專利名稱：一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑用陶粒的制備方法；具體涉及利用污水污泥與河道底泥為原料制備建筑用陶粒的方法。
背景技術(shù)：
目前我國隨著我國污水處理量的迅猛增長，污水處理過程所產(chǎn)生的污泥量也隨之迅速增長，截止到2010年底，污泥產(chǎn)量已接近2200萬噸。當(dāng)前我國污水處理工業(yè)的現(xiàn)狀仍然是重水輕泥，目前我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥，有將近80%沒有得到妥善的處理。由于污泥中含有大量的有機(jī)物、病菌、重金屬等有毒有害物質(zhì)，處理不當(dāng)容易污染生態(tài)環(huán)境并危害人類健康，同時(shí)污泥中含有一些可以被回收利用的有用物質(zhì)，所以如何更加科學(xué)有效的處理處置污泥，是目前國內(nèi)外面臨的一個(gè)亟待解決的難題。傳統(tǒng)的污泥處理處置方法一般 包括土地填埋、焚燒、土地利用等方法，但是這些方法都有一定的局限性，在處理污泥的過程中容易破壞生態(tài)環(huán)境、污染空氣、經(jīng)濟(jì)成本高，有可能產(chǎn)生二次污染等問題，因此在實(shí)際應(yīng)用中都受到了一定的限制。隨著大量的工業(yè)廢水和市政污的水排入到河道中，導(dǎo)致目前我國大多數(shù)河流均已受到不同程度的污染，經(jīng)過長時(shí)間的累積，受污染河流中的有毒有害物質(zhì)特別是重金屬有可能大量的沉積在底泥中，受到污染底泥會惡化水質(zhì)，破壞河流的生態(tài)環(huán)境，因此對河道的治理受到越來越多的關(guān)注。因而河道底泥的處理和處置也就成了人們普遍關(guān)注的問題。現(xiàn)在污泥處理一個(gè)難題就是重金屬污染的問題。隨著工業(yè)化進(jìn)程加快，越來越多的工業(yè)廢水的排放導(dǎo)致污水處理過程中大量的重金屬被截留在污泥中。因此如何安全有效地解決污水污泥處理和河道底泥帶來環(huán)境問題，并且實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的二次利用、變廢為寶，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，尋找一條經(jīng)濟(jì)、合理、高效的可持續(xù)的污泥處理具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決污水污泥與受污染河道底泥處置及重金屬固化的難題；本發(fā)明提供了一種利用污泥與河道底泥制備用陶粒的方法，所制備陶?？蓱?yīng)用在建筑上或者水處理工藝中?，F(xiàn)在污泥資源化利用的一個(gè)關(guān)鍵問題重金屬固化的問題，一個(gè)好的處理工藝不僅要求有良好的實(shí)用性，也要求其是環(huán)境友好型，不能造成二次污染。由于污水污泥與河道底泥中含有豐富的制作陶粒所需的Si02、Al203、Fe203等無機(jī)物成分，所以可以利用污水污泥和河道底泥這一特點(diǎn)來作為來制作陶粒的原料。本發(fā)明中一種利用污泥與河道底泥制備建筑用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分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，將破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(廣8)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59Γ15%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型，獲得粒徑為6 10 mm的陶粒胚體，自然晾干，以(8 10 °C/min)速率升溫，然后在1050 1150 °C下保溫20 40 min，隨爐冷卻；即得到建筑用陶粒。本發(fā)明燒成后陶粒樣品的松散容重為650 800 kg/m3，表觀密度為1500 1800 kg/m3,含泥率為O. 29Π). 45%，吸水率為3%飛％，破碎率與磨損率之和為O. 75°/Γ . 4%，筒壓強(qiáng)度為10 17 Mpa0本發(fā)明制備出來的陶粒樣品由于具有致密性好，強(qiáng)度高，吸水率低的特點(diǎn)可以作為材料應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，如可以作為墻體保溫材料、澆筑樓面墊層、或者作為公路地基的基礎(chǔ)墊層。污泥與底泥制備陶粒在實(shí)現(xiàn)污泥與底泥的資源化利用的同時(shí)將原料中重金屬很好的固化在陶粒中。使污泥陶粒使用的安全性得到保證。在燒制陶粒的過程中，污泥與底泥中含有的重金屬與原料中其它的成分發(fā)生更多的接觸，會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化，在高溫時(shí)可能發(fā)生金屬陽離子的氧化還原、結(jié)晶固化、氣相金屬的冷凝和擴(kuò)散以及重金 屬之間或重金屬元素與其他元素之間的化學(xué)反應(yīng)等過程。本發(fā)明通過試驗(yàn)考察了燒結(jié)溫度、pH、氧化性條件對陶粒試樣的重金屬浸出特性及固化規(guī)律的影響。得出結(jié)論如下
