本發(fā)明涉及建筑材料和危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法。

背景技術(shù)：

目前，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,我國(guó)水污染日益嚴(yán)重。為此，國(guó)內(nèi)興建了大批污水處理廠。污水處理廠的數(shù)量從2004年的667座增加到2014年的3622座,污水處理量從2004年的163億立方米增長(zhǎng)到近446億立方米。以天津市城區(qū)為例，已建成運(yùn)行的污水處理廠共44座，年產(chǎn)生含水率80％的脫水污泥約80萬(wàn)噸。污水處理后產(chǎn)生的污泥，其無(wú)害化處理一直是一個(gè)難題。污泥的成分極其復(fù)雜，其是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體，并且體積大，易腐敗，不穩(wěn)定，有惡臭，當(dāng)目前的處理方法主要有兩種：第一種是焚燒，即在專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)線上焚燒處理污泥，但這不僅會(huì)造成大氣污染，并且耗能巨大；第二種是填埋，即對(duì)脫水后污泥直接填埋于指定地點(diǎn)，然而其內(nèi)部有害成分的滲漏可能會(huì)對(duì)地下水造成污染，并且填埋產(chǎn)生的廢氣造成大氣污染。因此，如何采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理城市污泥，并達(dá)到穩(wěn)定化、資源化和無(wú)害化的目標(biāo)，已成為當(dāng)前許多學(xué)者研究的重點(diǎn)。

如采用現(xiàn)有技術(shù)中的處置方式，不僅占用大量土地還會(huì)造成土壤和地下水的污染。上述問(wèn)題決定了土地填埋和焚燒從多方面考慮都不是處置污泥可以長(zhǎng)久的辦法。因此，尋求更為有效的污泥處置辦法已成為非常緊迫的任務(wù)。若用污泥燒制陶粒，不僅解決了大量污泥的堆放問(wèn)題，避免排放不當(dāng)對(duì)環(huán)境所造成的二次污染，而且陶粒作為輕骨料用于基礎(chǔ)建筑也緩解了砂、石等建材資源危機(jī)。這也響應(yīng)了當(dāng)前國(guó)家資源化利用的趨勢(shì)。

公開(kāi)號(hào)為CN105130391A的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)“利用湖泊底泥和城市污泥微波燒結(jié)制備輕質(zhì)陶粒的方法”中嘗試?yán)贸鞘形勰嘀苽涮樟?，為建材行業(yè)處置城市污泥提供了新的渠道。但在污泥使用量、陶粒強(qiáng)度、吸水率和重金屬固化方面均有一定的局限性，還有很大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，用以解決現(xiàn)有大量污泥的堆放問(wèn)題，避免排放不當(dāng)對(duì)環(huán)境所造成的二次污染的問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明方法以城市脫水污泥和鹽漬土為主材，蒙脫土、膨潤(rùn)土等粘性土為增塑劑，制備出一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒。具體地，該方法包括如下步驟：

(1)配料：將以下原料按以下重量百分含量混合，城市脫水污泥40％～80％、鹽漬土15％～50％、增塑劑5％～10％、水料比0.2～0.35，混合后攪拌均勻；

(2)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，顆粒為球形或橢圓形；

(3)干燥：將造粒后的顆粒放入干燥箱中干燥；

(4)煅燒：再將干燥后的顆粒放入高溫煅燒設(shè)備中燒結(jié)即得陶粒；

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的城市脫水污泥為城市工業(yè)廢水處理廠污泥或城市生活污水處理廠污泥；

