本發(fā)明屬于環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用污泥制備空氣凈化功能陶瓷磚和復(fù)合肥的方法。
背景技術(shù)：
污泥的處理一直是水處理行業(yè)的難題。目前，對于剩余污泥的處理方法主要有土地利用、衛(wèi)生填埋和焚燒等方法。這些方法有的存在著環(huán)境安全隱患，有的成本高。污泥中含有大量的有機(jī)物，這些有機(jī)物以生物殘?bào)w為主，富含蛋白質(zhì)和銅鋅鐵等金屬元素，其中的很多成分都是寶貴的資源。因而，積極探討污泥的綜合利用方法，變廢為寶，是污泥處置的最好出路。但是，污泥中同時(shí)含有大量的重金屬等有害物質(zhì)，利用污泥時(shí)必須加以凈化去除有害物質(zhì)。
空氣污染已成為全球性問題，無論是室內(nèi)還是室外，空氣中的甲醛、苯系物、顆粒物質(zhì)、重金屬等有害物質(zhì)會隨著人們的呼吸作用和皮膚進(jìn)入人的體內(nèi)，嚴(yán)重危害人體健康。為了治理空氣污染，已有很多空氣凈化器、凈化瓷磚等空氣凈化產(chǎn)品開發(fā)出來，但大都成本高，凈化效果不是很理想。
利用污泥生產(chǎn)瓷磚和地磚已有報(bào)道，李淑展等（李淑展，施周，謝敏，污水廠污泥制地磚及其性能，硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007,35（2）：251～254）將烘干的污泥粉和高嶺土等混合按常規(guī)方法燒制了污泥地磚；陳嵐嵐等（陳嵐嵐，顏桂煬，劉秀萍，陳慶華，不同污水處理廠脫水污泥燒制建筑瓷磚的初步研究，福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2008,24（4）：61～65）將干燥的污泥粉添加到黏土中，再加入一定量的三聚磷酸鈉和白膠，加壓制成磚坯，在隧道窯中燒制建筑用瓷磚。這些方法雖然基本滿足了地磚、瓷磚標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)對污泥中的重金屬進(jìn)行了一定比例的固化，但是，這些方法存在如下問題：1、污泥的添加量有限，需要大量的黏土、高嶺土等粘結(jié)材料；2、污泥中有用物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀等營養(yǎng)元素沒有提取，都燒掉了，消耗能源，污染大氣，同時(shí)也影響磚的品質(zhì)；3、現(xiàn)有方法制備的僅僅是普通磚，沒有特殊功能，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都不高。
為了安全地綜合利用城市污水處理廠的剩余污泥，降低空氣凈化陶瓷材料的制備成本，同時(shí)得到復(fù)合肥料，本發(fā)明公開了一種利用剩余污泥制備具有空氣凈化功能陶瓷磚和復(fù)合肥的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的，是提供一種利用污泥制備空氣凈化功能陶瓷磚和復(fù)合肥的方法。本方法中污泥各成分均得以利用，無二次污染，制備的凈化空氣功能的瓷磚成本低，具有很高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
采用的技術(shù)方案是：
一種利用污泥制備空氣凈化功能陶瓷磚和復(fù)合肥的方法，其特征在于，包括如下步驟：
1)取新鮮的剩余污泥，調(diào)整含水率80～88%，加入污泥質(zhì)量的5%～10%的過磷酸鈣、10～30%的硅藻土、0.1%～1%的納米鈦酸鈣和5%～10%的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱到微沸10～20min；同時(shí)，按污泥質(zhì)量和酸溶液體積比為1kg:1l的比例取含硫酸0.1-0.5mol/l和硝酸0.2-1mol/l的混合酸溶液，加入污泥質(zhì)量0.1%的納米鈦酸鈣粉體，混合分散均勻，配制成納米鈦酸鈣-混合酸的懸濁液，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以50-200m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，固液分離，得到固體a和液體a；
2)向步驟1得到的固體a中加水至固體剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀溶液調(diào)整ph值11～12，加熱到80～90℃浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀溶液，使得混合料液的ph值保持在11～12之間，固液分離，得到液體b和固體b；
3)步驟1得到的液體a和步驟2得到的液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，再用堿調(diào)整溶液的ph值為6～8，靜置18-24h，固液分離，得到固體c和液體c；
