CN109467405A - 一种造纸污泥砖及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种造纸污泥砖及制备方法，所述污泥砖由如下重量配比的原料制成：发酵污泥35‑60份、消化石灰渣10‑40份、黏土15‑30份、脱硫石膏5‑15份、粉煤灰10‑20份；采取了污泥回用的方式，极大地节约了资源。通过对生物泥发酵去除其中的部分有机物，以达到改善污泥内部通透性的目的。粉料的研磨不仅可以减小颗粒的整体粒度，同时增大颗粒间的结合力及加快中间的化学反应，还可以减弱或消除部分杂质的不利影响。递进式变温烘烧可以充分将砖坯烧结成型，尽量避免热效应带来的不利影响,本发明所得污泥砖的抗压强度为21.6MPa。

Description

一种造纸污泥砖及制备方法
技术领域
本发明涉及一种固废回用技术领域，涉及一种新型污泥制砖的方法。
背景技术
近年来随着经济的不断的发展，我国的砖体消耗量呈逐年增大趋势，而普通粘土正是传统砖体的主要材料，这也带来了土壤流失、变性、损耗等不利影响。于此同时，由于环保政策的不断趋紧，土地的保护也提上了各级政府的议程，许多地方都已明确禁止了黏土砖的生产。基建材料的市场需求与环保政策的趋紧，这也促成了新型污泥制砖的研究方向。
造纸厂内的固体废物种类繁多，对应的处置方式各有不同，其中的生物污泥含有大量有机物，经过强力脱水可以达到50～70％的干度，但其处理效果一直达不到环保要求。对于生物污泥的处置，过去都没有行之有效的做法，通常采用掩埋和焚烧等措施。其中掩埋会带来二次污染，不符合目前的环保规范；而焚烧的热值低且不稳定，同时也会给锅炉的运转带来负面影响，而用污泥制砖的方式，辅以消化石灰渣、黏土、脱硫石膏等成分则可以大大提高混合砖的性能。
与现有技术对比，为了减轻或消除泥质砖的脆性大、硬度低等不利影响，主要通过对生物泥发酵、研磨粉料以及递进式变温烘烧等措施。如中国发明专利CN103130492A、CN103613403A、CN104370428A等，这些措施都能有效提高泥质砖内污泥的使用量以及加大其内部孔隙率，但仍存在污泥砖的性能低及能耗高等问题。本发明通过对生物泥发酵去除其中的部分有机物，以达到改善污泥内部通透性的目的；粉料的研磨不仅可以减小颗粒的整体粒度，还可以减弱或消除部分杂质的不利影响；而递进式变温烘烧可以充分将砖坯烧结成型，尽量避免热效应带来的不利影响。
发明内容
本发明目的是提供一种造纸污泥砖及制备方法，通过造纸生物泥发酵去除其中的部分有机质后，先与消化石灰细渣、黏土、脱硫石膏混合并研磨过筛，再将筛出物与粉煤灰搅拌均匀，后将混合料压坯成型养护一段时间，最后送入高温炉窑烘烧一段时间，即制得所述的新型污泥砖。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种造纸污泥砖，所述污泥砖由如下重量配比的原料制成：发酵污泥35-60份、消化石灰渣10-40份、黏土15-30份、脱硫石膏5-15份、粉煤灰10-20份；所述发酵污泥是将复合菌系F3接种至生物污泥中，在35～55℃发酵5-10天(优选8天)，获得pH为5.5-7.5、含水率25～35％的发酵污泥，所述复合菌系F3是由假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC NO：M 209151、假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC NO：M2013444、门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina)CCTCC NO：M2015114分别以菌体干重计，与纤维素酶(中性)以质量比1:1:1:1组成，其总接种量为生物污泥质量的0.01-0.5％(优选0.1-0.3％)；所述生物泥指来自造纸厂中洗草废水的静置沉淀、过滤、生物降解等物化法处理所得到的泥样，水分质量含量为40～50％，有机物质量含量为60～80％，其中有机物主要成分为纤维素和半纤维素；
所述消化石灰渣是指在消化反应过程中，残留的不溶于水的固体物质。消化石灰渣的水分质量含量为30～50％，其绝干样中有机物质量含量为0～3％，碳酸钙质量含量为75～85％，活性氧化钙质量含量0.5～5％，氧化镁质量含量1～7％，其它成分依次为氧化铝、氧化铁、氧化锌和硝酸盐等；
所述黏土为GBT5101-2017制砖专业黏土，水分质量含量为20～40％，有机物质量含量1～10％，粒度为1～10mm；
所述脱硫石膏是在燃煤发电过程中产生的脱硫副产品，附着水质量含量为6～12％，氧化镁质量含量0.5～3％，二水硫酸钙质量含量78～83％，半水硫酸钙质量含量0～0.5％，粒度为15～30μm；
所述粉煤灰为造纸厂附属的自备电厂在燃煤发电过程中产生的废弃物，水分质量含量为1～3％，有机质质量含量为10～20％，其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钙。
进一步，优选本发明所述污泥砖由如下重量配比的原料制成：发酵污泥35-45份、消化石灰渣10-20份、黏土15-20份、脱硫石膏10-15份、粉煤灰10-20份。
更进一步，优选本发明所述污泥砖由如下之一重量配比的原料制成：(1)发酵污泥35份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏15份、粉煤灰10份；(2)发酵污泥40份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏10份、粉煤灰15份；(3)发酵污泥45份、消化石灰渣10份、黏土15份、脱硫石膏10份、粉煤灰20份。