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中的增塑劑是蒙脫土、膨潤(rùn)土中的一種；

進(jìn)一步地，所述步驟(3)的干燥溫度60～105℃，干燥時(shí)間5～10小時(shí)；

進(jìn)一步地，所述步驟(4)所述的高溫煅燒設(shè)備是馬弗爐；

進(jìn)一步地，所述步驟(4)所述的煅燒工藝包括預(yù)熱階段、焙燒階段和降溫退火階段；

進(jìn)一步地，所述預(yù)熱階段的具體工藝為：以6～10℃/min的升溫速率，由室溫升到400℃～600℃，保溫30～50分鐘；

進(jìn)一步地，所述焙燒階段的具體工藝為：以10～15℃/min的升溫速率；升溫至1120℃～1180℃，保溫5～25分鐘；

進(jìn)一步地，所述降溫退火階段的具體工藝為：以20℃/min的速率快速降溫，溫度降至600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，原料主要城市脫水污泥、鹽漬土均為固體廢棄物，不僅解決了現(xiàn)有大量污泥的堆放問(wèn)題，避免排放不當(dāng)對(duì)環(huán)境所造成的二次污染的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了固廢的無(wú)害化、資源化處理，減少了資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了城市污泥的安全處置；同時(shí)，能夠經(jīng)濟(jì)、可行地利用城市污泥制備出高強(qiáng)陶粒產(chǎn)品，所得陶粒可以很好的固化原材料中含有的重金屬，在利于資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，也減少了陶粒工業(yè)對(duì)天然原料的需求量。

(2)采用該方法制備的陶粒，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，吸水率低，硬度大，化學(xué)穩(wěn)定性好，并且，陶粒表面有一層釉質(zhì)層或玻璃體覆蓋，極大的增強(qiáng)了污泥中重金屬的固化能力。由于，城市污泥高強(qiáng)陶粒具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、經(jīng)久耐用和重金屬固化效果好的優(yōu)點(diǎn)，使其可用于輕質(zhì)建筑構(gòu)件或保溫材料，而城市污泥高強(qiáng)陶粒性能的特點(diǎn)正好符合現(xiàn)代建筑業(yè)的需要，該材料代替砂石作為輕質(zhì)混凝土中的骨料，大大緩解了自然骨料的壓力。

(3)根據(jù)本發(fā)明的制備方法所得陶粒，其機(jī)械強(qiáng)度和重金屬污染指標(biāo)均滿足國(guó)家建筑高強(qiáng)輕集料的要求，并且重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)及危險(xiǎn)廢物填埋標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為城市污泥的資源化利用開(kāi)發(fā)了積極可行的渠道。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法所得陶粒的照片。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1

一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：將城市工業(yè)廢水處理廠污泥、鹽漬土和蒙脫土經(jīng)干燥、破碎、球磨后過(guò)0.6mm方孔篩。

(2)配料：將原料按以下重量百分含量混合：城市脫水污泥75％、鹽漬土20％、蒙脫土5％，水料比0.3，混合后攪拌均勻。

(3)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，得到粒徑為0.6～1.2cm的球形顆粒。

(4)干燥：球形顆粒放入干燥箱中干燥，干燥溫度80℃，干燥時(shí)間6小時(shí)。

(5)煅燒：再將干燥后的球形顆粒放入馬弗爐中燒結(jié)，具體工藝工程為預(yù)熱溫度：以6℃/min的升溫速率，由室溫升到400℃，保溫50分鐘；焙燒階段：1140℃保溫15分鐘，升溫速率10℃/min；降溫退火階段：600℃以上以20℃/min的速率快速降溫，到600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻，即得陶粒，照片見(jiàn)附圖1。

實(shí)施例2

一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：將城市工業(yè)廢水處理廠污泥、鹽漬土和膨潤(rùn)土經(jīng)干燥、破碎、球磨后過(guò)0.6mm方孔篩。

(2)配料：將原料按以下重量百分含量混合：城市工業(yè)廢水處理廠污泥80％、鹽漬土12％、膨潤(rùn)土8％，水料比0.35，混合后攪拌均勻。

(3)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，得到粒徑為0.6～1.2cm的球形顆粒。

(4)干燥：球形顆粒放入干燥箱中干燥，干燥溫度100℃，干燥時(shí)間5小時(shí)。

(5)煅燒：再將干燥后的球形顆粒放入馬弗爐中燒結(jié)，具體工藝工程為預(yù)熱溫度：以8℃/min的升溫速率，由室溫升到500℃，保溫40分鐘；焙燒階段：1160℃保溫15分鐘，升溫速率15℃/min；降溫退火階段：600℃以上以20℃/min的速率快速降溫，到600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻，即得陶粒。

實(shí)施例3

一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：將城市生活污水處理廠污泥、鹽漬土和蒙脫土經(jīng)干燥、破碎、球磨后過(guò)0.6mm方孔篩。