4)將步驟3中得到的液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體和0～0.5%的納米釩酸鉍粉體，紫外光輻照下，攪拌反應(yīng)90～120min，固液分離，得到固體d和復(fù)合肥；
5)將步驟2得到的固體b和步驟3得到的固體c混合，120℃烘干，球磨6-8h，混合均勻，過325目篩，加水濕潤，煉泥，制成泥坯，模具中加20-30mpa壓力成型，制成一定規(guī)格和形狀的坯料，在60-90℃下烘干，得到陶瓷泥坯料；
6)將步驟4得到的固體d用超聲分散于ph為11～14的氫氧化鉀和氫氧化鈉任意比例的溶液中，得到懸濁液d；
7)將步驟6得到的懸濁液d浸涂于步驟5制備的陶瓷泥坯料的表面，60-90℃烘干，于1000～1400℃煅燒2～5h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚。
所述的污泥為城市生活污水處理廠排放的剩余污泥。
所述的步驟3中調(diào)ph值時(shí)所用的堿為氫氧化鉀、氫氧化鈣和氨水的任意比例的水溶液。
所述的步驟4中光輻照時(shí)所用的紫外光波長為254nm，輻照強(qiáng)度為不低于100μw/cm2。
所述的步驟4中所得到的復(fù)合肥可以作為液態(tài)肥料直接使用，也可以噴霧干燥、造粒后制成固態(tài)有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明利用催化氧化、吸附、冷高壓納米粒子-酸噴射技術(shù)處理污泥，提取其中的有用物質(zhì)制備復(fù)合肥料，重金屬等有害物質(zhì)經(jīng)煅燒分解固化制備具有凈化空氣功能的陶瓷；本方法污泥中各成分均得以利用，無二次污染，制備的凈化空氣功能的瓷磚成本低。具有很高的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例中所用納米鈦酸鈣粉體均為本實(shí)驗(yàn)室按文獻(xiàn)（張東,侯平.納米鈦酸鈣粉體的制備及其對水中鉛和鎘的吸附行為[j].化學(xué)學(xué)報(bào),2009,(12):1336-1342）方法合成；所用的納米釩酸鉍粉體為本實(shí)驗(yàn)室按文獻(xiàn)（張東，等，一種高活性n-f共摻雜釩酸鉍可見光光催化材料的合成方法，發(fā)明專利，zl201210105621.7）方法合成。
實(shí)施例1
取新鮮的含水率為81%的剩余污泥2kg，加入200g的過磷酸鈣、400g的硅藻土、10g的納米鈦酸鈣和200g的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱保持微沸20min；同時(shí)另取濃度含量為0.25mol/l的硫酸和0.5mol/l的硝酸的混合酸溶液2l，加入2g的納米鈦酸鈣粉體，攪拌混合，分散均勻，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以100m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，抽濾，得到固體a和液體a；向步驟1得到的固體a中加水至固體a剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值11，加熱到80℃保溫浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀使溶液ph值保持在11，抽濾，固液分離，得到液體b和固體b；將液體a和液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值為6，靜置24h，抽濾，固液分離，得到固體c和液體c；液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體和0.2%的納米釩酸鉍粉體，置于100μw/cm2紫外光下輻照攪拌反應(yīng)120min，用離心機(jī)4000r/min離心20min，分離，得到固體d和液態(tài)復(fù)合肥，將液態(tài)復(fù)合肥經(jīng)噴霧干燥，得到固體復(fù)合肥1；固體b和固體c混合，120℃烘干，球磨6h，過325目篩，加水潤濕，煉泥，制成軟硬適中的泥坯，模具中加壓30mpa成型，制成長寬厚為150×150×12.5mm的磚坯料，80℃干燥，得到陶瓷磚泥坯料；將固體d用超聲分散于ph為11的氫氧化鉀溶液中，得到懸濁液d，浸涂于陶瓷磚泥坯料表面，80℃烘干，于1250℃煅燒3h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚1。
實(shí)施例2
