CN1367156A - 一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粘土陶粒的烧制技术,具体是指一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法。本发明原料组份及其重量百分比含量如下:粘土71～89%,污水处理厂干生物污泥6～21%,石灰石3～8%,铁粉2～6%。本发明利用污水处理厂生物污泥代替部分粘土等有用资源,既可相应减少粘土原料9～19%(重量),又可免加烧胀剂和矿化剂。烧制的优质粘土陶粒,物理性能及有害物质含量检验结果均符合国家标准的要求。本发明既变废为宝,又保护环境。这不仅符合生态建材工业可持续发展的方向,而且是城市污水处理厂生物污泥资源化利用的有效途径。

Description

一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法
技术领域
本发明涉及粘土陶粒的烧制技术，具体是指一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法。
背景技术
粘土陶粒是指用粘土作为主要原料，掺加固体燃料(如烟煤粉)，经混合、成球、高温烧结而制得的一种人造无机轻集料。由于它内部有细微气孔，具有容重轻、强度高、导热系数小、耐火度高、化学稳定性好的特点，因而比天然集料具有更为优良的物理性能，可用来配制各种高强轻质混凝土和保温隔热、吸声隔音等功能材料及制品，广泛应用于建筑、冶金、化工、石油、农业等部门。
传统制造粘土陶粒的方法，主要原料通常有粘土质原料(如粘土)、石灰质原料(如石灰石)和铁质原料(如铁粉)。这种传统的工艺是一种高消耗有用粘土资源的工艺，主要表现为生态环境协调性差，给生态平衡和环境保护带来了沉重的负担。近年来，国内外本领域工程技术人员纷纷着力研究，固体废弃物代替粘土原料来烧制粘土陶粒的工艺技术。
美国是最早研制页岩陶粒的国家之一，其原料近几年逐步从页岩转向工业废料；日本研究利用城市垃圾(玻璃、陶瓷、土石类杂物)生产陶粒；在国内，天津市硅酸盐制品厂利用电厂排出的粉煤灰作为原料，烧制粉煤灰陶粒。生物污泥是城市污水处理后排出的废弃物，它的主要化学成份有Si、Al、Fe、Ca、S等化合物和有机物。随着城市的不断发展和城市人口的不断增加，城市污水处理量及生物污泥产生量随之日益增多。目前许多城市生物污泥仅作填埋处理，既占用大量土地，又不能资源化利用，且污染环境的程度愈来愈严重，污水处理厂生物污泥废弃物再资源化开发利用已成为急待研究的难题。
发明内容
本发明的目的在于，为污水处理厂生物污泥的资源化开发利用提供一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法，即利用污水处理厂生物污泥代替部分粘土原料来烧制粘土陶粒的方法，从而有利于变废为宝，节约有用的粘土资源，保护生态环境。
本发明的目的是通过以下配方及其工艺技术来实现的：
一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法，它包括原材料处理、生料制备、成球、陶粒烧结过程，其特征在于原料组份及其重量百分比含量如下：
原料                      重量百分比
粘土                        71～89
按干污泥计的生物污泥        6～21
石灰石                      3～8
铁粉                        2～6
原料的化学成份、燃料的工业分析及化学成分要求，按重量百分比含量范围如下：
干污泥的烧失量28～62，含有SiO2 7～45，Al2O3 3～13，Fe2O3 2～15，CaO 1～3，MgO 1～2，K2O 1～3，Na2O 1～2，P2O5 4～8；
粘土的烧失量5～12，含有SiO2 56～63，Al2O313～21，Fe2O3 3～11，CaO 1～3，MgO 1～3；
石灰石的烧失量35～40，含有SiO2 4～8，Al2O3 1～3，Fe2O3 0.5～2，CaO 41～51，MgO 1～3；
铁粉的烧失量5～15，含有SiO2 7～18，Al2O3 5～15，Fe2O3 30～62，CaO 1～4，MgO 1～3；
烟煤煤灰含有SiO2 45～65，Al2O3 20～30，Fe2O3 3～9，CaO 2～6，MgO 1～3；
烟煤的含水量Wf 3～8，含有灰分Af 15～24，挥发分Vf 21～29，固定碳Cf 48～60，其热值Qf DW范围为25600～28800KJ/Kg。
