CN111848015A - 一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，包括以下步骤：S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为40～45％，再接种0.05～0.2wt％产甲烷菌和0.05～0.1wt％酵母菌，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并向所得膨化污泥通入臭氧进行杀菌除臭；S2：秸秆纤维的膨化处理；S3：粉煤灰的膨化处理；S4：制备发泡墙体材料：a.备料；b.发泡；c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护10～14d，脱模、烘干后，即得。本发明制备出的发泡墙体材料质轻、强度高、抗火阻燃，保温隔热、隔音性能优异，防腐防霉性能强，收缩率小，原料来源广、成本低廉，变废为宝。

Description

一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法
技术领域
本发明属于污泥资源化再生技术领域，建筑材料技术领域，具体涉及一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法。
背景技术
市政污泥，在城市生活与城市生活活动相关的城市市政设施运行与维护过程中产生的污泥。随着城市化进程地快速推进，市政污泥的排放量不断增加，按来源可具体分为污水厂污泥、给水厂污泥、排水管道污泥、疏浚淤泥和建筑泥浆等。目前，市政污泥的主要处理方式为直接焚烧、填埋或者资源化再生利用等，其中，资源化再生利用方向主要为：肥料、动物饲料、吸附剂、建筑材料等。如申请号为CN201910712960.3的专利，公开一种利用市政污泥生产有机肥的方法；如申请号为CN201910335467.4的专利，公开一种含有市政污泥残渣的道路路基材料；如申请号为CN201510251960.X的专利，公开市政污泥制备沼气并生产烧结砖的方法；如申请号为CN201210253168.4的专利，公开利用市政污泥与废轮胎制备吸附剂的方法；如申请号为CN201710102675.0的专利，公开用工业污泥、垃圾焚烧飞灰和秸秆为原料制备陶粒的方法；如申请号为CN201410014241.1的专利，公开利用市政污泥生产硬质纤维板的方法；如申请号为CN201410528937.6的专利，公开一种利用工业污泥作反应活化剂干法制备水泥熟料的方法；如申请号为CN201410001327.0的专利，公开一种使用污泥和生活垃圾制备的蚯蚓饲料。
但是，现有技术利用市政污泥制作建筑材料时，除了对其进行脱水干燥外，而并未对市政污泥中多余有机质进行处理，众所周知，有机质可为微生物的生长繁殖提供养分，易被其降解，不仅影响建材的机械强度和使用寿命，在微生物代谢过程中，往往还会产生恶臭味，降低使用体验；此外，现有技术，以市政污泥为主要原料制备具有隔音、保温、轻质特性的发泡墙体材料还较为罕见。
基于以上所述，本发明提供一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，预先利用产甲烷菌、酵母菌对市政污泥进行发酵，使市政污泥的有机质被充分利用，实现减量化、无害化，同时产生沼气和酒精，可作燃料使用，提高市政污泥的附加价值；此外，在发酵过程中，产甲烷菌、酵母菌的代谢产生的气体充盈污泥，在市政污泥中形成大量气孔和气泡，提高污泥的孔隙率，进而使发泡墙体更轻质、保温隔热效果更好，实现市政污泥的多重资源化利用。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，包括以下步骤：
S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为40～45％，再接种0.05～0.2wt％产甲烷菌和0.05～0.1wt％酵母菌，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并向所得膨化污泥通入臭氧进行杀菌除臭；
S2：秸秆纤维的膨化处理：将农作物秸秆粉碎至长8～10mm，浸于15％氨水溶液中，控制固液比为1g：(1～1.25)mL，搅拌处理1～2h，再加入蒸汽爆破罐中，于160～180℃、0.5～1.5MPa条件下保压10～30min后进行蒸汽爆破处理，即得膨化秸秆纤维；
