CN110229016A - 一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒及制备方法，包括以下重量份的原料：城市污泥50‑80份、长石5‑35份、粘土10‑65份。所述的污泥陶粒的制备方法，步骤如下：（1）将城市污泥、长石和粘土混合均匀，形成混合料；（2）将混合料压制成型，之后室温下困料三天；（3）将步骤（2）成型物料程序升温烧结，得到污泥陶粒。本发明利用城市污水污泥为主要原料加以一定量的铺料、外加剂制备的建材产品陶粒，可以用来做过滤材料、混凝土原料，覆盖土壤材料等，可有效地解决现有城市污水处理厂污水污泥处理问题，有效地解决污水污泥的环境污染问题。

Description

一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒及制备方法
技术领域
本发明涉及城市污泥处理领域，具体涉及一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒及制备方法。
背景技术
近几十年来，随着我国城市污水处理力度和污水处理设施建设的加快，城市污水处理率不断提高，但同时也带来了一个新的问题和挑战，就是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥，已经成为新的环境污染源。实际上，城市污水污泥也是一种可以利用的资源，它可以产生沼气、变成有机肥等。伴随着快速城市化进程，污泥处理负荷急剧增加。从处理处置的技术路线来讲，发达地区主要通过快速、有效的减量化手段作为污泥处置的应急方式，如污泥深度脱水。而对于经济欠发达和落后地区，污泥主要仍以卫生填埋、堆肥和土地利用为主。
随着快速发展的建材行业对粘土的大量需求，作为建筑材料之一的墙体材料面临着两个方面的限制：一方面是随着国家保护耕地政策的实施，墙体材料要转向节土型产品，同时要拓宽原材料的来源；另一方面是处理生产污水和生活污水所产生的大量污泥一般都是填埋或堆放，既浪费了资源又污染了环境。
目前就全国而言，已建成污水处理厂约427座，年处理能力为113．6亿立方米。污泥量通常占污水量的0.3％～0.5％(体积)或者约为污水处理量的l％～2％(质量)。”由于污泥中含有大量的有机物和大量的氮，磷等物质，如果排入水中，势必会导致水体中的氧的含量大量减少，从而引起水质恶化。除此之外，污泥中还有多种有毒物质，重金属和致病菌，寄生虫卵等有害物质。所以污泥的妥善处理，以便实现减量化、稳定化、无害化和资源化的目标。因此污泥的合理处理和处置，对可持续发展具有极大的意义。目前国内外污泥处置的主要方式有填埋、焚烧、投海和土地利用等方法。虽然这些方法都能容纳大量的污泥，是污泥处置的有效途径，但也存在诸多问题。
陶粒，作为一种建筑用轻骨料，以其轻体、保温、环保等特性受到了人们的极大重视。当前我国陶粒主要以粘土陶粒为主，而粘土原料的来源绝大部分取自于耕地，不符合可持续发展战略。因此以污水厂的污泥为主要原料，加以一定量的辅料、外加剂，经过脱碳和烧胀制成具有一定强度的轻质陶粒，可以大量的消耗脱水污泥，不但处理成本大大低于焚烧法，而且可以避免污泥二次污染，尤其符合我国固废处理的无害化、减量化和资源化原则将有广阔的发展前景。
发明内容
本发明提出了一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒及制备方法，利用城市污水污泥为主要原料加以一定量的铺料、外加剂制备的建材产品陶粒，可以用来做过滤材料、混凝土原料，覆盖土壤材料等，可有效地解决现有城市污水处理厂污水污泥处理问题，有效地解决污水污泥的环境污染问题。
实现本发明的技术方案是：
一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒，包括以下重量份的原料：城市污泥50-80份、长石5-35份、粘土10-65份。
所述的污泥陶粒的制备方法，步骤如下：
（1）将城市污泥、长石和粘土混合均匀，形成混合料；
（2）将混合料压制成型，之后室温下困料三天；
（3）将步骤（2）成型物料程序升温烧结，得到污泥陶粒。
所述步骤（1）中城市污泥以干法方法加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥置于干燥箱中干燥24h，干燥后研磨成粉状，再与长石和粘土混合均匀。
采用半干法加入方式，步骤（2）中压制成型的方法为将粉状的混合料放入磨具中压制成型；或者将粉状的混合料放入磨具的同时加入一定的湿润剂，然后压制成型。
所述步骤（1）中城市污泥以半干法方法加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥置于干燥箱中100℃干燥至含水量60%，之后与长石和粘土混合均匀。
所述步骤（1）中城市污泥以湿法方式加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥直接与长石和粘土混合均匀，然后放入干燥箱中干燥，使混合料的塑性达到12.5-13.0cm。
所述步骤（3）中程序升温烧结的具体工艺为：室温以3-5℃/min升温至400-500℃保温30-60min，再从400-500℃以3-5℃/min升温至1150-1200℃保温30-60min，之后冷却至室温。
本发明的有益效果是：本发明专利可以更大程度上地利用城市污水中的污泥，制成的污泥陶粒强度较高，质量较好，其应用价值大。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用城市污水污泥烧制污泥陶粒的制备方法，步骤如下：
（1）将50份城市污泥、35份长石和65份粘土混合均匀，形成混合料；