(2)配料：將原料按以下重量百分含量混合：城市生活污水處理廠污泥45％、鹽漬土45％、蒙脫土10％，水料比0.20，混合后攪拌均勻。

(3)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，得到粒徑為0.6～1.2cm的球形顆粒。

(4)干燥：球形顆粒放入干燥箱中干燥，干燥溫度90℃，干燥時(shí)間7小時(shí)。

(5)煅燒：再將干燥后的球形顆粒放入馬弗爐中燒結(jié)，具體工藝工程為預(yù)熱溫度：以10℃/min的升溫速率，由室溫升到600℃，保溫30分鐘；焙燒階段：1180℃保溫10分鐘，升溫速率15℃/min；降溫退火階段：600℃以上以20℃/min的速率快速降溫，到600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻，即得陶粒。

實(shí)施例4

一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：將城市工業(yè)廢水處理廠污泥、鹽漬土和蒙脫土經(jīng)干燥、破碎、球磨后過(guò)0.6mm方孔篩。

(2)配料：將原料按以下重量百分含量混合：城市工業(yè)廢水處理廠污泥50％、鹽漬土40％、蒙脫土10％，水料比0.3，混合后攪拌均勻。

(3)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，得到粒徑為0.6～1.2cm的球形顆粒。

(4)干燥：球形顆粒放入干燥箱中干燥，干燥溫度105℃，干燥時(shí)間5小時(shí)。

(5)煅燒：再將干燥后的球形顆粒放入馬弗爐中燒結(jié)，具體工藝工程為預(yù)熱溫度：以10℃/min的升溫速率，由室溫升到600℃，保溫45分鐘；焙燒階段：1160℃保溫20分鐘，升溫速率12℃/min；降溫退火階段：600℃以上以20℃/min的速率快速降溫，到600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻，即得陶粒。

實(shí)施例5

一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)預(yù)處理：將城市工業(yè)廢水處理廠污泥、鹽漬土和彭潤(rùn)土經(jīng)干燥、破碎、球磨后過(guò)0.6mm方孔篩。

(2)配料：將原料按以下重量百分含量混合：城市脫水污泥52％、鹽漬土40％、膨潤(rùn)土8％，水料比0.25，混合后攪拌均勻。

(3)造粒：將混合料放入制粒機(jī)中造粒，得到粒徑為0.6～1.2cm的球形顆粒。

(4)干燥：球形顆粒放入干燥箱中干燥，干燥溫度75℃，干燥時(shí)間8小時(shí)。

(5)煅燒：再將干燥后的球形顆粒放入馬弗爐中燒結(jié)，具體工藝工程為預(yù)熱溫度：以8℃/min的升溫速率，由室溫升到550℃，保溫45分鐘；焙燒階段：1180℃保溫15分鐘，升溫速率15℃/min；降溫退火階段：600℃以上以20℃/min的速率快速降溫，到600℃后將陶粒從馬弗爐中取出放入室溫下急速冷卻，即得陶粒。

重金屬浸出試驗(yàn)：

對(duì)實(shí)施例1～5所得固化重金屬高強(qiáng)陶粒，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5085.2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法—水平震蕩法》，對(duì)城市污泥和陶粒浸出毒性進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量用火焰原子吸收光譜儀測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1城市污泥和實(shí)施例1～5所得陶粒浸出毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1表明，采用本發(fā)明的一種城市污泥固化重金屬高強(qiáng)陶粒的制備方法所得陶粒，對(duì)其浸出液中的Cu、Zn、Pb、Cr的含量進(jìn)行測(cè)定，大大降低了城市脫水污泥中Cu、Zn、Pb、Cr的含量，并且，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)及危險(xiǎn)廢物填埋標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為城市污泥的資源化利用開(kāi)發(fā)了積極可行的渠道。

機(jī)械強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)：

對(duì)實(shí)施例1～5所得固化重金屬高強(qiáng)陶粒進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2實(shí)施例1～5所得陶粒機(jī)械強(qiáng)度測(cè)驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，本發(fā)明所得重金屬高強(qiáng)陶粒，其機(jī)械強(qiáng)度和重金屬污染指標(biāo)均滿足國(guó)家建筑高強(qiáng)輕集料的要求。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。