S3：粉煤灰的膨化处理：将粉煤灰加入混合酸溶液中，搅拌处理1～2h，过滤、洗涤后，与碳酸铵混合均匀后，于200～300℃煅烧3～6h；所述粉煤灰、混合酸溶液、碳酸铵的用量比为1g：(1～1.25)mL：(0.03～0.07)g；
S4：制备发泡墙体材料：
a.备料：按质量份依次称取膨化污泥100份、膨化秸秆纤维25～35份、膨化粉煤灰30～40份、水泥50～70份、复合发泡剂2～3份、水40～50份；
b.发泡：采用压缩空气法对复合发泡剂进行发泡处理，制成泡沫；
c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护10～14d，脱模、烘干后，即得所述发泡墙体材料。
优选的是，所述臭氧的通入流量为2～6L/min，通入时间为0.5～2h。
优选的是，所述农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆中的一种或多种。
优选的是，所述混合酸溶液由0.3mol/L HF溶液和0.2mol/L HCl溶液按等体积比混合而成。
优选的是，所述复合发泡剂由茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液按1g：(1.5～2)g：(0.2～0.3)g：(8～10)mL的用量比混合而成。
优选的是，所述牛毛蛋白水解液的制备方法为：将废弃牛毛粉碎至40～100目，加入0.05～0.1％蛋白酶溶液中，控制固液比为1g：3mL，32～40℃超声水解6～12h，过滤即得所述牛毛水解蛋白液。
本发明的有益效果：
1、本发明制备出的发泡墙体材料质轻、强度高、抗火阻燃，保温隔热、隔音性能优异，防腐防霉性能强，收缩率小，原料来源广、成本低廉，实现了废弃物的资源化再生利用，变废为宝。
2、本发明利用产甲烷菌、酵母菌对市政污泥进行发酵，使市政污泥的有机质被充分利用，实现减量化、无害化，同时产生沼气和酒精，可作燃料使用，提高市政污泥的附加价值；此外，在发酵过程中，产甲烷菌、酵母菌的代谢产生的气体充盈污泥，在市政污泥中形成大量气孔和气泡，提高污泥的孔隙率，进而使发泡墙体更轻质、保温隔热效果更好。
3、本发明利用氨水和蒸汽爆破联合处理秸秆，破坏秸秆纤维分子结构，显著提高秸秆纤维的微孔数量，进而提高其表面积和孔隙率，进一步降低发泡墙体密度。
4、本发明利用HF+HCl混合酸处理粉煤灰，破坏其玻璃相，使粉煤灰表面粗糙、结构疏松多孔，提高其比表面积，并进一步与碳酸铵混合煅烧，再次提高粉煤灰的孔隙率，达到轻质、保温隔音的效果。
5、本发明实现市政污泥的多重资源化利用，利用其有机质生产沼气和酒精，并利用剩余污泥制备发泡墙体材料，完成市政污泥最大化充分利用。
6、本发明以茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液复配的发泡剂，通过植物发泡剂、动物蛋白发泡剂、表面活性剂、稳泡剂的组合，使制备出的泡沫具有细小均匀、起泡高度高、稳定性好、不易破碎的特点，并通过在混合浆料中充入泡沫，进一步提高发泡墙体的孔隙率，使其具有质轻的特点，提高其保温隔热、隔音性能；此外，茶皂素还具有抗菌杀虫的性能，提高发泡墙体材料的防腐防霉性能。
附图说明
图1为本发明利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，包括以下步骤：
S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为40％，再接种0.1wt％甲酸甲烷杆菌(保藏编号为DSM-No.1535)和0.05wt％酿酒酵母菌(保藏编号为CCTCC No：M2011290)，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并按照2L/min流量向所得膨化污泥通入臭氧1h，进行杀菌除臭；
S2：秸秆纤维的膨化处理：将油菜秸秆粉碎至长8mm，浸于15％氨水溶液中，控制固液比为1g：1mL，搅拌处理1h，再加入蒸汽爆破罐中，于160℃、0.5MPa条件下保压10min后进行蒸汽爆破处理，即得膨化秸秆纤维；
S3：粉煤灰的膨化处理：将粉煤灰加入混合酸溶液中，该混合酸溶液由0.3mol/LHF溶液和0.2mol/L HCl溶液按等体积比混合而成，搅拌处理1h，过滤、洗涤后，与碳酸铵混合均匀后，于200℃煅烧3h；所述粉煤灰、混合酸溶液、碳酸铵的用量比为1g：1mL：0.03g；
