利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，將基礎(chǔ)材料濕基城市污泥、粉煤灰、電石渣和碎石渣分別計量，首先對濕基城市污泥中的重金屬離子進行固化，其中一部分固化處理后的城市污泥進行裂解碳化預(yù)處理，剩余部分固化處理后的城市污泥與電石渣進行混合燒結(jié)法預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的基礎(chǔ)材料混合，再采用壓力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后將坯體放入微波燒結(jié)設(shè)備中，抽取真空，通入CO2使系統(tǒng)內(nèi)壓力恒定，養(yǎng)護后即可制得板材。本發(fā)明的有益效果：重金屬固化效果好，各種重金屬的去除率大于90％，且不受重金屬種類的限制；固體廢棄物利用率高，而且制得的板材能適用于廣泛的生活生產(chǎn)使用中。
【專利說明】
利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于污泥資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個人多地少、資源緊張的國家。在我國，隨著城市化水平建設(shè)的不斷推進，且從國家層面到廣大的社會大眾，對環(huán)境保護的意識越來越強，近些年污水處理廠的數(shù)量設(shè)水平急劇增加，隨之產(chǎn)生的污泥量(包含各種重金屬離子等)也越來越大。據(jù)統(tǒng)計，到2020年，我國城市污泥排放量(干重)將達到6000萬噸。如何高效合理的利用這些廢棄物，實現(xiàn)廢物的合理化、資源化的利用，已經(jīng)成為目前的急需解決的問題。.而且污泥中有機物含量高，含有各種致病菌，易腐爛發(fā)臭，如果大量未經(jīng)處理的污泥任意堆放和排放，不但會對環(huán)境造成新的污染，而且還會浪費污泥中的有用資源。因此，如何將產(chǎn)量大、成分復(fù)雜的污泥，經(jīng)過科學處理后使其減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化，已經(jīng)成為我國乃至全世界廣泛關(guān)注的熱點問題。
[0003]電石渣數(shù)量大，含堿量高，又含有硫、砷等有害物質(zhì)，不經(jīng)處理排放會堵塞下水道，壅積河床，危害漁業(yè)生產(chǎn)。在陸地堆放則占用土地，污染環(huán)境。一些建設(shè)在濱海或山區(qū)的工廠，一直以來將電石渣直接排到海塘或山谷中，填海填溝有規(guī)則堆放，幾呼沒有作防滲處理。此法占地面積大，污染嚴重。根據(jù)計算，每使It純電石，大約要生成1.16t電石渣，目前，對電石渣的利用主要有兩個方面，一是用于建筑工業(yè)，另一方面是用于環(huán)境治理，通過這些途徑僅利用了部分電石渣，仍有大量電石渣未被利用。電石渣的大量堆放既占用了大量的土地資源，又污染了環(huán)境，因此，現(xiàn)階段如何將電石渣變廢為寶已經(jīng)刻不容緩了。
[0004]近年來，我國污泥和電石渣的產(chǎn)量快速增長。如何高效的利用城市污泥，電石渣這類固體廢棄物制備環(huán)保材料，研究現(xiàn)有的文獻，已經(jīng)有了一定的報道，與此同時還是有一些問題，如:
[0005]①城市污泥中含有大量的重金屬離子，這些離子會對人類生活和生產(chǎn)造成極大的傷害，就目前的工藝而言，還沒有很好的解決方案，而且盲目的將污泥做成建筑材料應(yīng)用于日常生活生產(chǎn)中，隨著時間的推移，其中的重金屬離子會慢慢浸出滲出，對人們的身體健康造成危害
[0006]②城市污泥中的還有大量的生活垃圾和城市污染物，含有大量病菌和有害微生物，各種有機物使之形成絮凝膠狀，現(xiàn)階段工業(yè)中，焚燒污泥是主要的處理手段，但這不僅浪費大量的資源和燃料，而且焚燒產(chǎn)生的有害氣體會污染空氣，對附近人群造成嚴重傷害，
