CN110903072B - 一种重金属污泥湿法制砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污泥湿法制砖的方法,以含水率50%~90%的重金属污泥10%~70%和含水率8%~10%的制砖粘土30%~90%为原料按照下列方法制备而成：1）将重金属污泥和粘土混合后搅拌均匀；2）将物料陈化2‑5天使其总含水量在17%~21%；3）在7MPa~15MPa的成型压力下将陈化后的物料压制成型；4）将压制成型砖坯在室温条件下自然干燥4天，然后在100℃左右烘干24h；5）从室温升高至1000℃保温时间为2h；6）自然降温至室温后即得。经检测，制得的成品砖各项指标均符合或超过相关国家标准，并且通过模拟酸雨浸出试验，烧结成的砖块重金属完全被固化，不会溶出对环境造成二次污染。
Description
技术领域
本发明属于危险固体废弃物的处理与资源化利用领域，涉及重金属污泥利用技术，特别涉及一种重金属污泥湿法制砖的方法。
背景技术
重金属污泥作为处理工业废水时的一种副产物，由于重金属含量高，对生态环境的污染极其严重，传统的污泥填埋处理方式，既占用宝贵的土地资源，又难以彻底预防重金属的二次污染。因此，有必要研发一种既安全、又可资源化利用的重金属污泥处理技术。
长期以来，我国通常采用粘土烧结建材用砖，侵占土地、破坏耕地，造成土壤肥力下降、水土流失等一系列生态环境问题。鉴于在高温环境下，原来比较活泼的重金属能被氧化成稳定的金属氧化物，并经过玻璃化硅酸盐封存而实现彻底固化。将重金属污泥代替一部分粘土烧结成建材用砖，既节约了粘土的使用量，又解决了污泥中的重金属污染问题。
现有文献报道的污泥制砖工艺，首先是要将污泥进行干化处理或者焚烧成灰方可制砖。该工艺能耗大、粉尘污染大和臭气扩散严重。极大的限制了污泥制砖技术的推广使用。如果直接采用湿污泥制砖，既可有效利用污泥中所含的水分，不需要对污泥进行干化处理，又可利用污泥自身的热值替代传统制砖中煤粉内燃剂的添加，节水节煤。
发明内容
本发明针对如何应对重金属污泥对生态环境造成的二次污染以及资源化利用问题，提出一种重金属污泥湿法制砖的方法。该方法是将重金属污泥与粘土混合后，通过压制成型、砖坯干燥、高温焙烧可制备成符合国家标准的建材用砖，并且重金属污泥原本含有的高含量重金属通过高温焙烧被彻底固化在砖块中，很好的解决了重金属污泥中重金属污染问题。
实用上述发明目的所采用的技术方案是：一种重金属污泥湿法制砖的方法，以含水率50%~90%的重金属污泥10%~70%和含水率8%~10%的制砖粘土30%~90%为原料按照下列方法制备而成：
1）将上述重金属污泥和粘土进行掺混后置于行星式搅拌机中搅拌均匀；
2）将混合后的物料置通风良好的场地中，陈化2-5天，陈化过程中对物料进行翻动使其总含水量在17%~21%；
3）在7MPa~15MPa的成型压力下将陈化后的物料压制成型；
4）将压制成型砖坯在室温条件下自然干燥4天，然后在100℃左右烘干24h；
5）以一定的升温程序从室温升高至1000℃，最高温度保温时间为2h；
6）从最高温度降至室温后，即得建材成品砖。
所述的升温程序是从100℃升至200℃，并在200℃停留1h；然后从200℃升温到600℃，并在600℃停留1.5h；最后从600℃升至1000℃，并在1000℃停留2h，停止加热，待炉内温度自然降至室温取出，周期约24h。
所述的重金属污泥中含重金属Cd，Pb，Ni，Cr，Mn，Cu，Zn，Fe中一种或多种元素。
综上所述，本发明为一种重金属污泥湿法制砖的技术。以重金属污泥为掺量，通过一系列工艺，烧结成符合国家标砖的建材用砖，不仅减少了粘土的开采，同时又提供了一种低廉的新型环保材料，为重金属污泥的长期稳定处理提供了一种可靠技术，符合我国节约型社会的要求。而且，利用重金属污泥制作建材砖，实现社会效益、经济效益、生态环境效益多赢。
