CN113149694A - 一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及活性污泥回用技术领域，具体涉及一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：(1)选取活性污泥；(2)加入稻壳粉进行脱水；(3)将脱水污泥、黏土、石英、水以及发泡剂进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。本发明在活性污泥脱水之前加入了大量的稻壳粉，稻二氧化硅赋予稻壳粉高刚性的特性，因此在污泥脱水过程中可以稳定污泥的骨架结构，降低污泥的可压缩性，提高污泥的通透性；而稻壳粉的有机质可以进行碳化以及氧化形成气体，从而赋予稻壳粉发泡的效果，在污泥内部产生孔洞，提高孔隙率，从而提高透水性能。
Description
技术领域
本发明涉及活性污泥回用技术领域，具体涉及一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法。
背景技术
活性污泥(activesludge)是微生物群体及它们所依附的有机物质和无机物质的总称，1912年由英国的克拉克(Clark)和盖奇(Gage)发现，活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，活性污泥主要用来处理污废水。活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机污水的一类好氧处理方法。
污泥的成分复杂，容易产生臭气，污染地表水体，滋生蚊虫，破坏城市景观，影响环境卫生状态，导致水体加速淤积、增大致病生物在空气中的浓度，且污泥中含有重金属和有毒有机物会通过生态系统的迁移和富集，产生对生态环境和人体健康长期的、潜在的危害。目前对于污泥的处理手段主要有卫生填埋、焚烧、土地利用、海洋投放和资源化利用等，污泥由于含有大量的无机矿物成分，因此采用活性污泥制造建筑材料是大规模处理活性污泥的理想途径之一。
透水砖是一种用途广泛的生态建筑材料，既可用于铺设人行道，也可用于铺设轻载交通路面以及广场、停车场等大型公共场所路面。与不透水的水泥或花岗岩路面相比，透水砖路面在雨天可使雨水快速渗入地下；而在晴天，积蓄在透水砖中的水可部分蒸发到大气中，平衡地表温度和湿度，有利于改善城市的生态环境，避免城市“热岛”现象。此外，透水砖路面在雨天不积水，还可起到防滑的作用。
在采用污泥制造透水砖过程中，由于活性污泥含有大量水分，在干燥过程中水分蒸发导致颗粒之间相互聚拢，从而导致透水通路收缩减少，透水性能较差，而且污泥层用量占比较大也导致烧制过程中容易收缩变形而产生力学缺陷，导致强度较低。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种活性污泥制备高强度透水陶瓷砖的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：
(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为90％以上；
(2)往所述活性污泥中加入稻壳粉，然后进行离心脱水和压滤处理，降含水率降低至50-60％，得到脱水污泥，所述稻壳粉的加入量为活性污泥的8-12wt％；
(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥50-60份、黏土10-18份、石英10-20份、水5-10份以及发泡剂1-2份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
污泥未经脱水处理前含水率可以高达97％，如果通过热能进行干燥的话，能耗极大，因此需要先通过物理方式进行初步的脱水，然而脱水的过程会使污泥颗粒聚集而形成致密结构，不利于发泡形成高强度的陶瓷材料。
本发明在活性污泥脱水之前加入了大量的稻壳粉，稻壳粉富含二氧化硅和有机质，二氧化硅赋予稻壳粉高刚性的特性，因此在污泥脱水过程中可以稳定污泥的骨架结构，降低污泥的可压缩性，提高污泥的通透性，因此既可以避免污泥颗粒过于致密，降低了脱水难度，降低了生产成本，也可以提高陶瓷砖的强度；而稻壳粉的有机质可以进行碳化以及氧化形成气体，从而赋予稻壳粉发泡的效果，在污泥内部产生孔洞，提高孔隙率，从而提高透水性能。
此外，本发明还进一步加入可塑性强的黏土、高强度的石英以及发泡剂，黏土可以提高原料的混合性，提高物料的分散程度，从而提高孔隙的分布均匀性，加入石英可以提高陶瓷砖的强度，额外的发泡剂加入也可以进一步提高陶瓷砖的孔隙率，提高透水性能。
其中，所述活性污泥干重占成中，SiO2的质量分数为20-40％，Al2O3的质量分数为20-30％，氧化铁的质量分数为5-8％，灼烧余量为6-12％。
其中，所述稻壳粉的粒径为94-113μm。稻壳粉的粒径过小对污泥骨架强度的提升作用不显著，粒径过大难以进入污泥颗粒之间，也不容易产生增强效果。
其中，所述黏土为中塑性黏土。
其中，所述石英的细度为50-100目。
其中，所述发泡剂为碳化硅。
