CN115636623B - 一种免烧陶粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免烧陶粒及其制备方法和应用，其包括如下按重量份计算的原料：市政污泥40～60份；沸石20～25份；蛭石15～25份；海藻酸钠5～10份。本发明选择以沸石、蛭石、海藻酸钠和市政污泥为原料制备免烧陶粒，不会出现二次污染，且制备的免烧陶粒具有较高的强度和适宜的密度，能够用于污水处理。这是因为蛭石和沸石具有良好的阳离子交换性能，可以有效吸附/固化稳定市政污泥中的重金属离子，防止出现二次污染；海藻酸钠作为掺杂材料可以与市政污泥中的无机离子结合，生成稳定体，增强陶粒内部强度。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物处理与资源化利用技术领域，尤其是涉及一种免烧陶粒及其制备方法和应用。
背景技术
近年来我国对污水处理不断重视，污水处理已经达到相当高的水平，生活污水作为市政污泥的主要来源之一，因此市政污泥产生量也快速增多。根据E20环境研究院的数据，2021年市政污泥产生量初步核算为5552万吨，较2020年同比增长8.23％。市政污泥中既含有大量的微生物、有机质及丰富的氮、钾等营养物质，又有超标重金属、病原微生物等。如不加以处置将会对环境造成二次污染。数据显示，目前污泥处理方式主要有填埋、堆肥、自然干化、焚烧等方式，污泥处理方式仍以填埋为主，占比约为65％。污泥填埋工艺措施简单，但是占用土地多，处置场地使用年限短，安全隐患大，存在较大的环境二次污染风险。因此，如何快速、高效、低成本的处置市政污泥，充分挖掘污泥的内在价值，使其得到无害化和资源化处理是主要的研究方向。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种免烧陶粒，能够有效对市政污泥进行资源化利用，且免烧陶粒还具有较高的污水处理能力。
本发明第二方面还提供一种免烧陶粒的制备方法。
本发明第三方面还提供一种免烧陶粒的应用。
根据本发明的第一方面实施例的免烧陶粒，包括如下按重量份计算的原料：
根据本发明实施例的免烧陶粒，至少具有如下有益效果：
本发明选择以沸石、蛭石、海藻酸钠和市政污泥为原料制备免烧陶粒，不会出现二次污染，且制备的免烧陶粒具有较高的强度和适宜的密度，能够用于污水处理。这是因为蛭石和沸石具有良好的阳离子交换性能，可以有效吸附/固化稳定市政污泥中的重金属离子，防止出现二次污染；海藻酸钠作为掺杂材料可以与市政污泥中的无机离子结合，生成稳定体，增强陶粒内部强度。
根据本发明的一些实施例，所述沸石的平均粒径为20目～200目。平均粒径若过大，不利于成球和陶粒内部结构稳定，粒径过小，则陶粒内部不易形成空隙，导致其性能降低。
根据本发明的一些实施例，所述蛭石的平均粒径为16目～150目。平均粒径若过大，不利于成球和陶粒内部结构稳定，粒径过小，则陶粒内部不易形成空隙。
根据本发明的一些实施例，所述市政污泥的含水率为50wt.％～80wt.％。
本发明的第二方面实施例提供一种免烧陶粒的制备方法，包括如下步骤：
S1、将市政污泥、沸石、蛭石和海藻酸钠进行机械搅拌、造粒即得污泥颗粒；
S2、将污泥颗粒与海藻酸钠溶液混合，再与钙盐溶液混合后固液分离；
S3、将固液分离后的污泥颗粒通过自然养护、蒸压养护即得免烧陶粒。
根据本发明实施例的免烧陶粒的制备方法，至少具有如下有益效果：
本发明将污泥颗粒分别浸泡在海藻酸钠溶液和钙盐中，通过海藻酸钠溶液和钙盐的反应使得在污泥颗粒表面生成一层加热后不可逆薄膜，进一步增强陶粒强度。另外一方面，通过蒸压条件下，本发明中的蛭石、沸石和市政污泥内部中的硅铝成分发生相变，形成沸石相，也进一步加强了陶粒强度以及使得免烧陶粒可以作为污水滤料进行污水处理。
根据本发明的一些实施例，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2％～8％。当海藻酸钠溶液在这个范围时，与钙离子反应后膜比较均匀。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，污泥颗粒与海藻酸钠溶液混合的时间为30～150s。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，污泥颗粒与钙盐溶液混合的时间为30～150s。
根据本发明的一些实施例，所述钙盐的质量浓度为5％～15％。
若钙盐浓度过低，不易于海藻酸钠反应成膜，若浓度过高，反应呈饱和状态，提升有限。
根据本发明的一些实施例，所述钙盐包括氯化钙、碳酸氢钙或磷酸二氢钙中的至少一种。
根据本发明的一些实施例，所述蒸压养护至少满足以下条件：
i、蒸压养护时间为12～24h；
ii、蒸压温度为170～200℃；
iii、压强不小于8个大气压。
本发明的蒸压养护的温度和压强是为了使陶粒具有更好地强度，并在此温度压强下使陶粒内部物相发生改变生成沸石相。
根据本发明的一些实施例，所述自然养护的的条件为室温下养护1h～6h。
本发明的第三方面提供上述所述的免烧陶粒在污水处理中的应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例和对比例中的用到的原料：
沸石A：100目；
沸石B：20目；
沸石C：200目；
沸石D：10目；
沸石E：300目；
蛭石A：30目；
蛭石B：150目；
蛭石C：16目；
蛭石D：300目；
蛭石E：10目；
沸石和蛭石均为市售；
市政污泥：含水率60％，市政污水处理厂；
海藻酸钠：市售。
实施例1
实施例1提供一种免烧陶粒，组分含量见表1，制备方法如下：
S1、将市政污泥、沸石、蛭石和海藻酸钠进行机械搅拌混匀、采用圆盘造粒机将其造粒制成污泥颗粒；
S2、将污泥颗粒与5％的海藻酸钠溶液混合100s，再与10％的氯化钙溶液混合浸泡100s，固液分离；
S3、将固液分离后的污泥颗粒在室温下自然养护2h、在蒸压反应釜中进行蒸压养护16h，蒸压温度180℃，压强为10个大气压，即得免烧陶粒。
实施例2～5
实施例2～5提供一系列免烧陶粒，其组分含量见表1，制备方法同实施例1。