陶粒烧结工艺条件：烧结温度范围为1175℃～1250℃。
实验研究和生产实践发现，如果在生料中加入生物污泥可起到烧胀剂的作用，使陶粒膨胀，其有机物燃烧后留下孔隙，有利于陶粒的烧成，污泥中含有适量的P2O5、K2O、硫、氧化镁和微量的其它组分，可在陶粒烧成过程中起到矿化剂的作用，降低固相反应时最低共熔温度，液相生成温度降低，促进陶粒的烧结；根据不同污水处理厂生物污泥成分的差别，陶粒的最佳配比作相应调整。
本发明与现有技术相比有如下实质性的显著优点：
1、经过实验及配方优化研究结果表明，采用生物污泥作为陶粒原料配料，既可相应减少粘土原料9％～19％(重量)，又可起到烧胀剂和矿化剂的作用，有利于陶粒的膨胀，其有机物燃烧后留下孔隙，促进陶粒的烧结，因而使用生物污泥后，不需要加入烧胀剂和矿化剂。
2、使用生物污泥配料时，分别加入不同污水处理厂生物污泥代替部分粘土都可以烧制出合格的轻质陶粒，其密度随着生物污泥加入量的增加而增大。本发明烧制的陶粒物理性能及有害物质含量检验结果与国家标准GB/T17431.1-1998要求的比较分别见表1、2。分析表1、2可知，使用生物污泥配料，陶粒的物理性能及有害物质含量都符合国家标准的要求，这为制造优质生态材料创造了良好的条件。
表1  使用生物污泥配料的陶粒物理性能检验结果与国家标准的比较
Figure A0211493800051
表2  使用生物污泥配料的陶粒有害物质含量检验结果与国家标准的比较
检验项目  煮沸质量损失   焼失量   硫化物和磷酸盐含量    含泥量    有机物含量(％)        (％)      (按SO3计，％)       (％)国家标准      ≤5         ≤5           ≤1.0             ≤3    不深于标准色本发明        2.2        -0.40          0.17              1.9     浅于标准色
3、采用本发明利用污水处理厂生物污泥代替部分粘土原料来生产陶粒，以广州华穗轻质陶粒厂每天用含水量约30％的湿粘土350吨左右计算，则每天可利用含水量为80％左右的湿生物污泥量分别为开发区污水处理厂147吨、猎德污水处理厂183吨和大坦沙污水处理厂245吨，利用含水量为80％左右的湿生物污泥量是广州市目前三家污水处理厂排出生物污泥量320～360吨/日的46～68％。
本发明的推广应用为污水处理厂生物污泥找到了一条综合利用的途径，不仅节省了有用的粘土资源，而且减少了生物污泥的污染，改善生态环境。因而具有明显的社会、经济和环境效益，对解决生物污泥污染环境及开发利用的问题和发展生态材料的模式显示了良好前景。
具体实施方式
广州市猎德污水处理厂为实施例1、广州大坦沙污水处理厂为实施例2和广州开发区污水处理厂为实施例3，以三个污水处理厂排出的生物污泥为部分原料，以烟煤为燃料，原料和燃料的化学成份(重量％)如表3所示，燃料的工业分析(重量％)及热值如表4所示。
                 表3  原料、燃料化学成份(重量％)
    原  料    烧失量   SiO2   Al2O3Fe2O3 CaO    MgO  K2O  Na2OP2O5含水量实施例1 湿污泥    34.90    30.35   11.58   4.44    1.82   0.95  2.54  1.47  5.16  72.50实施例2 湿污泥    42.39    21.45   8.89    3.57    2.42   0.96  2.09  1.46  4.88  85.00实施例3 湿污泥    56.90    7.08    3.39    2.63    1.52   1.10  1.75  1.25  7.61  77.30
    湿粘土    10.00    59.89   17.43   8.62    2.21   1.61                    29.70
    铁  粉    13.13    17.23   5.87    60.82   3.28   2.64
    石灰石粉  39.70    6.98    1.34    0.69    49.28  1.32实施例1 烟煤煤灰           47.73   28.68   8.83    5.99   2.48实施例2 烟煤煤灰           55.38   25.15   6.56    4.85   2.93实施例3 烟煤煤灰           63.46   22.65   4.73    3.79   2.37
               表4  燃料的工业分析(重量％)及热值