取新鮮的含水率為88%的剩余污泥2kg，加入200g的過磷酸鈣、200g的硅藻土、2g的納米鈦酸鈣和100g的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱保持微沸20min；同時(shí)另取濃度含量為0.1mol/l硫酸和0.2mol/l的硝酸的混合酸溶液2l，加入2g的納米鈦酸鈣粉體，攪拌混合，分散均勻，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以50m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，抽濾，固液分離，得到固體a和液體a；向步驟1得到的固體a中加水至固體a剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值12，加熱到90℃保溫浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀使溶液ph值保持在12，抽濾，固液分離，得到液體b和固體b；將液體a和液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值為8，靜置18h，抽濾，固液分離，得到固體c和液體c；液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體和0.1%的納米釩酸鉍粉體，置于100μw/cm2紫外光下輻照攪拌反應(yīng)120min，用離心機(jī)4000r/min離心20min，分離，得到固體d和液態(tài)復(fù)合肥2；固體b和固體c混合，于120℃烘干，球磨8h，過325目篩子，加水潤濕，煉泥，制成軟硬適中的泥坯，模具中加20mpa壓力成型，制成長寬厚為150×150×12.5mm的磚坯料，60℃干燥，得到陶瓷磚泥坯料；將固體d用超聲分散于ph為14的氫氧化鉀溶液中，得到懸濁液d，浸涂于陶瓷泥坯料表面，90℃烘干，于1000℃煅燒5h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚2。
實(shí)施例3
取新鮮的含水率為80%的剩余污泥2kg，加入100g的過磷酸鈣、600g的硅藻土、20g的納米鈦酸鈣和200g的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱保持微沸10min；同時(shí)另取濃度含量為0.5mol/l硫酸和1mol/l的硝酸的混合酸溶液2l，加入2g的納米鈦酸鈣粉體，攪拌混合，分散均勻，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以200m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，抽濾，固液分離，得到固體a和液體a；向步驟1得到的固體a中加水至固體a剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值11.2，加熱到85℃保溫浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀使溶液ph值保持在11.2，抽濾，固液分離，得到液體b和固體b；將液體a和液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，用氫氧化鈣和氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值為8，靜置20h，抽濾，固液分離，得到固體c和液體c；液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體和0.5%的納米釩酸鉍粉體，置于100μw/cm2紫外光下輻照攪拌反應(yīng)90min，用離心機(jī)4000r/min離心20min，分離，得到固體d和液態(tài)復(fù)合肥，將液態(tài)復(fù)合肥噴霧干燥，得到固體復(fù)合肥3；固體b和固體c混合，120℃烘干，球磨8h，過325目篩子，加水潤濕，煉泥，制成軟硬適中的泥坯，模具中加25mpa壓力成型，制成長寬厚為150×150×12.5mm的磚坯料，90℃干燥，得到陶瓷磚泥坯料；將固體d用超聲分散于ph為14的氫氧化鉀溶液中，得到懸濁液d，浸涂于陶瓷磚泥坯料表面，60℃烘干，于1100℃煅燒2h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚3。
實(shí)施例4
取新鮮的含水率為85%的剩余污泥2kg，加入150g的過磷酸鈣、500g的硅藻土、5g的納米鈦酸鈣和200g的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱保持微沸20min，同時(shí)另取濃度含量為0.5mol/l硫酸和1mol/l的硝酸的混合酸溶液2l，加入2g的納米鈦酸鈣粉體，攪拌混合，分散均勻，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以150m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，抽濾，固液分離，得到固體a和液體a；向步驟1得到的固體a中加水至固體a剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值11.6，加熱到89℃保溫浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀使溶液ph值保持在11.6，抽濾，固液分離，得到液體b和固體b；將液體a和液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，用氨水