本发明还提供一种所述污泥砖的制备方法，所述方法为：按配方量，将发酵污泥、消化石灰渣、黏土、脱硫石膏混合研磨至100～325目筛(使其粒度≤0.5mm)，再与配方量的粉煤灰搅拌均匀，压坯成型后，陈化1～5d，使其含水率保持在20～30％，送入高温炉窑烘烧，制得污泥砖。
进一步，所述烘烧的方法为：所述高温炉窑为隧道式炉窑，其内部设有两条近乎并列的进出隧道，它们沿着不同的路线贯穿整个炉窑。载有砖坯的窑车沿着纵向轨道连续经过不同温区，分别在100～200℃、200～300℃、300～400℃、400～500℃、500～600℃、600～700℃、700～800℃、800～900℃停留20min，900～1100℃停留3h。
本发明所述假单胞菌(Pseudomonas Oleovorans)DT4，保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉武汉大学，430072，保藏日期：2009年07月15日，保藏编号：CCTCCNO：M 209151，已在专利申请CN101845408A中公开。
本发明所述恶臭假单胞菌菌株，该菌株被命名为恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)S-1，于2013年9月25日保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏编号：CCTCC NO：M2013444，已在专利申请CN104312938A中公开。
本发明所述门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina)NX-1；该菌株保藏于中国典型培养物保藏中心，地址：中国武汉大学，430072，保藏日期：2015年3月15日，保藏编号：CCTCC NO：M2015114，已在专利申请CN105087440A中公开。
本发明所述夏盛纤维素酶(中性)购自沧州夏盛酶生物技术有限公司，生产许可证编号：SC20113090600076。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
采取了污泥回用的方式，极大地节约了资源。通过对生物泥发酵去除其中的部分有机物，以达到改善污泥内部的通透性的目的。
粉料的研磨不仅可以减小颗粒的整体粒度，同时增大颗粒间的结合力及加快中间的化学反应，还可以减弱或消除部分杂质的不利影响。递进式变温烘烧可以充分将砖坯烧结成型，尽量避免热效应带来的不利影响，本发明所得污泥砖的抗压强度为21.6MPa。
附图说明
图1是新型造纸污泥制砖工艺流程图。
图2高温炉窑内各温区间的物料流程图；I区：100～200℃、II区：200～300℃、III区：300～400℃、IV区：400～500℃、V区：500～600℃、VI区：600～700℃、VII区：700～800℃、VIII区：800～900℃、IX区：900～1100℃。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
本发明所述生物泥是指以木浆为主的造纸厂，在废水物理和生物处理过程中生成的污泥，生物泥的水分为40～50％，其绝干样中的有机物含量为60～80％，其中有机物主要成分为纤维素和半纤维素。
所述消化石灰渣是指在消化反应过程中，残留的不溶于水的固体物质。消化石灰渣的水分质量含量为30～50％，其绝干样中有机物质量含量为0～3％，碳酸钙质量含量为75～85％，活性氧化钙质量含量0.5～5％，氧化镁质量含量1～7％，其它成分依次为氧化铝、氧化铁、氧化锌和硝酸盐等。
所用黏土为GBT5101-2017制砖专业黏土，水分为20～40％，有机物含量1～10％，粒度为1～10mm。
所用脱硫石膏为脱硫副产品，附着水含量为6～12％，氧化镁含量0.5～3％，二水硫酸钙含量78～83％，半水硫酸钙质量含量0～0.5％，粒度为15～30μm。
所用粉煤灰为造纸厂附属的自备电厂在燃煤发电过程中产生的废弃物，水分为1～3％，有机质含量为10～20％，其主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钙。
所述复合菌系F3是由假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC NO：M 209151、假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC NO：M2013444、门多萨假单胞菌(Pseudomonasmendocina)CCTCC NO：M2015114分别以菌体干重计与纤维素酶(中性)以质量比1:1:1:1组成，其中假单胞菌CCTCC NO：M 209151菌液浓度为3.2mg/L，假单胞菌CCTCC NO：M2013444菌液OD600为0.01，门多萨假单胞菌CCTCC NO：M2015114菌液OD600为0.02。
实施例1
1、污泥砖重量配方：发酵污泥35份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏15份、粉煤灰10份。
2、污泥砖制备方法：
(1)将复合菌系F3 0.05kg接种至50kg生物污泥中，35℃发酵6天以去除其中的部分有机质，获得pH为7.2、含水率25％的发酵污泥。
(2)按配方量，将发酵污泥35kg、消化石灰渣20kg、黏土20kg、脱硫石膏15kg混合研磨并经过100目筛网，筛出物返回继续研磨至粒径为100目筛，研磨混合物则进入下一流程。
