专利名称：湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及污泥与建筑垃圾共处理生产多孔材料的方法，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物处理新技术，尤其适合于富含有机质废弃物与富含硅酸盐类废弃物的无害化处理和再生循环利用。
背景技术：
在污水处理技术中，生物 膜法是最常用的方法之一，它是使微生物、原生动物和后生动物等一系列的微型生物附着在某种载体上从而形成生物膜，当污水流经时，其中的有机物作为营养物质被生物膜上的微型生物摄取，从而使污水得到净化、微型生物自身得到生长繁殖。生物膜载体是生物膜法的核心部分，其性能直接影响到微型生物的附着，从而影响生物膜法处理污水的效果。比表面积和孔隙率是生物膜载体的基本条件。要保证生物膜法在污水处理中正常运行，生物膜载体必须满足以下特性易流化且不易流失，这主要体现在生物流化床反应器中；易于挂膜且无毒害作用；能提供较大的比表面积以增加生物附着量；低廉且易于就地取材的条件。目前使用的生物膜载体，如碎石、卵石、炉渣和焦炭，由聚乙烯、聚苯乙烯或聚酰胺等高分子聚合物合成的波纹板状、列管状和蜂窝状材料等，存在比表面积小、孔隙率低、生物膜容易脱落的不足。随着我国城市化进程的不断加快，建筑垃圾的产生与排出数量也在快速增长。人们在享受城市文明的同时也在遭受城市垃圾带来的烦恼，城市垃圾之中建筑垃圾占有相当大的比例，约占垃圾总量的30% -40%，据粗略统计，每万平方米建筑施工过程中，产生建筑废渣约500t—600t，现在我们国家每年新竣工的面积达到了 20亿平米，接近全球年建筑总量的一半，按此估算，仅施工建筑垃圾每年产生上亿吨，加上建筑装修、拆迁、建材工业所产生的建筑垃圾数量将达数亿吨。绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村，露天堆放或填埋，耗用大量的征用土地费、垃圾清运费等建设经费，同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。如何处理与利用越来越多的建筑垃圾，已经成为各级政府部门和建筑垃圾产出处理单位所面临的一个重要课题。污水处理厂的污泥是污水处理的副产物，组成复杂、体积大、易腐败、有恶臭。污泥含水率极高，其中的高含量有机物中寄生着各种细菌、病毒和寄生生物，还浓缩着Cu、Pb、Cd、Cr等重金属化合物及多环芳烃、二噁英等有毒有机物。随着社会经济的快速发展和城市化水平的不断提高，我国工业污水和城市生活污水的排放量日益增多，污水收集处理率和处理深度不断提高，污泥产量也正以大约每年10%的速度增加。污泥的处置方式主要有卫生填埋、农林利用、焚烧和资源化利用等。虽然卫生填埋成本低，操作简单，曾是发达国家普遍采用的污泥处置方式，但污泥含水率高，在雨季难以压实，加之填埋占地广、耗时长，渗滤液容易对地下水造成污染，而且填埋场会产生甲烷等易燃气体，操作不当容易造成填埋场燃烧和爆炸。而污泥的农林利用则需要对污泥进行无害化预处理。污泥焚烧是最彻底的污泥减量化和无害化方式，在土地稀缺的发达国家被广泛采用，但污泥的高含水率使得焚烧能耗巨大，焚烧设备投资和运行费用都很高，焚烧过程中烟尘扩散至大气中易造成空气污染。在传统多孔材料烧制技术中，主要采用粘土为主要原料，并辅以其他添加剂、助溶剂等辅料，在高温下烧胀制成陶粒产品，但是大量使用粘土会对生态平衡和环境保护带来破坏。迄今为止，有关利用固体废弃物为原料生产多孔粒的报道还比较少见。使用建筑垃圾和污泥对粘土进行有效替代，将污泥和建筑垃圾进行适当比例搭配作为烧制多孔材料的主要原料加以利用，符合我国固体废弃物处理的无害化、减量化和资源化原则。本发明以大量产生的市政污水处理厂排放的湿污泥和建筑垃圾为主要原材料，经过一系列处理和加工生产多孔质生物膜载体，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
发明内容
本发明针对污水处理厂排出的污泥含水量大、处理成本高、实用性处理技术匮乏的现状，结合建筑垃圾自身的特点，将两类大量产生的废弃物按一定方式配合，通过添加助剂并实施一系列处理实现两类废弃物的高附加值资源化利用。主要目的是提供一套湿态污泥和建筑垃圾共处理制备生物膜多孔载体的工艺。生产过程中所需要的原料廉价易得，生产成本低，制造方法简便，生产效率高。其特征是将污水处理厂排放的湿态污泥直接与经过前处理的建筑垃圾配合，经过配伍、成型、干燥、烧结、后处理等工序生产多孔质载体，不需要对污泥进行脱水和干燥处理，减少能耗。本发明实施过程中，能实现两种原料的充分利用，在生产过程中没有废料产生。