其中，所述干燥的温度为100-115℃，时间为24-36h。
其中，所述烧制包括如下程序：
A、在氮气保护氛围下，按6-8℃/min的速率升温至600-800℃，保温1-2h；
B、在氮气保护氛围下，按5-7℃/min的速率升温至1000-1200℃，保温2-3h；
C、通入空气进行换气，按2-3℃/min的速率升温至1200-1400℃，保温1-2h；
D、按6-10℃/min的速率降温至600-800℃，然后自然冷却至室温。
在本发明中，烧制的步骤也是非常重要的。首先，需要在低温(600-800℃)条件下进行处理，以进一步去除胚体中的水分，提高材料的连接性，从而提高陶瓷砖的强度；然后在1000-1200℃条件下使稻壳粉和污泥的有机质进行碳化，形成碳颗粒；而后通过空气并升温，使碳颗粒发生氧化而产生CO2气体，碳化硅也与二氧化硅反应产生CO气体，从而在陶瓷砖内部形成大量孔洞，提高陶瓷的透水性能；相对于直接在空气中进行高温烧制，稻壳粉和污泥的有机质产生的气泡较为缓释，形成的孔洞结构更为牢固，制得的陶瓷砖强度更高。
本发明的有益效果在于：
本发明在活性污泥脱水之前加入了大量的稻壳粉，稻壳粉富含二氧化硅和有机质，二氧化硅赋予稻壳粉高刚性的特性，因此在污泥脱水过程中可以稳定污泥的骨架结构，降低污泥的可压缩性，提高污泥的通透性，因此既可以避免污泥颗粒过于致密，降低了脱水难度，降低了生产成本，也可以提高陶瓷砖的强度；而稻壳粉的有机质可以进行碳化以及氧化形成气体，从而赋予稻壳粉发泡的效果，在污泥内部产生孔洞，提高孔隙率，从而提高透水性能。
此外，本发明还进一步加入可塑性强的黏土、高强度的石英以及发泡剂，黏土可以提高原料的混合性，提高物料的分散程度，从而提高孔隙的分布均匀性，加入石英可以提高陶瓷砖的强度，额外的发泡剂加入也可以进一步提高陶瓷砖的孔隙率，提高透水性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：
(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为97.2％；
(2)往所述活性污泥中加入稻壳粉，然后进行离心脱水和压滤处理，降含水率降低至55％，得到脱水污泥，所述稻壳粉的加入量为活性污泥的10wt％；
(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥55份、黏土14份、石英15份、水7.5份以及发泡剂1.5份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
其中，所述活性污泥干重占成中，SiO2的质量分数为35.3％，Al2O3的质量分数为25.6％，氧化铁的质量分数为6.5％，灼烧余量为9.2％。
其中，所述稻壳粉的粒径为103μm。
其中，所述黏土为中塑性黏土。
其中，所述石英的细度为70目。
其中，所述发泡剂为碳化硅。
其中，所述干燥的温度为110℃，时间为30h。
其中，所述烧制包括如下程序：
A、在氮气保护氛围下，按7.5℃/min的速率升温至700℃，保温1.5h；
B、在氮气保护氛围下，按6℃/min的速率升温至1100℃，保温2.5h；
C、通入空气进行换气，按2.5℃/min的速率升温至1300℃，保温1.5h；
D、按8℃/min的速率降温至700℃，然后自然冷却至室温。
实施例2
一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：
(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为95.5％；
(2)往所述活性污泥中加入稻壳粉，然后进行离心脱水和压滤处理，降含水率降低至50％，得到脱水污泥，所述稻壳粉的加入量为活性污泥的8wt％；
(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥50份、黏土10份、石英10份、水5份以及发泡剂1份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
其中，所述活性污泥干重占成中，SiO2的质量分数为21.8％，Al2O3的质量分数为22.3％，氧化铁的质量分数为5.4％，灼烧余量为6.7％。
其中，所述稻壳粉的粒径为94μm。
其中，所述黏土为中塑性黏土。
其中，所述石英的细度为50目。
其中，所述发泡剂为碳化硅。
其中，所述干燥的温度为100℃，时间为24h。
其中，所述烧制包括如下程序：
A、在氮气保护氛围下，按6℃/min的速率升温至600℃，保温1h；
B、在氮气保护氛围下，按5℃/min的速率升温至1000℃，保温2h；
C、通入空气进行换气，按2℃/min的速率升温至1200℃，保温1h；
D、按6℃/min的速率降温至600℃，然后自然冷却至室温。
实施例3
一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：
(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为98.5％；