(I)燒結(jié)溫度對重金屬的浸出具有重要的影響。當(dāng)溫度達(dá)到1100°c以后時(shí)，浸出液中檢測出三種不同粒徑樣品中重金屬含量很小，接近檢測的最低限值。重金屬主要存在形態(tài)為穩(wěn)定的化合物晶體Cd2Si04、Cr203、CuO和PbCr04。(2)浸出液中pH值在1-2范圍內(nèi)時(shí)，重金屬對浸出液敏感，浸出量升高明顯；當(dāng)pH值大于等于3以后，三種陶粒樣品中的四種重金屬的變化的趨勢也趨于平緩，浸出量很小。(3)隨著H2O2濃度增加，陶粒樣品的中重金屬Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量逐漸增加，表明氧化性越強(qiáng)，對陶粒表面物質(zhì)的侵蝕、溶解作用越強(qiáng)，重金屬的浸出量會越高。


圖I是燒結(jié)溫度對重金屬Cd浸出的影響圖；圖2是燒結(jié)溫度對重金屬Cr浸出的影響圖；圖3是燒結(jié)溫度對重金屬Cu浸出的影響圖；圖4是燒結(jié)溫度對重金屬Pd浸出的影響圖；圖5是燒結(jié)溫度為1000°C、1100°C和1200°C時(shí)陶粒中重金屬的存在形態(tài)分析圖；圖6是pH對陶粒中重金屬Cd浸出的影響圖；圖7是pH對陶粒中重金屬Cr浸出的影響圖；圖8是pH對陶粒中重金屬Cu浸出的影響圖；圖9是pH對陶粒中重金屬Pd浸出的影響圖；圖10是H202濃度對陶粒中重金屬Cd浸出的影響圖；圖11是H2O2濃度對陶粒中重金屬Cr浸出的影響圖；圖12是H2O2濃度對陶粒中重金屬Cu浸出的影響圖；圖13是H2O2濃度對陶粒中重金屬Pd浸出的影響具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中一種利用污泥與河道底泥制備建筑用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分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，將破碎后的污水污泥和河道底泥按3 : ( f 8)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59Γ15%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型，獲得粒徑為6 IOmm的陶粒胚體，自然晾干，以8 10 V /min速率升溫，然后在105(Tll50°C下保溫2(T40 min，隨爐冷卻；即得到建筑用陶粒。經(jīng)測試，燒成后陶粒樣品的松散容重為650 800 kg/m3，表觀密度為1500 1800kg/m3,含泥率為O. 29ΓΟ. 45%，吸水率為3%飛％，破碎率與磨損率之和為O. 75°/Γ . 4%，筒壓強(qiáng)度為10 17 Mpa0采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證重金屬固化效果
混合后污泥與底泥原料中重金屬Cr、Cd、Cu和Pb含量分別為1000 μ g/mg、50 μ g/mg、500 yg/mg和1000 μ g/mg。三種不同粒徑達(dá)到陶粒樣品為完整顆粒；5 mm彡D彡2 mm ；2 mm ^ D0通過對陶粒中對重金屬固化的研究表明得出結(jié)論為
(I)燒結(jié)溫度對重金屬的浸出具有重要的影響。當(dāng)溫度達(dá)到1100°C以后時(shí)，浸出液中檢測出三種不同粒徑樣品中重金屬含量很小，重金屬固化率超過99%，如圖I-圖4所示。重金屬主要存在形態(tài)為穩(wěn)定的化合物晶體Cd2Si04、Cr203> CuO和PbCrO4,如圖5所示。 (2)浸出液中pH值在1-2范圍內(nèi)時(shí)，重金屬對浸出液敏感，浸出量升高明顯；當(dāng)pH值大于等于3以后，三種陶粒樣品中的四種重金屬的變化的趨勢也趨于平緩，浸出量很小，重金屬的最低固化率也超過98%。如圖6-圖9所示。(3)隨著H2O2濃度增加，陶粒樣品的中重金屬Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量逐漸增加，表明氧化性越強(qiáng)，對陶粒表面物質(zhì)的侵蝕、溶解作用越強(qiáng)，重金屬的浸出量會越高，重金屬的最低固化率也超過95%，如圖10-圖13所示。(4)通過研究Si02、A1203、Fe2O3> CaO和MgO這五中無機(jī)氧化物對陶粒中重金屬的浸出特性研究發(fā)現(xiàn)隨著Si02含量的增加，陶粒中的Cd、Cr、Cu和Pb浸出量都呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，在含量為30%-35%范圍內(nèi)時(shí)達(dá)到最低值；隨著Al2O3含量的增加，在A1203含量彡16%以前Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量是逐漸減小的；隨著Fe2O3含量的增加，Cd和Cr的浸出量呈現(xiàn)逐漸減小后緩慢增加的趨勢，Cu和Pb的浸出量呈現(xiàn)緩慢減小的趨勢；隨著原料中CaO含量的增加，Cd和Cr的浸出量呈現(xiàn)先減小然后明顯升高的趨勢，Cu和Pb的浸出量整體上呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；隨著原料中MgO含量的增加，三種不同粒徑的陶粒樣品中Cd、Cr、Cu和Pb的的浸出量呈現(xiàn)先減小然后略有升高的趨勢，在MgO含量為2%時(shí)浸出量最小。通過對陶粒對重金屬的固化率研究表明，在經(jīng)過高溫?zé)坪螅樟χ亟饘倬哂辛己玫墓袒?，作為建材使用其安全性可以得到保證。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述硅酸鹽類物質(zhì)為硅酸鈉。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是破碎后的污水污泥和河道底泥的質(zhì)量比3 (3^7)。