（2）将混合料揉成5mm左右的圆球，之后室温下困料三天；
（3）将步骤（2）成型物料室温以5℃/min升温至450℃保温30min，再从450℃以5℃/min升温至1150℃保温30min，之后冷却至室温，得到污泥陶粒。
实施例2
一种利用城市污水污泥烧制污泥陶粒的制备方法，步骤如下：
（1）将80份城市污泥、5份长石和15份粘土混合均匀，形成混合料；
（2）将混合料压制成型，之后室温下困料三天；
（3）将步骤（2）成型物料室温以3℃/min升温至400℃保温40min，再从400℃以3℃/min升温至1180℃保温40min，之后冷却至室温，得到污泥陶粒。
实施例3
一种利用城市污水污泥烧制污泥陶粒的制备方法，步骤如下：
（1）将70份城市污泥、20份长石和10份粘土混合均匀，形成混合料；
（2）将混合料压制成型，之后室温下困料三天；
（3）将步骤（2）成型物料室温以5℃/min升温至500℃保温60min，再从500℃以5℃/min升温至1200℃保温60min，之后冷却至室温，得到污泥陶粒。
1. 以实施例1制备方法为基准，采用不同的烧结方案，结果见表1。
上述实验制备的材料的抗压强度见表2。
烧制过程中，有三个阶段的变化，变化如下：
（1）干燥阶段：即105℃左右，干燥后水分蒸发，料球外径变小，内部仍有少量水分，料球的颜色为干燥状态下的颜色，即浅灰色；
（2）预热阶段：预热阶段温度在400℃左右，预热后的料球颜色变暗，呈暗灰色，在预热时间较长的情况下，陶粒表面与干燥箱底接触的那一面呈暗黑色。说明陶粒在400℃预热情况下，陶粒中有机物已经有部分分解；
（3）烧成阶段：烧成阶段温度在1150℃左右，料球内有机物燃烧殆尽，产生液相，说明在1150℃左右陶粒熔融釉化。
根据所做试验分析如下：
（1）烧成温度为1150℃情况下，陶粒配比可烧制成球，陶粒表面颜色暗红似砖，密度较高，有一定气孔，1150℃的烧成温度下能够达到一定烧制强度甚至有的陶粒强度符合国家标准，可知1150℃达到或者接近陶粒的烧成温度要求。
（2）烧成温度为1200℃情况下，陶粒配比可烧制成球，陶粒表面颜色暗灰且全部熔融黏在一起，粘土比重较大时强度较高，污泥比重较大时强度较低，内部孔隙发达，质量轻。陶粒配比都烧制成成品陶粒且熔融，出现过烧现象，即1200℃的烧成温度下已经完全超过了生产优良陶粒的温度。
2. 以实施例1制备为基准，采用不同的污泥加入方式
（1）污泥脱水实验方法
（a）先将洗净的烧至恒重（600℃条件下大约1个小时）的坩埚称重g；
（b）将一定量的污泥放入恒重坩埚，称重G，放入电热鼓风干燥箱中低温（100℃-110℃）烘干24小时，冷却到室温，称重G′；
（c）则污泥的含水量为G-G′。
数据如表3所示：
表3 污泥含水量的测定
（2）污泥有机质含量测定实验
(a)将脱水的污泥和坩埚放入600℃的电阻炉，灼烧2个小时，取出后干燥冷却至室温后称重G″；
(b)有机质含量为G′-G″；
(c)有机质含量百分比为：有机质含量/脱水后污泥净重*100%
如表4所示：
表4污泥有机质含量
（3）污泥的加入
本次采用污泥（原料）：（长石+粘土）=4:1的比例加入。具体步骤如下：
a 取两份污泥1和污泥2，污泥1放入干燥箱中在100℃下进行干燥24h。污泥2放在电子秤上称量，初始重量为56.521g。
b 干燥后的污泥1测其重量为8.5g，根据含水率82.27%和污泥（原料）：N7=4:1，可以计算出所用的N7重量为2.8g，所以量取N7为2.8g。污泥2按污泥（原料）：N7=4:1加入，所需的N7的重量为14.125g。
c 干燥后的污泥1和污泥2分别和N7均匀混合。混合后的污泥分别记A和B。
（4）污泥的成型
本实验主要采用干法成型和湿法成型。
干法成型采用的是压制成型，把混合料A加入磨具中，使其在7.5MPa压力下保持30s，压制成直径为2cm高为1.5cm左右的圆柱。
湿法成型有手揉造粒，挤压成型。
先测定的混合后的污泥B的塑性，可塑性指数指原料的液限含水率与塑限含水率之差。在陶粒成型过程中，含水率会影响泥料的成型性能，含水率低于塑限，泥料无法成型，高于液限保持不了坯体形状。用设备华氏平衡锥来测定污泥B的塑性，经测定得数据为12.6cm、12.8cm、12.7cm，平均数为12.7cm，达到塑性的要求，能够进行成型。
手揉成型造粒，是将污泥混合物B用手揉至成直径大约为3—6mm的球状。
挤压成型，是将污泥混合物B放入挤压装置中，手动用力挤压成直径为0.5cm左右的圆柱状，在截取长度为1cm左右的圆柱状。
手揉成型、压制成型和挤压成型后的试样含有水分，不能立即测定其抗压强度，需要干燥后进行抗压强度的测定。所以可以在干燥箱中干燥，也可以在室外进行晾晒。
干法成型无收缩率，只能测定湿法成型的收缩率，而球状颗粒容易测定，故选用手揉至成型的陶粒的收缩率。首先选取序号为1、2、3、4组陶粒，然后分别测定干燥前其直径，进而计算出体积，陶粒干燥后再测定直径，计算体积，然后根据体积干燥前后之算得收缩率。
表5为陶粒干燥前的直径和体积数据
表6 陶粒干燥后的直径和体积数据
表7陶粒的收缩率
测定上述陶粒的抗压强度，首先用万能材料试验机测试出陶粒所能承受的最大压力，然后除以陶粒的最大横截面积，即得到陶粒的抗压强度。
干法压制的污泥强度太低，几乎不具备抗压强度，特别容易破碎。湿法成型的陶粒抗压强度如下表8所示。
综上所述，污泥的不同加入方法，对污泥成型方法也有相应的影响，例如污泥的干法加入，其成型方法是压制成型和半干法压制成型。污泥的湿法加入，其成型方法是挤压成型、手揉造粒。而不同的成型方法对抗压强度也有重要影响，例如干法成型的污泥试样其抗压强度很低，几乎可以忽略，而湿法手揉造粒成型的试样抗压强度大约为37N。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。