(2)往所述活性污泥中加入稻壳粉，然后进行离心脱水和压滤处理，降含水率降低至60％，得到脱水污泥，所述稻壳粉的加入量为活性污泥的12wt％；
(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥60份、黏土18份、石英20份、水10份以及发泡剂2份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
其中，所述活性污泥干重占成中，SiO2的质量分数为40％，Al2O3的质量分数为30％，氧化铁的质量分数为8％，灼烧余量为12％。
其中，所述稻壳粉的粒径为113μm。
其中，所述黏土为中塑性黏土。
其中，所述石英的细度为100目。
其中，所述发泡剂为碳化硅。
其中，所述干燥的温度为115℃，时间为24h。
其中，所述烧制包括如下程序：
A、在氮气保护氛围下，按8℃/min的速率升温至800℃，保温2h；
B、在氮气保护氛围下，按7℃/min的速率升温至1200℃，保温3h；
C、通入空气进行换气，按3℃/min的速率升温至1400℃，保温2h；
D、按10℃/min的速率降温至800℃，然后自然冷却至室温。
对比例1
本实施例与对比例1的区别在于：
一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，包括如下步骤：
(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为97.2％；
(2)将所述活性污泥进行离心脱水和压滤处理降含水率降低至55％，得到脱水污泥；
(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥49.5份、稻壳粉5.5份、黏土14份、石英15份、水7.5份以及发泡剂1.5份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
对比例2
本实施例与对比例1的区别在于：
其中，所述烧制包括如下程序：
A、在空气氛围下，按7.5℃/min的速率升温至700℃，保温1.5h；
B、在空气氛围下，按6℃/min的速率升温至1100℃，保温2.5h；
C、在空气氛围下，按2.5℃/min的速率升温至1300℃，保温1.5h；
D、按8℃/min的速率降温至700℃，然后自然冷却至室温。
将实施例1、对比例1和对比例2制成的陶瓷砖进行抗压强度和透水系数的测试，测试结果如下：
| 抗压强度(MPa) | 透水系数(cm/s) | |
| 实施例1 | 35 | 0.026 |
| 对比例1 | 29 | 0.018 |
| 对比例2 | 31 | 0.022 |
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)选取处理垃圾渗滤液产生的活性污泥，所述活性污泥的含水率为90％以上；(2)往所述活性污泥中加入稻壳粉，然后进行离心脱水和压滤处理，降含水率降低至50-60％，得到脱水污泥，所述稻壳粉的加入量为活性污泥的8-12wt％；(3)按重量份数称取以下原料：脱水污泥50-60份、黏土10-18份、石英10-20份、水5-10份以及发泡剂1-2份，将上述原料进行混合造粒，压制成型，干燥，烧制，即得到所述高强度陶瓷砖。
2.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述活性污泥干重占成中，SiO2的质量分数为20-40％，Al2O3的质量分数为20-30％，氧化铁的质量分数为5-8％，灼烧余量为6-12％。
3.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述稻壳粉的粒径为94-113μm。
4.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述黏土为中塑性黏土。
5.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述石英的细度为50-100目。
6.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述发泡剂为碳化硅。
7.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述干燥的温度为100-115℃，时间为24-36h。
8.根据权利要求1所述的一种活性污泥制备高强度陶瓷砖的方法，其特征在于：所述烧制包括如下程序：
A、在氮气保护氛围下，按6-8℃/min的速率升温至600-800℃，保温1-2h；
B、在氮气保护氛围下，按5-7℃/min的速率升温至1000-1200℃，保温2-3h；
C、通入空气进行换气，按2-3℃/min的速率升温至1200-1400℃，保温1-2h；
D、按6-10℃/min的速率降温至600-800℃，然后自然冷却至室温。
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