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的79TlO%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是在1050°C下保溫30 min。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是在1150°C下保溫40min。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是污水污泥和河道底泥中SiO2含量在25% 45%時(shí)，Al2O3含量在11°/Tl9%，F(xiàn)e2O3含量在3. 5°/Γ7%時(shí)，CaO含量在2. 259Γ4. 5%，Mg0含量在I. 2°/Γ3%。其它步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式中一種利用污泥與河道底泥制備建筑用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分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到30%后破碎，將破碎后的污水污泥和河道底泥按I: I質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鈉，所述硅酸鈉用量是混合料質(zhì)量的10%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型，獲得粒徑為6mm的陶粒胚體，自然晾干，以10°C /min速率升溫至1100°C，然后在1100°C下保溫30min，隨爐冷卻；SP得到建筑用陶粒。

經(jīng)測試，燒成后陶粒樣品的松散容重為69(T780kg/m3，表觀密度為135(Tl700 kg/m3,含泥率為O. 2°Γ0. 3%，吸水率為3%飛％，破碎率與磨損率之和為O. 75°Γ %,筒壓強(qiáng)度為14 17Mpa。
權(quán)利要求
1.一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法是按下述步驟進(jìn)行的 將污水污泥和河道底泥分別經(jīng)過自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，將破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(廣8)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59Γ15%，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型，獲得粒徑為6 IOmm的陶粒胚體，自然晾干，以8 10°C /min速率升溫，然后在105(Tll50°C下保溫20 40min，隨爐冷卻；即得到建筑用陶粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸鹽類物質(zhì)為硅酸鈉。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(3 8)的質(zhì)量比混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于破碎后的污水污泥和河道底泥按3 7的質(zhì)量比混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的79TlO%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸鹽類物質(zhì)用量是混合料質(zhì)量的8%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于在1050°C下保溫30 min。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于在11501下保溫401^11。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于污水污泥和河道底泥中SiO2含量在25% 45%時(shí)，Al2O3含量在11°/Γ 9%，F(xiàn)e2O3含量在3. 5% 7%時(shí)，CaO含量在2. 25% 4. 5%, MgO含量在I. 2% 3%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，其特征在于硅酸鹽類物質(zhì)為硅酸鈉。
全文摘要
一種利用污泥與河道底泥制備陶粒與重金屬無害化固定化的方法，它涉及建筑用陶粒的制備方法。本發(fā)明要解決污水污泥與受污染河道底泥處置及重金屬固化的難題。方法將污水污泥和河道底泥分別經(jīng)過自然干燥后破碎，將破碎后的污水污泥和河道底泥按3(1~8)質(zhì)量比混合得到混合料，再加入硅酸鹽類物質(zhì)，混勻，然后置于顆粒機(jī)擠壓成型，獲得陶粒胚體，自然晾干，燒結(jié)；即得到建筑用陶粒。本發(fā)明重金屬的固化率也超過95%。由于使用污泥和河道底泥制備輕質(zhì)陶粒工藝簡單，能夠利用現(xiàn)有的設(shè)備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，所以具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C04B35/00GK102815925SQ20121024342
公開日2012年12月12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)明者許國仁, 劉明偉, 李圭白 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)