(3)将步骤(2)的研磨混合物与配方量的粉煤灰10kg搅拌均匀，并通过真空挤出机，再压坯成型养护1天后，将养护好的砖坯送入隧道式炉窑烘烧，所述隧道式炉窑，其内部设有两条近乎并列的进出隧道，载有砖坯的窑车沿着纵向轨道连续经过不同温区，分别在100～200℃、200～300℃、300～400℃、400～500℃、500～600℃、600～700℃、700～800℃、800～900℃停留20min，900～1100℃停留3h，制得污泥砖，制砖的抗压强度对应在GB/T5101-2017的MU15-MU25间，检测方法：抗压强度等级试验按GB/T2542规定的《砌墙砖试验方法》进行，所得污泥砖的抗压强度为18.5MPa。
实施例2：
(1)污泥砖配方：发酵污泥40份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏10份、粉煤灰10份；
(2)先将复合菌系F3 0.1kg接种至50kg生物泥中，37℃发酵10天，以去除其中的部分有机质，获得pH为7.4、含水率30％的发酵污泥。
(3)将发酵生物泥40kg、消化石灰渣20kg、黏土20kg、脱硫石膏10kg混合研磨并经过200目筛网，筛出物返回继续研磨至粒径为200目，研磨混合物则进入下一流程。
(4)将步骤(3)研磨混合物与10kg粉煤灰搅拌均匀，并通过真空挤出机，再压坯成型养护2天。再将养护好的砖坯送入高温炉窑烘烧(同实施例1)，所得污泥砖的抗压强度为19.2MPa。
实施例3：
(1)污泥砖配方：发酵污泥45份、消化石灰渣20份、黏土15份、脱硫石膏10份、粉煤灰10份；
(2)先将复合菌系F3 0.15kg接种至50kg生物泥中，40℃发酵8天，以去除其中的部分有机质，获得pH为7.7、含水率35％的发酵污泥。
(3)将发酵污泥45kg、消化石灰渣20kg、黏土15kg、脱硫石膏10kg混合研磨并经过325目筛网，筛出物返回继续研磨至325目筛，过筛混合物物则进入下一流程。
(4)将过筛混合物与10kg粉煤灰搅拌均匀，并通过真空挤出机，再压坯成型养护3天。再将养护好的砖坯送入高温炉窑烘烧(同实施例1)，所得污泥砖的抗压强度为21.6MPa。

Claims (10)

1.一种造纸污泥砖，其特征在于所述污泥砖由如下重量配比的原料制成：发酵污泥35-60份、消化石灰渣10-40份、黏土15-30份、脱硫石膏5-15份、粉煤灰10-20份；所述发酵污泥是将复合菌系F3接种至生物污泥中，在35～55℃发酵5-10天，获得发酵污泥；所述复合菌系F3是由假单胞菌(Pseudomonas putida)CCTCC NO：M 209151、假单胞菌(Pseudomonasputida)CCTCC NO：M2013444、门多萨假单胞菌(Pseudomonas mendocina)CCTCC NO：M2015114分别以菌体干重计，与纤维素酶以质量比1:1:1:1组成。
2.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述污泥砖由如下重量配比的原料制成：发酵污泥35-45份、消化石灰渣10-20份、黏土15-20份、脱硫石膏10-15份、粉煤灰10-20份。
3.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述污泥砖由如下之一重量配比的原料制成：(1)发酵污泥35份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏15份、粉煤灰10份；(2)发酵污泥40份、消化石灰渣20份、黏土20份、脱硫石膏15份、粉煤灰10份；(3)发酵污泥45份、消化石灰渣10份、黏土15份、脱硫石膏10份、粉煤灰20份。
4.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述复合菌系F3总接种量为生物污泥质量的0.01-0.5％；所述生物污泥来自造纸厂中洗草废水的静置沉淀、过滤、生物降解处理所得到的泥样。
5.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述消化石灰渣是指在消化反应过程中，残留的不溶于水的固体物质。
6.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述黏土为制砖专业黏土。
7.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述脱硫石膏是在燃煤发电过程中产生的脱硫副产品。
8.如权利要求1所述造纸污泥砖，其特征在于所述粉煤灰为造纸厂附属的自备电厂在燃煤发电过程中产生的废弃物。
9.一种权利要求1所述污泥砖的制备方法，其特征在于所述方法为：按配方量，将发酵污泥、消化石灰渣、黏土、脱硫石膏混合研磨至100～325目筛，再与配方量的粉煤灰搅拌均匀，压坯成型后，陈化1～5d，使其含水率保持在20～30％，送入高温炉窑烘烧，制得污泥砖。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述烘烧的方法为：所述高温炉窑为隧道式炉窑，其内部设有两条并列的进出隧道，载有砖坯的窑车沿着纵向轨道连续经过不同温区，分别在100～200℃、200～300℃、300～400℃、400～500℃、500～600℃、600～700℃、700～800℃、800～900℃停留20min，900～1100℃停留3h，制得污泥砖。
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