專利名稱：一種以給水污泥和污水污泥制備陶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶粒制備方法；具體是以給水污泥和污水污泥制備陶粒的方法。
背景技術(shù)：
給水污泥是由濾池反沖洗排水和沉淀池或澄清池排泥水中的固體物質(zhì)組成，其總固體含量一般在O. 19Γ2%之間。濾池反沖洗污泥主要由懸浮物類、粘土、有機(jī)物和化學(xué)藥劑殘余物組成；沉淀池污泥可分為石灰軟化污泥和化學(xué)絮凝沉淀污泥兩種，軟化污泥主要產(chǎn)生于原水的軟化過程，主要成分為碳酸鈣、氫氧化鎂、有機(jī)物和過剩的軟化試劑；化學(xué)絮凝沉淀污泥主要由原水中的懸浮物、膠體物質(zhì)、有機(jī)物、微生物和加入的凈水劑及微量重金屬元素組成。、
給水污泥中以無機(jī)成份為主，有機(jī)成份含量較少。根據(jù)對部分給水廠污水及污泥組成成份的分析表明，給水廠污水及污泥幾乎含有原水所流經(jīng)的地表層所有的元素和化合物。給水廠污泥中以Si02、Fe203、Al203、CaC03等化合物為主要成份，污泥中除混凝劑的殘?jiān)酝猓渌煞葜饕獊碓从谠鹘?jīng)的地表層土壤物質(zhì)，燃燒損失的試驗(yàn)表明，給水廠的污泥中有機(jī)物的含量通常在10°/Γ25%范圍內(nèi)。給水污泥含有大量的懸浮物，大量未經(jīng)處理的給水污泥如果直接排放，將會產(chǎn)生以下幾個方面的危害(1)給水污泥中大量的泥沙、懸浮物進(jìn)入水體后，會造成泥沙淤積，改變水體原有的水力條件等；(2)給水污泥含有的大量懸浮物、有機(jī)物等污染物會造成排放水體的污染。(3)目前大多數(shù)給水廠均采用鋁鹽作為混凝劑，而大量的鋁污泥排入水體，將會對水生生物和底棲生物構(gòu)成危害，從而破壞水體的生態(tài)平衡。(4)大量的給水廠排泥水未經(jīng)處理回收而直接排放，也是水資源的巨大浪費(fèi)。隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水的排放量日益增加，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保護(hù)人民的身體健康，提高水環(huán)境質(zhì)量，污水必須經(jīng)過凈化處理達(dá)標(biāo)后才能排放。污水在處理過程中，會產(chǎn)生一定數(shù)量的污泥，這些污泥含水率高，有機(jī)物含量高，容易腐爛發(fā)臭，如果得不到有效處置，會嚴(yán)重影響環(huán)境質(zhì)量，造成二次污染。如何妥善處理處置這些廢棄物，尋找一條經(jīng)濟(jì)、合理、高效的污泥處置技術(shù)，已成為建設(shè)完整城市污水處理廠，提高技術(shù)水平和管理水平的重要因素；如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥無害化、資源化，已成為世界環(huán)境界深為矚目的課題之一
為了控制水污染和實(shí)現(xiàn)污水資源化，國內(nèi)外對于給水/污水的處理率和處理要求越來越高，隨之給水污泥/污水污泥的產(chǎn)量也越來越大。從而導(dǎo)致了給水污泥/污水污泥的二次污染環(huán)境的問題。由于工業(yè)廢水的大量排放，導(dǎo)致污水中含有大量的重金屬物質(zhì)，經(jīng)處理后重金屬會截留在污泥中，所以污水污泥中含有一定濃度的重金屬物質(zhì)，給污泥的資源化利用造成了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有給水污泥和污水污泥影響環(huán)境、造成危害的問題；而提出了一種以給水污泥和污水污泥制備陶粒的方法。一種利用給水污泥和污水污泥制備陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將給水污泥和污水污泥按(7/3 1. 5) : I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的89Γ15%，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，以8 10 V /min速率升溫，然后在95(Tl000°C下保溫25 35min，隨爐冷卻；即得到陶粒。經(jīng)測試陶粒的松散容重為550 750 kg/m3，顆粒表觀密度為1050 1400 kg/m3，空隙率為41% 53%，吸水率的在15%以內(nèi)，筒壓強(qiáng)度為8 17 MPa，含泥率在(λ 3°Γθ. 5%。一種利用給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法還可以按下述步驟進(jìn)行的將污水污泥和河道底泥按(7/3 1. 