CN108706950B - 一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，以污水处理厂的城市污泥为主要原材料，加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，经过发泡处理后，得到保温砖。为达到污泥的无害化处理，本发明对城市污泥进行了预处理，采用特制污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理，将硝态氮或者亚硝态氮转化为氮气；在反硝化处理后再在污泥中加入生石灰，主要作用是杀灭污泥中的各种病菌，同时可以提升污泥温度，蒸发水分，从而为后续降低含水率的脱水环节降低难度，节能降耗。本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖，在解决了城市污水处理厂污泥的处理难题的同时，保护了耕地资源，实现了污水处理厂污泥的无害化处理和循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及保温砖技术领域，尤其涉及一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
背景技术
污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。存在的主要环境问题如下：
(1)污泥含水率高。未脱水污泥含水率大于90％，初步脱水污泥含水率也高达80％，造成运输成本高、堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容，堵塞垃圾渗滤液管等问题；
(2)细菌滋生。不仅造成视觉污染，而且为其他有害生物的滋生提供了场所；
(3)大气污染。污泥堆放在露天散发出臭气和异味，日晒风刮，污染物颗粒会造成大气污染；
(4)污染水体。经水浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，进入地下水；
(5)含有重金属。如不加以控制，则可能污染土地。
将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水分，转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后，污泥含水率可降低到55-80％，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。污泥的进一步脱水则称污泥干化，干化污泥的含水率低于10％。脱水的方法，主要有自然干化法、机械脱水法和造粒法。自然干化法和机械脱水法适用于污水污泥。造粒法适用于混凝沉淀的污泥。
目前，我国城市污水处理厂普遍采用污泥脱水机进行脱水，形成含水率75-80％的脱水污泥，目前的市污水处理厂脱水污泥处置方法中，污泥农用占44.8％、陆地填埋占31％、其他处理约10.5％、没有处理约13.7％。
未来几年是我国污水处理市场的黄金时代，将建成上千座污水处理厂。每座污水处理厂每天要排放含水率约99.2％的剩余污泥数百乃至上万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。污泥处理技术包括了污泥的浓缩、脱水和干燥三方面的技术。国内现有的基本是污泥浓缩和脱水技术，污泥经浓缩和脱水后，一般含水率只能降低到80％左右，而发达国家正逐步要求污泥的含水率降低到20-30％。因此，高效、经济的污泥处理技术包括脱水和干燥技术将有巨大的市场。
随着污水处理率的提高，污泥产量也不断增加，污泥的处理处置问题愈加突出。全国城镇污水处理厂产生干污泥约180万t/年(含水80％污泥900万t)；预计未来五年内，每年将产生干污泥540万t(含水80％污泥2700万t)；现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。有些地方的污泥没有得到合理的处理和处置便直接排放，造成了严重的二次污染。专家认为，目前迫切需要制定和完善配套系列标准，如污泥资源化用途的肥料、建材、施工用土等有关标准，需要细致研究污泥的安全性问题等等。
污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面：
(1)减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；
(2)通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；
(3)达到污泥的无害化与卫生化；
(4)在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。
污泥稳定化处置以厌氧消化为主，发达国家广泛采用，欧美、日本、独联体等国家，用厌氧消化处理污泥占污泥量的一半以上。欧洲各个国家污泥处理方式所占比例，厌氧平均占58％，发达国家六十年代，对污水处理厂污泥处理处置系统的装备已达到先进的成套产业化水平，如污泥消化系统设备、污泥浓缩脱水设备、污泥干燥焚化设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统装备以及污泥固化工业利用技术与设备，八十年代末又应用湿式氧化技术处置污泥。我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，八十年代中期建设城市大型污水厂，污泥处理也采用中温厌氧消化，引进先进技术的同时也引进了设备，尤其是借助国外贷款建设项目中，污泥处理系统装备几乎全部需要进口。近十多年来，我国城市污水厂污泥处理技术和某些单项专用设备有较大发展，积累了中温厌氧消化技术的丰富经验，而在污泥处置和最终出路方面尚属试验研究阶段。
污泥无害化主要包括杀死虫卵，减少病菌和消除重金属的污染，后者只能从上游污染源的严格控制来解决，污泥处置和综合利用方法有填埋、焚烧、排海、制造建筑材料等途径。
据美国环保署估计，美国15300个城市污水处理厂中，年产干固体污泥769万吨，45％的污泥用于农林业，21％进行填埋，30％用于投弃海洋。焚烧法由于能耗高，所以只占3％。原西德年产干污泥约200万吨，农田利用占32％，填埋占59％，焚烧占8％。日本55％的污泥进行焚烧，35％的污泥进行填埋，约9％的污泥进行农田利用。污泥排海处置，由于对海洋越来越高的要求，许多国家已停止使用。污泥焚烧以日本、德国、奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通过焚烧无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高，但焚烧投资巨大，操作管理复杂，能耗和运行费均很高，近期内我国还不能全面推广采用。据报导，日本拟研究污泥焚烧后残渣融铸成块石堆砌的处置方法。总之，在大多数国家中，特别是发展中国家土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径，而随着可填埋范围的日益减少，土地利用将是一个主要的发展方向。我国是一个发展中的国家，又是一个农业大国，城市污水污泥的土地利用应是一项重要的途径。
随着社会发展，建筑节能的要求越来越高，相应地对建筑材料的保温和隔热功能要求也越来越高。轻质保温砖是一种体积密度低、气孔率高、导热率低的保温隔热材料，其低密度、低导热率的特点决定了它在工业窑炉应用上的不可替代性。根据国家建筑节能方面的有关要求，研制开发节能轻质保温砖具有十分重要意义。现在使用的轻质保温砖需要使用大量的耕地粘土，这不符合建立节约型社会的国家政策。故有必要研究一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
发明内容