[0007]目前使用城市污泥制備板材的等建筑材料已取得一定的成果。例如西安市利生污泥處理有限公司的一項中國專利(專利公開號:CN104649650A)公開了一種新型城市污泥制磚的制備方法。其利用污泥脫水劑和除臭劑對污泥進行脫水和除臭處理，浙江綠天環(huán)境工程有限公司公開的一種可降解污泥塑料環(huán)保板材及其制備方法(專利公開號:CN104591682A)，其利用污泥和木粉、PP粉、各種外加劑并進行二次脫模造粒，注漿成型，但這種方法得到的板材，耐久性和保溫性能無法得到保證，并且這種方法對污泥中的重金屬離子和有機物也沒有很好的處理，只是添加外加劑使之固定下來，難以長久使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的方法，針對污泥本身含有大量的重金屬離子和有機物，使污染環(huán)境的污染物二次循環(huán)利用，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益的雙重增值。
[0009]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的方法，將基礎(chǔ)材料濕基城市污泥、粉煤灰、電石渣和碎石渣分別計量，首先對濕基城市污泥中的重金屬離子進行固化，其中一部分固化處理后的城市污泥進行裂解碳化預(yù)處理，剩余部分固化處理后的城市污泥與電石渣進行混合燒結(jié)法預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的基礎(chǔ)材料混合，再采用壓力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后將坯體放入微波燒結(jié)設(shè)備中，抽取真空，通入CO2使系統(tǒng)內(nèi)壓力恒定，養(yǎng)護后即可制得板材。
[0010]按上述方案，所述的基礎(chǔ)原料的質(zhì)量組成為:濕基城市污泥40?60%，粉煤灰10?20%，電石渣25?40%，碎石渣5?10%。
[0011 ]按上述方案，所述的固化處理是首先向濕基城市污泥中，加入濃度為2wt.%雙氧水和濃度為42wt.%的磷酸混合溶液，攪拌Ih，靜置反應(yīng)24h，通過吸附柱和吸附罐回收重金屬，回收處理后的污泥泥漿備用。
[0012]按上述方案，所述的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，其中，裂解碳化預(yù)處理的污泥量彡20wt.%，低溫裂解時溫度在240?300°C，壓力10?15Mpa;混合燒結(jié)法預(yù)處理的污泥量彡80wt.%，電石渣的含量12%彡Θ彡20%，燒結(jié)溫度為900?950°C。
[0013]按上述方案，所述的電石渣為漿體，含水量<50wt.%。
[0014]按上述方案，所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。
[0015]按上述方案，所述的養(yǎng)護是采用微波碳化養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為2h，養(yǎng)護溫度為200±5°C，CO2氣體壓力為0.4Mpa。
[0016]本發(fā)明的主要技術(shù)原理為:為處理污泥中的重金屬和有機物這兩大問題，
[0017]在重金屬固化方面，1、催化與價態(tài)控制技術(shù)，利用污泥中的各種重金屬與磷酸反應(yīng)生成可溶性的金屬鹽，再用酸性陽離子交換樹脂交換磷酸溶液中的重金屬離子，以去除污泥中的重金屬，并回收磷酸;2、利用蒸壓養(yǎng)護技術(shù)，考慮到污泥中剩余的重金屬離子會在成型養(yǎng)護時離子含量及溢出的情況，固采用微波養(yǎng)護和碳化養(yǎng)護技術(shù);微波養(yǎng)護技術(shù)以其獨特的無溫度梯度的整體加熱，使得板材漿體能快速、均勻的干燥，另一方面，微波產(chǎn)生的電磁場使得料中化學物質(zhì)的結(jié)晶反應(yīng)速率和結(jié)晶晶格的規(guī)則度得以極大的提高，使得料漿在短時間內(nèi)即可出模，這樣能在漿體中中剩余重金屬溢出表面之前將其固化下來，穩(wěn)定重金屬;3、利用表面致密化技術(shù)，在養(yǎng)護倉內(nèi)通入二氧化碳氣體以后，二氧化碳能與漿體礦物發(fā)生反應(yīng)，同時放出大量的熱，在快速反應(yīng)期所形成的反應(yīng)物覆蓋在未反應(yīng)部分的表面而減慢了反應(yīng)速率，所以碳化養(yǎng)護使得制品表面的致密性提高，這樣既能增加板材的強度，又能減少重金屬額溢出；