5) : I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的89Γ15%，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，以8 10°C /min速率升溫200°C，保溫10 min，然后以8 10°C /min速率升溫在550°C下保溫lOmin，再以8 10 V /min速率升溫在950 1050 °C下保溫10 min,隨爐冷卻；即得到陶粒。經(jīng)測試陶粒的松散容重為55(T750 kg/m3，顆粒表觀密度為105(Tl400 kg/m3，空隙率為 41% 53%，吸水率的在15%以內(nèi)，筒壓強(qiáng)度為8 17 MPa,含泥率在O. 3% 0· 5%。本發(fā)明系統(tǒng)地對兩種污泥為主要原料制備的陶粒進(jìn)行了使用安全性試驗(yàn)研究，主要包括燒成溫度、pH、氧化性條件對陶粒中的重金屬浸出特性及固化規(guī)律的影響，得出在各種條件下，陶粒中重金屬的浸出濃度遠(yuǎn)低于中國危險(xiǎn)廢棄物重金屬浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)。同時，對陶粒中重金屬固化方式進(jìn)行了簡單探討。(I)燒成溫度對陶粒中的重金屬固化效能影響比較顯著。陶粒中的Cd2+、Cr6+、CU2+和Pb2+的浸出量隨著燒成溫度的提高而逐漸減小的；當(dāng)燒成溫度大于950°C之后，陶粒的重金屬的30d或24h浸出量降低非常明顯。(2)重金屬對強(qiáng)酸性條件下都表現(xiàn)出很強(qiáng)的浸出特性，Cd2+、Cr6+、Cu2+和Pb2+的浸出量在PH=I時達(dá)到最大；此后，隨著pH的升高，陶粒的重金屬所受影響相對較小，浸出量迅速減小，在PH大于2時重金屬浸出量已經(jīng)非常小且變化不明顯；這種結(jié)果對陶粒使用安全性做了重要的保證，使陶?？梢栽趶?qiáng)酸強(qiáng)堿的條件下應(yīng)用，具有重要的使用價(jià)值。(3)隨著H2O2濃度的逐漸增加，陶粒中的重金屬的浸出量也是逐漸增加的；氧化性條件對陶粒中重金屬固化效能的影響主要是對陶粒表面物質(zhì)及孔隙內(nèi)表面物質(zhì)中的重金屬的影響；氧化性越強(qiáng)，對陶粒表面物質(zhì)的侵蝕、溶解作用越強(qiáng)，從而導(dǎo)致了 4種重金屬的浸出量逐漸升高。給水污泥和污水污泥是給水處理和污水處理過程中必不可少的產(chǎn)物。給水污泥和污水污泥已成為廢物中影響環(huán)境、造成危害最為嚴(yán)重的因素之一。常規(guī)的污泥處理方法(如填埋和焚燒等)已經(jīng)難以適應(yīng)日益嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明在把握國際社會在給水污泥和污水污泥處理、處置領(lǐng)域的最新動態(tài)和發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，針對兩種污泥的自身特性、污染危害途徑，從處理模式上進(jìn)行了新的探索。研究了兩種污泥的材料化利用途徑一污泥制備陶粒技術(shù)，同時對資源化產(chǎn)品進(jìn)行了安全性及使用性能評價(jià)，為今后的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與污染控制技術(shù)提供必要的理論基礎(chǔ)和可靠的科學(xué)依據(jù)，具有一定的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益及學(xué)術(shù)價(jià)值。


圖I是燒成溫度對陶粒中重金屬Cd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為 50mg/kgCd (24h), 表不濃度為 500mg/kgCd (24h), ▲表不濃度為 IOOOmg/kgCd (24h), ▼表不濃度為 50mg/kgCd (30d), 表不濃度為 500mg/kgCd (30d),4表示濃度為1000mg/kgCd (30d);圖2是燒成溫度對陶粒中重金屬Cr的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為50mg/kgCr (24h)，·表示濃度為500mg/kgCr (24h)，▲表示濃度為1000mg/kgCr (24h), ▼表示濃度為 50mg/kgCr (30d), 表示濃度為 500mg/kgCr (30d),普表示濃度為1000mg/kgCr(30d);圖3是燒成溫度對陶粒中重金屬Pd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為50mg/kgPd (24h)，·表示濃度為500mg/kgPd (24h)，▲表示濃度為IOOOmg/kgPd (24h), ▼表示濃度為 