本发明提出了一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1-2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
优选的，所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24-36h，搅拌速度为180-250rpm。
优选的，所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
优选的，所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
优选的，所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
优选的，所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65-80％、6-12％和余量。
优选的，所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2-0.5％。
优选的，所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥50-65％
水玻璃1-2％
复合填料12-20％
强化填料6-10％
发泡剂2-3％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
本发明的有益之处在于：
1、本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，以污水处理厂的城市污泥为主要原材料，加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，经过发泡处理后，得到保温砖。为了达到污泥的无害化处理，本发明对城市污泥进行了预处理，主要的处理方法包括：一是采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理，将硝态氮或者亚硝态氮转化为氮气；二是在反硝化处理后再污泥中加入生石灰，主要作用是杀灭污泥中的各种病菌，同时还可以提升污泥温度，蒸发水分，从而为后续降低含水率的脱水环节降低难度，节能降耗。
2、针对目前城市污泥中重金属含量较高，而大部分反硝化细菌对重金属的适应性较差的问题，本发明精选了对重金属耐受性非常好的一种厌氧反硝化细菌，并在混合菌剂中添加了耐重金属细菌，从而使混合菌剂有更好的普适性。
3、综上所述，本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖，在解决了城市污水处理厂污泥的处理难题的同时，保护了耕地资源，实现了污水处理厂污泥的无害化处理和循环利用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1.5h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为30h，搅拌速度为225rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为75％、8％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.35％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥60％
水玻璃1.5％
复合填料18％
强化填料8％
发泡剂2.5％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
实施例2
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为36h，搅拌速度为180rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为80％、6％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.5％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥50％
水玻璃2％
复合填料12％
强化填料10％
发泡剂2％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
实施例3
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24h，搅拌速度为250rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65％、12％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥65％
水玻璃1％
复合填料20％
强化填料6％
发泡剂3％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
对比例1
将实施例1中的污泥处理菌剂替换为厌氧反硝化细菌单一菌种。
对比例2
将实施例1中的反硝化混合菌剂中的耐重金属细菌去除。
以下对实施例1-3和对比例1-2的反硝化处理效果进行对比测试，得到如下结果：
| 氨氮去除率％ | COD去除率％ | |
| 实施例1 | 98.4 | 95.2 |
| 实施例2 | 98.2 | 95.1 |
| 实施例3 | 98.2 | 94.8 |
| 对比例1 | 68.9 | 65.2 |
| 对比例2 | 74.6 | 71.4 |
由以上测试数据可以知道，本发明的污泥处理菌剂对污泥的处理效果非常好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种以城市污泥为主要原料的保温砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80%；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1-2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40%；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖；
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌；
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌 (Stenotrophomonas maltophilia)CM-NRD3，保藏编号为 CCTCC No：M2012455；
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原料的重量百分比如下：
城市污泥 50-65%
水玻璃 1-2%
复合填料 12-20%
强化填料 6-10%
发泡剂 2-3%
硅酸盐水泥 余量。
2.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24-36h，搅拌速度为180-250rpm。
3.如权利要求2所述的以城市污泥为主要原料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
4.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65-80%、6-12%和余量。
5.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2-0.5%。
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