S4：制备发泡墙体材料：
a.备料：按质量份依次称取膨化污泥100份、膨化秸秆纤维25份、膨化粉煤灰30份、水泥50份、复合发泡剂2份、水40份；
b.发泡：按1g：1.5g：0.2g：8mL的用量比将茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液混合均匀后，采用压缩空气法对所得复合发泡剂进行发泡处理，制成泡沫；
所述牛毛蛋白水解液的制备方法为：将废弃牛毛粉碎至40目，加入0.05％蛋白酶溶液中，控制固液比为1g：3mL，32℃超声水解6h，过滤即得所述牛毛水解蛋白液；
c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护10d，脱模、烘干后，即得所述发泡墙体材料。
实施例2
一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，包括以下步骤：
S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为45％，再接种0.15wt％甲酸甲烷杆菌(保藏编号为DSM-No.1535)和0.075wt％酿酒酵母菌(保藏编号为CCTCC No：M2011290)，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并按照4L/min流量向所得膨化污泥通入臭氧1h，进行杀菌除臭；
S2：秸秆纤维的膨化处理：将小麦秸秆粉碎至长10mm，浸于15％氨水溶液中，控制固液比为1g：1.25mL，搅拌处理2h，再加入蒸汽爆破罐中，于170℃、1MPa条件下保压20min后进行蒸汽爆破处理，即得膨化秸秆纤维；
S3：粉煤灰的膨化处理：将粉煤灰加入混合酸溶液中，该混合酸溶液由0.3mol/LHF溶液和0.2mol/L HCl溶液按等体积比混合而成，搅拌处理1.5h，过滤、洗涤后，与碳酸铵混合均匀后，于250℃煅烧5h；所述粉煤灰、混合酸溶液、碳酸铵的用量比为1g：1mL：0.05g；
S4：制备发泡墙体材料：
a.备料：按质量份依次称取膨化污泥100份、膨化秸秆纤维30份、膨化粉煤灰35份、水泥60份、复合发泡剂2.5份、水45份；
b.发泡：按1g：1.75g：0.25g：9mL的用量比将茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液混合均匀后，采用压缩空气法对所得复合发泡剂进行发泡处理，制成泡沫；
所述牛毛蛋白水解液的制备方法为：将废弃牛毛粉碎至80目，加入0.075％蛋白酶溶液中，控制固液比为1g：3mL，38℃超声水解10h，过滤即得所述牛毛水解蛋白液；
c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护12d，脱模、烘干后，即得所述发泡墙体材料。
实施例3
一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，包括以下步骤：
S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为45％，再接种0.2wt％甲酸甲烷杆菌(保藏编号为DSM-No.1535)和0.1wt％酿酒酵母菌(保藏编号为CCTCC No：M2011290)，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并按照6L/min流量向所得膨化污泥通入臭氧2h，进行杀菌除臭；
S2：秸秆纤维的膨化处理：将小麦秸秆粉碎至长10mm，浸于15％氨水溶液中，控制固液比为1g：1.25mL，搅拌处理2h，再加入蒸汽爆破罐中，于180℃、1.5MPa条件下保压30min后进行蒸汽爆破处理，即得膨化秸秆纤维；
S3：粉煤灰的膨化处理：将粉煤灰加入混合酸溶液中，该混合酸溶液由0.3mol/LHF溶液和0.2mol/L HCl溶液按等体积比混合而成，搅拌处理2h，过滤、洗涤后，与碳酸铵混合均匀后，于300℃煅烧6h；所述粉煤灰、混合酸溶液、碳酸铵的用量比为1g：1.25mL：0.07g；
S4：制备发泡墙体材料：
a.备料：按质量份依次称取膨化污泥100份、膨化秸秆纤维35份、膨化粉煤灰40份、水泥70份、复合发泡剂3份、水50份；
