份压力增强使球体体积微胀并且产生空心，实现超轻性能。

(3)本发明制备方法简单、效率高、实用性强，易于推广。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的说明。

增稠剂、生石灰均由市购；

污泥为某企业处理污水产物，含水量77-80％，污泥干粉中有机物含量为60-70％。

植物纤维由玉米秆自制而成，吸水率400-500％。

实施例1：没有添加增稠剂，利用常规加热方式进行加热4小时。

1)以某污水处理厂经压滤后的新鲜污泥1000g为原料(含水量75％，污泥干粉中有机物含量为60％)，向其中添加15g的玉米秸秆(过80目筛)、0.75g的生石灰，搅拌混合均匀后，制成球状；

2)将上述球状混合料在105℃的烘箱干燥240分钟，得干化的污泥团；

3)向上述干化的污泥团球喷涂有机硅防水剂(防水剂用量为污泥团的质量的3％)，烘干，即得。

4)按照相关标准要求检测了此轻质骨料的筒压强度、1h吸水率、松堆密度和粒型系数。

实施例2：添加污泥质量1％的增稠剂羟丙基甲基纤维素，利用常规加热方式进行加热4小时。

1)以某污水处理厂经压滤后的新鲜污泥1000g为原料(含水量75％，污泥干粉中有机物含量为60％)，向其中添加15g的玉米秸秆(过80目筛)、0.75g的生石灰、0.75g羟丙基甲基纤维素，搅拌混合均匀后，制成球状；

2)将上述球状混合料在105℃的烘箱干燥240分钟，得干化的污泥团；

3)向上述干化的污泥团球喷涂有机硅防水剂(防水剂用量为污泥团的质量的3％)，烘干，即得。

4)按照相关标准要求检测了此轻质骨料的筒压强度、1h吸水率、松堆密度和粒型系数。

实施例3：添加污泥质量1％的增稠剂羟丙基甲基纤维素，利用微波加热方式进行加热4小时。

1)以某污水处理厂经压滤后的新鲜污泥1000g为原料(含水量75％，污泥干粉中有机物含量为60％)，向其中添加15g的玉米秸秆(过80目筛)、0.75g的生石灰、0.75g羟丙基甲基纤维素，搅拌混合均匀后，制成球状；

2)将上述球状混合料在在800W微波干燥3分钟，得干化的污泥团；

3)向上述干化的污泥团球喷涂有机硅防水剂(防水剂用量为污泥团的质量的3％)，烘干，即得。

4)按照相关标准要求检测了此轻质骨料的筒压强度、1h吸水率、松堆密度和粒型系数。

实施例4：添加污泥质量1％的增稠剂乙基羟乙基纤维素，利用常规加热方式进行加热4小时。

1)以某污水处理厂经压滤后的新鲜污泥1000g为原料(含水量75％，污泥干粉中有机物含量为60％)，向其中添加15g的玉米秸秆(过80目筛)、0.75g的生石灰、0.75g乙基羟乙基纤维素，搅拌混合均匀后，制成球状；

2)将上述球状混合料在105℃的烘箱干燥240分钟，得干化的污泥团；

3)向上述干化的污泥团球喷涂有机硅防水剂(防水剂用量为污泥团的质量的3％)，烘干，即得。

4)按照相关标准要求检测了此轻质骨料的筒压强度、1h吸水率、松堆密度和粒型系数。

从实施例1到实施例4所测结果在表1中所示(各数据都为多次测量后的平均值)。

表1实施例1到4所测的固化时间、固化后筒压强度、表观密度和含水率

由此可知，本发明中采用植物纤维吸水，利用增稠剂和污泥有机质在加热作用下硬化成壳，内部水份蒸发产生压力导致球体膨胀和内部空心。综合所测试据，利用这种方法制备的空心球体，符合超轻集料要求。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种污泥超轻集料制备方法，其特征在于，包括：

在污泥中添加植物纤维、石灰和增稠剂，混合均匀，制球，得污泥球；

将上述的污泥球在高温下干燥，得空心球体；

所述污泥、植物纤维、石灰和增稠剂的质量比为100：14-40：0.5-1：0.5-1；

所述增稠剂为羟丙基甲基纤维素；

所述高温下干燥的具体条件为：100~105℃下干燥3~4h；

所述空心球体冷却后，喷涂防水剂，制得防水型超轻集料。

2.如权利要求1所述的污泥超轻集料制备方法，其特征在于，所述污泥的含水量为77-80%，污泥干粉中有机物含量为60-70%。

3.如权利要求1所述的污泥超轻集料制备方法，其特征在于，所述植物纤维的吸水率为400-500%。

4.如权利要求1所述的污泥超轻集料制备方法，其特征在于，所述植物纤维由稻草杆或玉米秆为原料制备而成。

5.权利要求1-4任一项所述的污泥超轻集料制备方法制备的超轻集料，其特征在于，所述超轻集料为空心体。