具体工艺包括以下几个步骤I、破碎粉磨工序将建筑垃圾风干后送入传送带，通过磁选回收其中铁磁性的物品，再将木材、塑料、铝合金等物品分拣后回收；通过传送带将物料送入冲击式破碎机中，将混凝土砌块、砖瓦、沙石、装饰材料、玻璃碎片、杂土等无机组分破碎，然后传送到2毫米的滚动筛中分选破碎物，将筛上物通过传送带返回破碎机，筛下物经热处理后送入雷蒙磨粉磨至60-100目。2、配伍成型工序粉磨后的建筑垃圾、发泡剂、稳定剂按质量比为(40-60) (3-9) (7-1)的配比放入搅拌机中混合均匀，然后按质量比为(50-30)的比例往搅拌机中加入含水量75-95%的污泥，搅拌混合均匀后，用传送带送入双滚造粒机中成型造粒制得载体生球料。3、干燥烧结工序将载体生球料传送至干燥机中进行热处理，烘干温度为80-110°C，烘干时间为30-120分钟；然后送入两段式烧结机中进行烧结，控制第一段升温速率10-20°C /分钟，温度400-550°C，处理时间为30-40分钟，控制第二段升温速率5-15°C /分钟，温度850-980°C，焙烧时间为20-30分钟。烧结完成后自然冷却至室温，制得载体粗产品。4、表面孔处理工序将载体粗产品转移至行星式球磨机中，在250-400转/分钟的转速条件下球磨5-15分钟，然后用传送带送至孔径为I. 8-2. 0厘米的滚筒筛中，筛内物即为高性能优质生物膜载体，筛下废料通过传送带返回破碎粉磨工序再利用。 本发明中的污泥是指城市生活污水处理厂产生的脱水污泥，含水率一般为75% 95%;建筑垃圾包括施工建设、拆迁改造过程及建材生产过程中产生的无机矿物质。污泥中的有机物在高温燃烧时放热，能起到降低焙烧温度的作用；污泥无机成分中含有CaO、MgO、K2O, Na2O等助熔成分，能起到减少外加辅料的含量；但是污泥中高含水率对陶粒生球料成球影响较大，易造成陶粒生球料在干燥时球体破裂，因此要控制污泥在混合物中的比例，同时要添加稳定剂提高生球料的成球率和强度，减少干燥过程中的料球破裂。陶粒生球料烘干过程能够使其中的水分散失，为防止烘干温度过高水分大量散失而造成生球料球体破裂，本发明中的生球料烘干温度控制在80-110°C范围内。预热过程能消耗生球料中的一部分有机物，能防止生球料中有机物在高温焙烧阶段的快速消耗而造成的生球料球体破裂。可以根据实际情况选择是否采用在此温度下恒温一段时间。下面结合说明书附图和实施方案进一步阐述本发明的内容。
图I是污泥配合建筑垃圾制备生物膜多孔载体的工艺流程图。
图2是生物膜多孔载体的照片，A是载体粗产品，B是表面孔处理后的产品。图3是生物膜多孔载体内部的微观孔隙结构图。
具体实施例方式下面给出的实施例拟对本发明做进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。实施例I一种湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的工艺，具体包括下列步骤(I)将建筑垃圾中的钢筋、木材、塑料、铝合金和其他金属进行分拣后作为再生资源处置，然后将剩余的混凝土砌块、砖瓦、沙石、装饰材料、玻璃碎片、杂土等无机非金属成分在冲击式破碎机中破碎，用2毫米筛分选破碎物，将筛上物返回破碎机。筛下物经过外热式回转加热炉中热处理后破碎后过60目筛。(2)取建筑垃圾粉末45份，发泡剂7份，稳泡剂5份进行搅拌混匀。(3)将步骤(2)所得的混匀后的混合物与含水率85%的是湿态污泥43份进行混匀搅拌。(4)将步骤(3)中搅拌混匀后的混合物成球造粒得到生球料。(5)将步骤⑷中的生球料加热80°C后恒温60分钟。(6)将步骤(5)所得的生球料17. 20C /分钟的升温速率加热到500°C保温30分钟。(7)在步骤(6)的基础上继续以11. 9°C /分钟升温速率加热到940°C保温25分钟.(8)将步骤(7)中的产品进行筛分，后合格产品自然冷却至室温，即得生物膜多孔载体粗产品，将粗产品在行星式球磨机中以250转/分钟的转速球磨10分钟即得优质生物膜载体，不合格产品进入破碎机与分选后的建筑垃圾一起粉碎过筛利用。经检测，本实施方式制备的轻质陶粒颗粒密度为850kg/m3，堆积密度为580kg/m3，筒压强度为2. 78MPa。实施例2
一种湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的工艺，具体包括下列步骤(I)将建筑垃圾中的钢筋、木材、塑料、铝合金和其他金属进行分拣后作为再生资源处置，然后将剩余的混凝土砌块、砖瓦、沙石、装饰材料、玻璃碎片、杂土等无机非金属成分在颚式破碎机中破碎，用2毫米筛分选破碎物，将筛上物返回破碎机。筛下物经过外热式回转加热炉中热处理后破碎后过20目筛。 (2)取建筑垃圾粉末50份，造孔发泡剂7份，稳泡剂3份进行搅拌混匀。(3)将步骤(2)所得的混匀后的混合物与含水率85%的湿污泥40份进行混匀搅拌。(4)将步骤(3)中搅拌混匀后的混合物成球造粒得到生球料。(5)将步骤⑷中的生球料85°C恒温60分钟。