50mg/kgPd (30d), 表示濃度為 500mg/kgPd (30d),奇表示濃度為1000mg/kgPd (30d);圖4是燒成溫度對陶粒中重金屬Cu的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為 50mg/kgCu (24h),·表示濃度為 500mg/kgCu (24h), ▲表示濃度為 1000mg/kgCu(24h)，▼表示濃度為50mg/kgCu (30d)， 表示濃度為500mg/kgCu (30d), 4表示濃度為1000mg/kgCu (30d);圖5是pH對陶粒中重金屬Cd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為lmg/kgCd (24h),·表示濃度為 25mg/kgCd (24h), ▲表示濃度為 50mg/kgCd (24h), ▼表示濃度為 lmg/kgCd (30d), 表不濃度為 25mg/kgCd (30d), -*4 表不濃度為 50mg/kgCd (30d)；圖6是pH對陶粒中重金屬Cr的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為50mg/kgCr (24h)，·表、示濃度為 500mg/kgCr (24h), ▲表示濃度為 1000mg/kgCr (24h), ▼表示濃度為 50mg/kgCr(30d)， 表示濃度為 500mg/kgCr (30d)，4表示濃度為 1000mg/kgCr (30d);圖 7 是 pH對陶粒中重金屬Cu的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為100mg/kgCu (24h)， 表示濃度為250mg/kgCu (24h), ▲表示濃度為 500mg/kgCu (24h), ▼表示濃度為 100mg/kgCu (30d), 表示濃度為250mg/kgCu (30d), 表示濃度為500mg/kgCu (30d);圖8是pH對陶粒中重金屬Pd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為50mg/kgPd (24h)， 表示濃度為500mg/kgPd(24h)，▲表示濃度為1000mg/kgPd (24h)，▼表示濃度為50mg/kgPd (30d)， 表示濃度為500mg/kgPd (30d),奇表示濃度為1000mg/kgPd (30d);圖9是H2O2濃度對陶粒中重金屬Cd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為lmg/kgCd (2處)，籲表示濃度為2511^/1^0(1 (24h)，▲表示濃度為50mg/kgCd (24h)，▼表示濃度為lmg/kgCd (30d), 表示濃度為25mg/kgCd(30d)，-脊表示濃度為50mg/kgCd (30d);圖10是H2O2濃度對陶粒中重金屬Cr的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為100mg/kgCr (24h), ·表示濃度為500mg/kgCr (24h), ▲表示濃度為 1000mg/kgCr (24h), ▼表不濃度為 100mg/kgCr (30d), 表不濃度為 500mg/kgCr(30d)， 表示濃度為1000mg/kgCr (30d);圖11是H2O2濃度對陶粒中重金屬Cu的浸出、量影響圖，圖中■表示濃度為100mg/kgCu (24h)，·表示濃度為250mg/kgCu (24h)，▲表示濃度為 500mg/kgCu (24h), ▼表示濃度為 100mg/kgCu (30d), 表示濃度為 250mg/kgCu(30d)，奇表示濃度為500mg/kgCu (30d);圖12是H2O2濃度對陶粒中重金屬Pd的浸出量影響圖，圖中■表示濃度為50mg/kgPd(24h)， 表示濃度為500mg/kgPd(24h)，▲表示濃度為 1000mg/kgPd (24h), ▼表不濃度為 50mg/kgPd (30d), 表不濃度為 500mg/kgPd (30d),4 表示濃度為 1000mg/kgPd (30d)。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中一種利用給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將給水污泥和污水污泥按(7/3 1. 5) : I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的89Γ15%，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，以8 10 V /min速率升溫，然后在95(Tl000°C下保溫25 35min，隨爐冷卻；即得到建筑陶粒。