     燃料       Wf       Af        Vf        Cf   Qf DW(kJ/kg)实施例1  烟煤      4.19      16.04      26.90      56.47      27632实施例2  烟煤      5.45      20.24      27.15      53.63      26237实施例3  烟煤      6.58      23.19      28.03      49.10      25865
在实施例1中，广州猎德污水处理厂湿生物污泥在螺旋給料机的流量为每分钟69.50kg，按干生物污泥计为19.33kg，其配比占原料总量的17.63(重量％)；潭洲湿粘土在喂料机的流量为每分钟116.67kg，相当于干粘土82.00kg，其配比占原料总量的74.77(重量％)，石灰石粉和铁粉在給料机的流量分别为每分钟4.50kg和3.83kg，石灰石粉和铁粉配比分别占原料总量的4.10(重量％)和3.50(重量％)；陶粒烧成工艺条件：陶粒烧成温度范围为1200±10℃。
在实施例2中，广州大坦沙污水处理厂湿生物污泥在螺旋給料机的流量为每分钟113.33kg，相当于干生物污泥17.0kg，其配比占原料总量的13.62(重量％)；潭洲湿粘土在喂料机的流量为每分钟141.54kg，相当于干粘土99.50kg，其配比占原料总量的79.71(重量％)，石灰石粉和铁粉在給料机的流量分别为每分钟4.50kg和3.83kg，石灰石粉和铁粉配比分别占原料总量的3.60(重量％)和3.07(重量％)；陶粒烧成工艺条件：陶粒烧成温度范围为1185±10℃。
在实施例3中，广州开发区污水处理厂湿生物污泥在螺旋給料机的流量为每分钟48.47kg，相当于干生物污泥11.0kg，其配比占原料总量的6.80(重量％)；潭洲湿粘土在喂料机的流量为每分钟141.33kg，相当于干粘土99.35kg，其配比占原料总量的87.97(重量％)，石灰石粉和铁粉在給料机的流量分别为每分钟4.84kg和3.51kg，其配比分别占原料总量的为3.04(重量％)和2.19(重量％)。
陶粒烧成工艺条件：陶粒烧成温度范围为1225±25℃。

Claims (2)

1、一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法，它包括原材料处理、生料制备、成球、陶粒烧结过程，其特征在于原料组份及其重量百分比含量如下：
原料                      重量百分比
粘土                        71～89
按干污泥计的生物污泥         6～21
石灰石                      3～8
铁粉                        2～6
原料的化学成份、燃料的工业分析及化学成分要求，按重量百分比含量范围如下：
干污泥的烧失量28～62，含有SiO2 7～45，Al2O3 3～13，Fe2O3 2～15，CaO1～3，MgO 1～2，K2O 1～3，Na2O 1～2，P2O5 4～8；
粘土的烧失量5～12，含有SiO2 56～63，Al2O3 13～21，Fe2O3 3～11，CaO 1～3，MgO 1～3；
石灰石的烧失量35～40，含有SiO2 4～8，Al2O3 1～3，Fe2O3 0.5～2，CaO 41～51，MgO1～3；
铁粉的烧失量5～15，含有SiO2 7～18，Al2O3 5～15，Fe2O3 30～62，CaO 1～4，MgO 1～3；
烟煤煤灰含有SiO2 45～65，Al2O3 20～30，Fe2O3 3～9，CaO 2～6，MgO 1～3；
烟煤的含水量Wf 3～8，含有灰分Af 15～24，挥发分Vf 21～29，固定碳Cf 48～60，其热值Qf DW范围为25600～28800KJ/Kg。
陶粒烧结工艺条件：烧结温度范围为1175℃～1250℃。
2、根据权利要求1所述的一种利用污水处理厂生物污泥烧制粘土陶粒的方法，原料组份及其重量百分比含量选自：
原料                     重量百分比
粘土                       81～85
干                         9～12
石                         3.5～5
铁                         2.5～3.5
陶粒烧结工艺条件：烧结温度为1190～1215。
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