本发明采用湿污泥与粘土直接混合制砖，有效避免了污泥干法制砖的干化工艺和污泥干化后泥块的破碎工艺带来的能源消耗、粉尘污染和臭气扩散等弊端。同时，有效利用了湿污泥（含水率50-90%）中原有的水分，省去了我国西北地区制砖用土（一般含水率8-10%）含水不足，需要加水调节的工艺，减少了粘土添加量。由于污泥本身具有较高的热值，控制污泥添加量可免去助燃剂煤粉的添加。节约了水资源、粘土资源煤炭资源。该发明可以使污泥中的重金属转化为难溶性金属氧化物（汞除外），加之砖坯在烧制过程中上千度的高温使粘土中的硅酸盐玻璃相固化，污泥中的重金属被彻底封存，从根本上解决了污泥重金属在环境中的迁移作用。污泥中的有机污染物在高温下转化为无毒、无害CO2和水蒸气逸出，实现城市污泥的安全资源化利用，经济、社会和环境效益显著。
附图说明
图1为本发明重金属污泥湿法制砖的方法的湿法污泥制砖工艺流程图。
图2是采用本发明重金属污泥湿法制的方法制备的产品样品图。
具体实施方式
实施例1
1.原材料：生活污水处理厂污泥，含水率90%；粘土含水率8%。
2.工艺步骤
图1是本发重金属污泥湿法制砖的方法的工艺流程。
1）物料配方（质量百分数）：控制生活污泥掺量为70%，粘土掺量30%。
2）混匀：将混合料置于行星式搅拌机，适当调节搅拌时间。
3）陈化：将物料置于自然通风处陈化5天，陈化期间机械翻动4次，陈化后的混合料含水率为20%。
4）压制成型：将陈化后物料放入模具，采用10MPa的成型压力将其压制成型。
5）砖坯干燥：将砖坯放入室温条件下自然阴干4天，然后在105℃干燥24h。
6）高温焙烧：从室温升至200℃，并在200℃停留1h；然后从200℃升温到600℃，并在600℃保停留1.5h；最后从600℃升至1000℃，并在1000℃停留2h，停止加热，待砖块在炉内自然降至室温，第二天取出，周期约24h。
7）建材成品砖：从最高温度自然降至室温后，即得建材成品砖。
8）对烧结成品砖进行物理指标测试试验。
3.实验结果
所得建材成品砖外观质量合格，如图2所示，砖的抗压强度达到17.52MPa，吸水率为18.67%，均符合烧结普通砖标准，其中抗压强度达到MU15标准。
实施例2
1.原材料：生活污水处理厂污泥，含水率50%；粘土含水率10%。
2.工艺步骤
1）物料配方（质量百分数）：控制生活污泥掺量为10%，粘土掺量90%。
2）混匀：将混合料置于行星式搅拌机，适当调节搅拌时间。
3）陈化：将物料置于自然通风处陈化2天，陈化期间机械翻动3次，陈化后的混合料含水率为18%。
4）压制成型：将陈化后物料放入模具，采用10MPa的成型压力将其压制成型。
5）砖坯干燥：将砖坯放入室温条件下自然阴干4天，然后在105℃干燥24h。
6）高温焙烧：从室温升至200℃，并在200℃停留1h；然后从200℃升温到600℃，并在600℃保停留1.5h；最后从600℃升至1000℃，并在1000℃停留2h，停止加热，待砖块在炉内自然降至室温，第二天取出，周期约24h。
7）建材成品砖：从最高温度自然降至室温后，即得建材成品砖。
8）对烧结成品砖进行物理指标测试试验。
3.实验结果
所得建材成品砖外观质量合格，砖的抗压强度达到24.38MPa，吸水率为13.23%，均符合烧结普通砖标准，其中抗压强度达到MU20标准。
实施例3
1.原材料
1）重金属污泥：含水率为70%
2）粘土：含水率为9%
下表1为该案例重金属污泥和粘土含有的重金属元素含量（单位：mg/kg）。
表1 重金属污泥、粘土中重金属含量（单位：mg/kg）