(6)将步骤(5)所得的生球料15°C /分钟的升温速率加热到450°C保温40分钟。(7)在步骤(6)的基础上继续以12. 30C /分钟升温速率加热到950°C保温20分钟.(8)将步骤(7)中的产品进行筛分，后合格产品自然冷却至室温，即得生物膜多孔载体粗产品，将粗产品在行星式球磨机中以300转/分钟的转速球磨12分钟即得优质生物膜载体，不合格产品进入破碎机与分选后的建筑垃圾一起粉碎过筛利用。经检测，本实施方式制备的轻质陶粒颗粒密度为820kg/m3，堆积密度为620kg/m3，筒压强度为3. 24MPa。实施例3一种湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的工艺，具体包括下列步骤(I)将建筑垃圾中的钢筋、木材、塑料、铝合金和其他金属进行分拣后作为再生资源处置，然后将剩余的混凝土砌块、砖瓦、沙石、装饰材料、玻璃碎片、杂土等无机非金属成分在颚式破碎机中破碎，用2毫米筛分选破碎物，将筛上物返回破碎机。筛下物经过外热式回转加热炉中热处理后破碎后过40目筛。(2)取建筑垃圾粉末40份，造孔发泡剂5份，稳泡剂5份进行搅拌混匀。(3)将步骤(2)所得的混匀后的混合物与含水率85%的是湿态污泥50份进行混匀搅拌。(4)将步骤(3)中搅拌混匀后的混合物成球造粒得到生球料。(5)将步骤⑷中的生球料加热90°C后恒温50分钟。(6)将步骤(5)所得的生球料16°C /分钟的升温速率加热到500°C保温35分钟。(7)在步骤(6)的基础上继续以11°C /分钟升温速率加热到960°C保温25分钟。(8)将步骤(7)中的产品进行筛分，后合格产品自然冷却至室温，即得生物膜多孔载体粗产品，将粗产品在行星式球磨机中以350转/分钟的转速球磨8分钟即得优质生物膜载体，不合格产品进入破碎机与分选后的建筑垃圾一起粉碎过筛利用。经检测，本实施方式制备的轻质陶粒颗粒密度为760kg/m3，堆积密度为600kg/m3，筒压强度为3. 86MPa。上述实例中，所述污泥是城市生活污水处理厂产生的脱水污泥，建筑垃圾是城市楼房拆迁改造过程中产生的废弃物。本发明不限于上述实施例，发明内容均可实施，并具有良好的效果。
权利要求
1.湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的エ艺，具体包括破碎粉磨エ序、配伍成型エ序、干燥烧结エ序、表面孔处理工序；其特征是建筑垃圾破碎粒径为小于2. 5厘米，粉磨粒径是60-100目。
2.按照权利I所述的湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的エ艺，其特征是配伍成型エ序中建筑垃圾与湿污泥按质量比(40-60) (50-30)的比例混合，双滚造粒机成型造粒；所用污泥含水率为75-95%。
3.按照权利I所述的湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的エ艺，其特征是干燥烧结エ序中使用两段式烧结机进行烧结，控制第一段升温速率10-20°C /分钟，温度400-550°C，处理时间为30-40分钟，控制第二段升温速率5_15°C /分钟，温度850_980°C，焙烧时间为20-30分钟。
4.按照权利I所述的湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的エ艺，其特征是表面孔处理工序中使用行星式球磨机，在250-400转/分钟的转速条件下球磨5-15分钟，然后用孔径为I. 8-2. O厘米的滚筒筛分选，筛内物即为高性能优质生物膜载体，筛下废料通过传送带返回破碎粉磨エ序再利用。
全文摘要
湿污泥配合建筑垃圾生产生物膜多孔载体的工艺。本发明针对污水处理厂排出的污泥含水量大、处理成本高的现状，结合建筑垃圾自身的特点，将两类大量产生的废弃物按一定方式配合，通过添加助剂并实施一系列处理实现两类废弃物的高附加值资源化利用。其特征是将污水处理厂排放的湿态污泥直接与经过前处理的建筑垃圾和助剂配合，经过配伍、成型、干燥、烧结、表面孔处理等工序生产多孔质载体，不需要对污泥进行脱水和干燥处理。生产过程中所需要的原材料价格低廉，操作简便，能耗低，效率高。生产的产品主要用做污水处理厂生物膜载体、臭气处理滴滤池填料，具有广阔的市场应用前景。
文档编号C04B18/30GK102674800SQ201210195728
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者张付申, 李寅明 申请人:中国科学院生态环境研究中心