Claims (7)

1.一种利用城市污水污泥烧制的污泥陶粒，其特征在于包括以下重量份的原料：城市污泥50-80份、长石5-35份、粘土10-65份。
2.权利要求1所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将城市污泥、长石和粘土混合均匀，形成混合料；
（2）将混合料压制成型，之后室温下困料三天；
（3）将步骤（2）成型物料程序升温烧结，得到污泥陶粒。
3.根据权利要求2所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中城市污泥以干法方法加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥置于干燥箱中干燥24h，干燥后研磨成粉状，再与长石和粘土混合均匀。
4.根据权利要求3所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于：采用半干法加入方式，步骤（2）中压制成型的方法为将粉状的混合料放入磨具中压制成型；或者将粉状的混合料放入磨具的同时加入一定的湿润剂，然后压制成型。
5.根据权利要求2所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中城市污泥以半干法方法加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥置于干燥箱中100℃干燥至含水量60%，之后与长石和粘土混合均匀。
6.根据权利要求2所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中城市污泥以湿法方式加入，具体步骤为：将未脱水的城市污泥直接与长石和粘土混合均匀，然后放入干燥箱中干燥，使混合料的塑性达到12.5-13.0cm。
7.根据权利要求2所述的污泥陶粒的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中程序升温烧结的具体工艺为：室温以3-5℃/min升温至400-500℃保温30-60min，再从400-500℃以3-5℃/min升温至1150-1200℃保温30-60min，之后冷却至室温。
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CN113801992B (zh) * 2020-06-17 2023-02-14 宝山钢铁股份有限公司 城市污泥的烧结消纳方法

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