b.发泡：按1g：2g：0.3g：10mL的用量比将茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液混合均匀后，采用压缩空气法对所得复合发泡剂进行发泡处理，制成泡沫；
所述牛毛蛋白水解液的制备方法为：将废弃牛毛粉碎至100目，加入0.1％蛋白酶溶液中，控制固液比为1g：3mL，40℃超声水解12h，过滤即得所述牛毛水解蛋白液；
c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护14d，脱模、烘干后，即得所述发泡墙体材料。
对比例1：按质量份将100份含水量为40％的市政污泥、25份长度为8mm秸秆纤维、30份粉煤灰、50份水泥、40份水混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护10d，脱模、烘干后，即得所述墙体材料。
对实施例1～3及对比例1制出的墙体材料进行性能测试，测定结果如下表所示：
Figure BDA0002593498970000041
由上表可知，本发明制备出的发泡墙体材料质轻，保温隔热、隔音性能优异，实现了废弃物的资源化再生利用，变废为宝。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (6)

1.一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：污泥的厌氧发酵：将市政污泥干燥至含水量为40～45％，再接种0.05～0.2wt％产甲烷菌和0.05～0.1wt％酵母菌，30℃厌氧发酵25d，收集产生的沼气、蒸出酒精后，并向所得膨化污泥通入臭氧进行杀菌除臭；
S2：秸秆纤维的膨化处理：将农作物秸秆粉碎至长8～10mm，浸于15％氨水溶液中，控制固液比为1g：(1～1.25)mL，搅拌处理1～2h，再加入蒸汽爆破罐中，于160～180℃、0.5～1.5MPa条件下保压10～30min后进行蒸汽爆破处理，即得膨化秸秆纤维；
S3：粉煤灰的膨化处理：将粉煤灰加入混合酸溶液中，搅拌处理1～2h，过滤、洗涤后，与碳酸铵混合均匀后，于200～300℃煅烧3～6h；所述粉煤灰、混合酸溶液、碳酸铵的用量比为1g：(1～1.25)mL：(0.03～0.07)g；
S4：制备发泡墙体材料：
a.备料：按质量份依次称取膨化污泥100份、膨化秸秆纤维25～35份、膨化粉煤灰30～40份、水泥50～70份、复合发泡剂2～3份、水40～50份；
b.发泡：采用压缩空气法对复合发泡剂进行发泡处理，制成泡沫；
c.将膨化粉煤灰、水泥与水混合均匀后，再加入膨化污泥、膨化秸秆纤维，搅拌均匀后，再加入制成的泡沫，混合均匀后，浇筑到墙体模具中，自然养护10～14d，脱模、烘干后，即得所述发泡墙体材料。
2.根据权利要求1所述一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，所述臭氧的通入流量为2～6L/min，通入时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1所述一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，所述农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，所述混合酸溶液由0.3mol/L HF溶液和0.2mol/L HCl溶液按等体积比混合而成。
5.根据权利要求1所述一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，所述复合发泡剂由茶皂素、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、三乙醇胺、牛毛蛋白水解液按1g：(1.5～2)g：(0.2～0.3)g：(8～10)mL的用量比混合而成。
6.根据权利要求5所述一种利用市政污泥制备发泡墙体材料的方法，其特征在于，所述牛毛蛋白水解液的制备方法为：将废弃牛毛粉碎至40～100目，加入0.05～0.1％蛋白酶溶液中，控制固液比为1g：3mL，32～40℃超声水解6～12h，过滤即得所述牛毛水解蛋白液。
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