經(jīng)測試建筑陶粒的松散容重為550 750 kg/m3，顆粒表觀密度為1050 1400 kg/m3,空隙率為41%-53%，吸水率的在15%以內(nèi)，筒壓強(qiáng)度為8 17 MPa，含泥率在O. 3°/Γθ· 5%。為了考察是否可以利用含有重金屬的污泥制備出具有使用安全性的陶粒，發(fā)明中根據(jù)各地區(qū)污泥中某種重金屬含量的最小值與最大值，在發(fā)明中使用的污水污泥進(jìn)行人為添加重金屬。是添加后污泥中重金屬含量如數(shù)值如表I所示，選用3種不同重金屬含量。發(fā)明中人為加入重金屬Cr6+、Cd2+、Cu2+和Pb2+的溶液配置分別使用分析純K2CrCV Cd(NO3)2,Pb (NO3) 2和CuSO4 ·5Η20。具體添加方法是吸取一定量的重金屬溶液到污泥中，充分混合，之后污泥放置在空氣中進(jìn)行自然干燥，并進(jìn)行機(jī)械粉碎、人工篩分后制作陶粒。
表I試驗(yàn)用污水污泥中各種重金屬含量(mg/kg)
權(quán)利要求
1.一種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于ー種利用給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將給水污泥和污水污泥按(7/3^1. 5):1質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的89Γ15%，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，以8 1(TC /min速率升溫，然后在95(Tl000°C下保溫25 35min，隨爐冷卻；即得到建筑陶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于給水污泥和污水污泥按(3 2) :2質(zhì)量比混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的109Γ15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于在1000°C下保溫30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于硅酸鹽類物質(zhì)為硅酸鈉。
6.一種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于ー種利用給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法是按下述步驟進(jìn)行的將污水污泥和河道底泥按(7/3^1. 5) : I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的89Γ15%，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，以8 10で/min速率升溫200°C，保溫10 min，然后以8 10°C /min速率升溫在550°C下保溫lOmin，再以8 10°C /min速率升溫在95(Tl050°C下保溫lOmin，隨爐冷卻；即得到建筑陶粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于污水污泥和河道底泥按(3 2) :2質(zhì)量比混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的109Γ15%。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于以10°C /min速率升溫200°C，保溫10 min，然后以10°C /min速率升溫在550°C下保溫lOmin，再以10°C /min速率升溫在1000°C下保溫lOmin。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，其特征在于硅酸鹽類物質(zhì)為硅酸鈉。
全文摘要
一種以給水污泥和污水污泥制備建筑陶粒的方法，它涉及建筑陶粒制備方法。本發(fā)明要解決現(xiàn)有給水污泥和污水污泥影響環(huán)境、造成危害的問題。方法將給水污泥和污水污泥混合，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，混勻，然后置于造粒機(jī)擠壓成型，自然晾干，燒結(jié)，隨爐冷卻；即得到建筑陶粒。本發(fā)明產(chǎn)品用于建筑材料。
文檔編號C04B33/132GK102731063SQ20121024340
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者李圭白, 許國仁, 鄒金龍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)