[0018]在污泥有機物處理方面，1、采用電石渣和污泥按照比例混勻后煅燒，在煅燒過程中電石渣和污泥在高溫過程中可形成大量的具有活性的CaO-S12體系，為后期反應(yīng)提供強度;2、污泥的低溫碳化，主要通過碳化消除有機物對板材強度的影響，同時，污泥碳化形成的多孔結(jié)構(gòu)，一方面可以講降低材料的導熱系數(shù)，另一方面又可具有吸收水分或有害氣體的能力，為材料得功能化提供基礎(chǔ)。
[0019]本發(fā)明所得到的有益效果如下:重金屬固化效果好，用含雙氧水的磷酸做處理劑去除污泥重金屬效果良好，各種重金屬的去除率大于90%，且不受重金屬種類的限制；固體廢棄物利用率高，本技術(shù)中大量采用城市污泥和電石渣為主體材料，對污泥進行改性處理，不僅利用了兩種有害物，而且制得的板材能適用于廣泛的生活生產(chǎn)使用中；材料性能好，具有功能性，在將污泥裂解碳化過程中，達到了其他板材所不具備的多孔結(jié)構(gòu)，這樣提高了系統(tǒng)的保溫性能和功能化運用，所采用的碎石渣，充當骨料的作用，在成型時傳遞壓力，使坯體密實，減少產(chǎn)品后期體積變形和提高抗凍性。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實例進一步說明本申請之發(fā)明，但實施例不應(yīng)視作對本發(fā)明權(quán)利的限定。
[0021]實施例1:
[0022]本發(fā)明采用的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，電石渣為漿體，含水量彡50wt.%，所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。
[0023]本發(fā)明涉及一種利用城市污泥和電石渣制備板材的的制備方法，按重量份數(shù)計，其原材料重量百分比為:40wt.%濕基城市污泥，20wt.%粉煤灰，30wt.%電石渣，1wt.%碎石渣，若干量2wt.%濃度的雙氧水和42wt.%濃度的磷酸混合液。制備過程為:將濕基城市污泥與2 %濃度的雙氧水和42 %濃度的磷酸溶液混合，經(jīng)攪拌反應(yīng)lh、靜置24h后，經(jīng)酸性陽離子交換樹脂吸附回收重金屬和磷酸溶液，取18wt.%污泥泥漿經(jīng)溫度為280°C、壓力為15Mpa低溫裂解碳化，余下82wt.%的污泥泥漿與占其質(zhì)量百分比為20 %的電石渣混合在950°C的隧道窯中燒結(jié)，燒結(jié)后經(jīng)碾壓機磨細備用，然后將各原料按照比例混合均勻后采用壓力成型法在相應(yīng)的成型模具中壓制成型，成型壓力為20Mpa，成型周期為17s，成型后在100°C環(huán)境中干燥，干燥時間24h，干燥完成后送入蒸壓養(yǎng)護室中，抽取倉內(nèi)真空后通入C02，設(shè)定養(yǎng)護溫度為200°C，功率3kw，溫度上升90min，保溫30min即可，所得到的板材抗壓強度在60Mpa，抗拉伸強度28Mpa，重金屬浸出毒性測定實驗根據(jù)國家標準GB5086.2-1997《固體廢棄物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》執(zhí)行，得到個重金屬浸出率如下，Zn:4mg/L，Hg:0.0021^/1，卩13:0.1711^/1，〇(1:0.0311^/1，0(￥1):0.1111^/1;導熱系數(shù)為0.14[1.(m.K)—1]。
[0024]實施例2:
[0025]本發(fā)明采用的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，電石渣為漿體，含水量彡50wt.%，所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。
[0026]本發(fā)明涉及一種利用城市污泥和電石渣制備板材的的制備方法，按重量份數(shù)計，其原材料重量百分比為:50wt.%濕基城市污泥，15*1:%粉煤灰，30wt%.電石渣，5wt.%碎石渣，若干量2 %濃度的雙氧水和42 %濃度的磷酸混合液。制備過程為:將濕基城市污泥與2wt.%濃度的雙氧水和42wt.%濃度的磷酸溶液混合，經(jīng)攪拌反應(yīng)lh、靜置24h后，經(jīng)酸性陽離子交換樹脂吸附回收重金屬和磷酸溶液，取15wt.%污泥泥漿經(jīng)溫度為270°C、壓力為12Mpa低溫裂解碳化，余下85wt.%的污泥泥漿與占其質(zhì)量百分比為20 %的電石渣混合在900°C的隧道窯中燒結(jié)，燒結(jié)后經(jīng)碾壓機磨細備用，將各種原材料按照要求預(yù)處理后分別計量，按照比例混合均勻后采用壓力成型法在相應(yīng)的成型模具中壓制成型，成型壓力為15Mpa，成型周期為17s，成型后在100°C環(huán)境中干燥，干燥時間24h，干燥完成后送入蒸壓養(yǎng)護室中，抽取倉內(nèi)真空后通入⑶2，設(shè)定養(yǎng)護溫度為200°C，功率3kw，溫度上升90min，保溫30min即可，所得到的板材抗壓強度在58Mpa，抗拉伸強度34Mpa,重金屬浸出毒性測定實驗根據(jù)國家標準GB5086.2-1997《固體廢棄物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》執(zhí)行，得到個重金屬浸出率如下，Zn::6mg/L，Hg:0.003mg/L，Pb:0.2mg/L,Cd:0.06mg/L,Cr(VI):0.18mg/L；導熱系數(shù)為0.12[W.(πι.Κ)—1L
[0027]實施例3
[0028]本發(fā)明采用的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，電石渣為漿體，含水量彡50wt.%，所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。
[0029]本發(fā)明涉及一種利用城市污泥和電石渣制備板材的的制備方法，按重量份數(shù)計，其原材料重量百分比為:50wt%.濕基城市污泥，10wt%.粉煤灰，35wt%.電石渣，5wt%.碎石渣，若干量2 %濃度的雙氧水和42 %濃度的磷酸混合液。制備過程為:將濕基城市污泥與2wt.%濃度的雙氧水和42wt.%濃度的磷酸溶液混合，經(jīng)攪拌反應(yīng)lh、靜置24h后，經(jīng)經(jīng)酸性陽離子交換樹脂吸附回收重金屬和磷酸溶液，取20wt.%污泥泥漿經(jīng)溫度為300°C、壓力為15Mpa低溫裂解碳化，余下SOwt.%的污泥泥漿與占其質(zhì)量百分比為20 %的電石渣混合在950°C的隧道窯中燒結(jié)，燒結(jié)后經(jīng)碾壓機磨細備用，將各種原材料按照要求預(yù)處理后分別計量，按照比例混合均勻后采用壓力成型法在相應(yīng)的成型模具中壓制成型，成型壓力為15Mpa，成型周期為17s，成型后在100°C環(huán)境中干燥，干燥時間24h，干燥完成后送入蒸壓養(yǎng)護室中，抽取倉內(nèi)真空后通入⑶2，設(shè)定養(yǎng)護溫度為200°C，功率3kw，溫度上升90min，保溫30min即可，所得到的板材抗壓強度在50Mpa，抗拉伸強度31Mpa，重金屬浸出毒性測定實驗根據(jù)國家標準GB5086.2-1997《固體廢棄物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》執(zhí)行，得到個重金屬浸出率如下，Zn::4mg/L,Hg:0.002mg/L,Pb:0.15mg/L,Cd:0.04mg/L,Cr(VI):0.13mg/L;導熱系數(shù)為0.11[W.(m-K)"1].