| 项目 | Cu | Zn | Ni | Cd | Cr | Pb |
| 重金属污泥 | 9749.84 | 813.23 | 1643.39 | 169.36 | 24770.30 | 742.18 |
| 粘土 | 36.59 | 88.62 | 15.52 | 0.41 | 75.85 | 16.71 |
2.工艺步骤
1）物料配方（质量百分数）：控制重金属污泥掺量为40%，粘土掺量60%。
2）混匀：将混合料置于行星式搅拌机，适当调节搅拌时间。
3）陈化：将物料置于自然通风处陈化4天，陈化期间机械翻动4次，陈化后的混合料含水率为19%。
4）压制成型：将陈化后物料放入模具，采用10MPa的成型压力将其压制成型。
5）干燥：将压制成型砖坯在室温条件下自然干燥4天，然后在100℃左右烘干24h。
6）高温焙烧：从室温升至200℃，并在200℃停留1h；然后从200℃升温到600℃，并在600℃保停留1.5h；最后从600℃升至1000℃，并在1000℃停留2h，停止加热，待砖块在炉内自然降至室温，第二天取出，周期约24h。
7）建材成品砖：从最高温度自然降至室温后，即得建材成品砖。
8）对烧结成品砖进行物理指标测试，并在模拟酸雨条件下（pH=5.6）进行浸出试验。
3.试验结果
所得建材成品砖外观质量合格，砖的抗压强度达到20.37 MPa，吸水率为14.21%，均符合烧结普通砖标准。按照固体废物浸出毒性浸出方法对砖块进行模拟酸雨浸出试验，其重金属浸出浓度见下表2。
表2污泥烧结砖模拟酸雨（pH为5.6）浸出液重金属浓度（单位：mg/L）
| 测定项目 | 污泥原料 | 污泥砖浸出 | 标准（GB5085.3-2007） |
| Cu | 9749.84 | 0.234 | 50 |
| Zn | 813.23 | 0.006 | 50 |
| Ni | 1643.39 | 未检出 | 10 |
| Cd | 169.36 | 0.021 | 0.3 |
| Cr | 24770.30 | 0.086 | 1.5 |
| Pb | 742.18 | 0.065 | 3 |
通过表2可以看出，采用本发明方法烧结的普通砖标准符合危险废物鉴别标准。
Claims (1)
1.一种重金属污泥湿法制砖的方法,其特征在于，按质量百分比计以含水率50%~90%的重金属污泥10%~70%和含水率8%~10%的制砖粘土30%~90%为原料按照下列方法制备而成：
1）所述的重金属污泥中含重金属种类为Cu、Zn、Ni、Cd、 Cr、Pb，其中Cu、Zn、Ni、Cd、 Cr、Pb含量值分别为9749.84 mg/kg，813.23 mg/kg，1643.39 mg/kg，169.36 mg/kg，24770.30mg/kg，742.18 mg/kg；
2)将上述重金属污泥和粘土进行掺混后置于行星式搅拌机中搅拌均匀；
3）将混合后的物料置通风良好的场地中，陈化2-5天，陈化过程中对物料进行翻动使其总含水量在17%~21%；
4）在7MPa~15MPa的成型压力下将陈化后的物料压制成型；
5）将压制成型砖坯在室温条件下自然干燥4天，然后在100℃烘干24h；
6）按照升温程序从室温升高至1000℃，最高温度保温时间为2h；
7）从最高温度自然降至室温后，即得建材成品砖；
所述的升温程序是从100℃升至200℃，并在200℃停留1h；然后从200℃升温到600℃，并在600℃停留1.5h；最后从600℃升至1000℃，并在1000℃停留2h，停止加热，待炉内温度自然降至室温第二天取出。
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