表1实施例1～5的组分含量(份)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 市政污泥 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 海藻酸钠 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| 沸石A | 22 | — | — | — | — |
| 沸石B | — | 22 | — | — | — |
| 沸石C | — | — | 22 | — | — |
| 沸石D | — | — | — | 22 | — |
| 沸石E | — | — | — | — | 22 |
| 蛭石A | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
实施例6～11
实施例6～11提供一系列免烧陶粒，其组分含量见表2，制备方法同实施例1。
表2实施例6～11的组分含量(份)
| 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 | |
| 市政污泥 | 50 | 50 | 50 | 50 | 40 | 60 |
| 海藻酸钠 | 7 | 7 | 7 | 7 | 10 | 5 |
| 蛭石A | — | — | — | — | 15 | 25 |
| 蛭石B | 20 | — | — | — | — | — |
| 蛭石C | — | 20 | — | — | — | — |
| 蛭石D | — | — | 20 | — | — | — |
| 蛭石E | — | — | — | 20 | — | — |
| 沸石A | 20 | 20 | 20 | 20 | 10 | 5 |
实施例12
实施例12提供一种免烧陶粒，其组分和制备方法同实施例1，其区别在于，述蒸压养护的蒸压温度为150℃。
实施例13
实施例13提供一种免烧陶粒，其组分和制备方法同实施例1，其区别在于，述蒸压养护的蒸压温度为220℃。
对比例1
对比例1提供一种免烧陶粒，其组分和制备方法同实施例1，其区别在于，对比例1组分中不含有海藻酸钠。
对比例2
对比例2提供一种免烧陶粒，其组分和制备方法同实施例1，其区别在于，对比例1组分中不含有沸石。
性能测试
将实施例1～13和对比例1～2制备的免烧陶粒进行筒压强度和密度的测试，结果见表3。
筒压强度、密度：GB17431.2-1998《轻集料及其试验方法第二部分：轻集料试验方法》。
表3实施例1～13和对比例1～2的数据
| 筒压强度/MPa | 密度/kg/m3 | |
| 实施例1 | 7.5 | 600 |
| 实施例2 | 7.0 | 630 |
| 实施例3 | 8.0 | 650 |
| 实施例4 | 6.5 | 680 |
| 实施例5 | 7.5 | 750 |
| 实施例6 | 8.0 | 650 |
| 实施例7 | 8.0 | 700 |
| 实施例8 | 7.0 | 750 |
| 实施例9 | 6.5 | 700 |
| 实施例10 | 7.5 | 650 |
| 实施例11 | 7.0 | 670 |
| 实施例12 | 6.8 | 630 |
| 实施例13 | 7.0 | 650 |
| 对比例1 | 5.0 | 700 |
| 对比例2 | 6.0 | 750 |
从实施例1～5的数据可知，当沸石的平均粒径为20目～200目时，具有合适的筒压强度和密度。实施例5的筒压强度虽然为7.5MPa，密度为750kg/m3，但是由于其密度过高，导致作为污水处理的滤料时，其污水处理性能下降，这是因为密度过高，导致其内被空隙降低，与污水接触的面积降低。
从实施例1和6～9的数据可知，蛭石的平均粒径为16目～150目时，具有合适的筒压强度和密度。
污水处理
利用本发明实施例1制备的陶粒作为污水处理滤池滤料，做滴滤试验，搭建小型模拟滤池，进水水质COD 90～100mg/L，NH3-N 25～30mg/L，TP 3～5mg/L；进水速度100ml/min，进水时间20min，周期1h；出水COD10～20mg/L、NH3-N2～5mg/L、TP0.2～0.5mg/L。
因此，本发明实施例制备的免烧陶粒具有较好的污水处理能力。
上面结合本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种免烧陶粒，其特征在于，包括如下按重量份计算的原料：
市政污泥 40~60份；
沸石 20~25份；
蛭石 15~25份；
海藻酸钠 5~10份；
所述沸石的平均粒径为20目~200目；
所述蛭石的平均粒径为16目~150目；
所述免烧陶粒由包括如下步骤的制备方法制得：
S1、将市政污泥、沸石、蛭石和海藻酸钠进行机械搅拌、造粒即得污泥颗粒；
S2、将污泥颗粒与海藻酸钠溶液混合，再与钙盐溶液混合后固液分离；
S3、将固液分离后的污泥颗粒通过自然养护、蒸压养护即得免烧陶粒。
2.根据权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述市政污泥的含水率为50%~80%。
3.根据权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述海藻酸钠溶液的质量浓度为2%~8%。
4.根据权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述钙盐的质量浓度为5%~15%。
5.根据权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述蒸压养护至少满足以下条件：
i、蒸压养护时间为12~24h；
ii、蒸压温度为170~200℃；
iii、压强不小于8个大气压。
6.根据权利要求1所述的免烧陶粒，其特征在于，所述自然养护的条件为室温下养护1h~6h。
7.权利要求1~2任一项所述的免烧陶粒在污水处理中的应用。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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