和氫氧化鈣調(diào)整溶液的ph值為8，靜置24h，抽濾，固液分離，得到固體c和液體c；液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體和0.1%的納米釩酸鉍粉體，置于100μw/cm2紫外光下輻照攪拌反應(yīng)100min，用離心機(jī)4000r/min離心20min，分離，得到固體d和液態(tài)復(fù)合肥4；固體b和固體c混合，120℃烘干，球磨7h，過325目篩子，加水潤濕，煉泥，制成軟硬適中的泥坯，模具中加30mpa壓力成型，制成長寬厚為150×150×12.5mm的磚坯料，70℃干燥，得到陶瓷磚泥坯料；將固體d用超聲分散于ph為13的氫氧化鉀溶液中，得到懸濁液d，浸涂于陶瓷磚泥坯料表面，85℃烘干，于1300℃煅燒2h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚4。
實(shí)施例5
取新鮮的含水率為80%的剩余污泥2kg，加入200g的過磷酸鈣、300g的硅藻土、20g的納米鈦酸鈣和200g的質(zhì)量百分含量為30%的雙氧水，攪拌均勻，加熱保持微沸20min，同時(shí)另取濃度含量為0.1mol/l硫酸和1mol/l的硝酸的混合酸溶液2l，加入2g的納米鈦酸鈣粉體，攪拌混合，分散均勻，冷凍至0℃，用高壓噴槍，以180m/s的液流速度，噴入上述微沸的污泥料液中，噴射攪拌均勻，抽濾，固液分離，得到固體a和液體a；向步驟1得到的固體a中加水至固體a剛好完全浸沒，攪拌均勻，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值12，加熱到85℃保溫浸泡1h，補(bǔ)加氫氧化鉀使溶液ph值保持在12，抽濾，固液分離，得到液體b和固體b；將液體a和液體b混合，攪拌反應(yīng)完全，用氫氧化鉀調(diào)整溶液的ph值為7，靜置24h，抽濾，固液分離，得到固體c和液體c；液體c中加入液體c質(zhì)量的0.5%的納米鈦酸鈣粉體，置于100μw/cm2紫外光下輻照攪拌吸附反應(yīng)120min，用離心機(jī)4000r/min離心20min，分離，得到固體d和液態(tài)復(fù)合肥，將液態(tài)復(fù)合肥噴霧干燥得到固體復(fù)合肥5；固體b和固體c混合，120℃烘干，球磨8h，過325目篩子，加水潤濕，煉泥，制成軟硬適中的泥坯，模具中加30mpa壓力成型，制成長寬厚為150×150×12.5mm的磚坯料，80℃干燥，得到陶瓷磚泥坯料；將固體d用超聲分散于ph為12的氫氧化鉀溶液中，得到懸濁液d，浸涂于陶瓷磚泥坯料表面，80℃烘干，于1400℃煅燒2h，得到具有凈化空氣功能的陶瓷磚5。
實(shí)施例6：復(fù)合肥性能指標(biāo)
將實(shí)施例1、3和5所得的固態(tài)復(fù)合肥按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb15063-2009“復(fù)混肥料(復(fù)合肥料)”方法和要求測試，結(jié)果列于表1；實(shí)施例2和4得到的液態(tài)復(fù)合肥按照地方標(biāo)準(zhǔn)db33/699-2008“有機(jī)液體肥料和有機(jī)-無機(jī)復(fù)混液體肥料質(zhì)量安全要求”的方法和要求測試，各項(xiàng)指標(biāo)見表2：
表1復(fù)合肥指標(biāo)
表2液體肥的指標(biāo)
以上數(shù)據(jù)表明，按實(shí)施例1～5，制備的復(fù)合肥基本符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。對于含氮不足的液體復(fù)合肥可以通過補(bǔ)加尿素等氮肥補(bǔ)充。
實(shí)施例7：功能陶瓷磚性能指標(biāo)
將實(shí)施例1-5所得的瓷磚，參照gb/t4100-2006“陶瓷磚”和gbt3810.4-2016“陶瓷磚試驗(yàn)方法第4部分：斷裂模數(shù)和破壞強(qiáng)度的測定”要求和方法檢測破壞強(qiáng)度和斷裂模量；參照gbt3810.15-2006“陶瓷磚試驗(yàn)方法第15部分有釉磚鉛和鎘溶出量的測定”方法測定磚中重金屬的溶出量，各項(xiàng)指標(biāo)見表3：
表3功能陶瓷磚性能指標(biāo)
*未檢出
實(shí)施例8：功能陶瓷磚對空氣中甲醛的凈化性能
根據(jù)jc/t1074-2008“室內(nèi)空氣凈化功能涂覆材料凈化性能”標(biāo)準(zhǔn)要求，分別將實(shí)施例1-5制備的陶瓷磚置于長×寬×高為1250mm×800mm×1000mm的全玻璃空氣試驗(yàn)箱內(nèi)，調(diào)整甲醛的初始濃度為0.5mg/m3，室內(nèi)自然光條件下，放置72h，根據(jù)gb/t18883-2002“室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”和gb/t18204.26-2000“空氣質(zhì)量-甲醛的測定-酚試劑分光光度法”，采樣測定甲醛濃度的變化，同時(shí)做空白試驗(yàn)。結(jié)果見表4
表4功能陶瓷磚對空氣中甲醛的凈化性能