[0030]實施例4
[0031]本發(fā)明采用的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，電石渣為漿體，含水量彡50wt.%，所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。
[0032]本發(fā)明涉及一種利用城市污泥和電石渣制備板材的的制備方法，按重量份數(shù)計，其原材料重量百分比為:45wt%.濕基城市污泥，10wt%.粉煤灰，40wt%.電石渣，5wt%.碎石渣，若干量2 %濃度的雙氧水和42 %濃度的磷酸混合液。制備過程為:將濕基城市污泥與2wt.%濃度的雙氧水和42wt.%濃度的磷酸溶液混合，經(jīng)攪拌反應(yīng)lh、靜置24h后，經(jīng)酸性陽離子交換樹脂吸附回收重金屬和磷酸溶液，取12wt.%污泥泥漿經(jīng)溫度為240°C、壓力為1Mpa低溫裂解碳化，余下88wt.%的污泥泥漿與占其質(zhì)量百分比為20 %的電石渣混合在900°C的隧道窯中燒結(jié)，燒結(jié)后經(jīng)碾壓機磨細備用，將各種原材料按照要求預(yù)處理后分別計量，按照比例混合均勻后采用壓力成型法在相應(yīng)的成型模具中壓制成型，成型壓力為lOMpa，成型周期為17s，成型后在100°C環(huán)境中干燥，干燥時間24h，干燥完成后送入蒸壓養(yǎng)護室中，抽取倉內(nèi)真空后通入⑶2，設(shè)定養(yǎng)護溫度為200°C，功率3kw，溫度上升90min，保溫30min即可，所得到的板材抗壓強度在56Mpa，抗拉伸強度30Mpa，重金屬浸出毒性測定實驗根據(jù)國家標準GB5086.2-1997《固體廢棄物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》執(zhí)行，得到個重金屬浸出率如下，Zn::5mg/L,Hg:0.003mg/L,Pb:0.17mg/L,Cd:0.05mg/L,Cr(VI):0.14mg/L;導熱系數(shù)為0.13[W.(IH-K)-1J0
【主權(quán)項】
1.利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的方法，將基礎(chǔ)材料濕基城市污泥、粉煤灰、電石渣和碎石渣分別計量，首先對濕基城市污泥中的重金屬離子進行固化，其中一部分固化處理后的城市污泥進行裂解碳化預(yù)處理，剩余部分固化處理后的城市污泥與電石渣進行混合燒結(jié)法預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的基礎(chǔ)材料混合，再采用壓力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后將坯體放入微波燒結(jié)設(shè)備中，抽取真空，通入CO2使系統(tǒng)內(nèi)壓力恒定，養(yǎng)護后即可制得板材。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于，所述的基礎(chǔ)原料的質(zhì)量組成為:濕基城市污泥40?60%，粉煤灰10?20%，電石渣25?40%，碎石渣5?10%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于，所述的固化處理是首先向濕基城市污泥中，加入濃度為2wt.%雙氧水和濃度為42wt.%的磷酸混合溶液，攪拌lh，靜置反應(yīng)24h，通過吸附柱和吸附罐回收重金屬，回收處理后的污泥泥漿備用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于，所述的濕基城市污泥，其初期含水量多50wt.%，其中，裂解碳化預(yù)處理的污泥量<20wt.%，低溫裂解時溫度在240?300°C，壓力10?15Mpa;混合燒結(jié)法預(yù)處理的污泥量彡80wt.%，電石渣的含量12%彡Θ彡20%，燒結(jié)溫度為900?950°C。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于所述的電石渣為漿體，含水量<50wt.%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于所述的碎石渣粒徑5mm<r<30mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用城市污泥和電石渣制備低污染板材的制備方法，其特征在于所述的養(yǎng)護是采用微波碳化養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為2h，養(yǎng)護溫度為200 ±5°C，CO2氣體壓力為0.4Mpao
【文檔編號】C04B30/00GK105967752SQ201610301166
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】蹇守衛(wèi), 吳世明, 余后梁, 何桂海, 孫孟琪, 馬保國, 肖慧, 權(quán)宗剛, 浮廣明
【申請人】武漢理工大學, 西安墻體材料研究設(shè)計院