一种利用污水污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种利用污水污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法。
【背景技术】
[0002] 现今，由于城市人口的增多以及工业的发展，城市污水的处理量也在迅速增多，同 时污水处理过程中产生的污泥量也相应的迅速增长，这也增加了污泥处理的费用，而污水 污泥的处理技术目前尚未成熟，很多企业采用填埋堆积的方法，给环境带来了二次污染，因 此污水污泥的处理目前仍是有待解决的环境难题之一。目前火力发电厂规模随着人们需电 量的增加而逐渐变大，粉煤灰作为生产废物，里面含有大量的硫化物，对环境造成的危害较 大。因此如何处置这些容易造成环境污染污水污泥与粉煤灰以及其资源化利用是目前面临 的一个热点。近些年电气石作为一种新型的环保材料逐步进入污水处理领域，它具有永久 性自发极化性、发射远红外与释放负离子等特点，因此能够达到很好的水质净化效果，所以 在水治理领域电气石材料的研究十分重要。
[0003]当前，利用污水污泥或粉煤灰进行材料化，如制作混凝土填料、制砖、制陶粒等在 国内外已经取得了一些研究成果，但是存在不足，就是几乎所用研究的污泥制陶粒基本上 都是把污泥或者粉煤灰作为其中一种原料添加剂，它们本身使用率不是很高；并且即使有 烧结出来的陶粒也存在密度偏高，吸水率等问题。电气石的材料化研究在国内外也已经取 得了一些成果，但是电气石陶粒的制备工艺尚未完善，烧制出的陶粒密度很高，比表面积、 孔容积很小，这严重影响陶粒的品质，这不仅约束了陶粒制品的应用，而且也严重地限制了 陶粒生产企业的发展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了制备一种廉价高效的生物陶粒滤料，在这个过程中利用电气 石的净化能力，同时解决污泥处理的难题及粉煤灰的资源化利用问题；提供一种利用污水 污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法。
[0005] 本发明是这样实现的：按以下步骤制备， 一、 将电气石、污水污泥与粉煤灰在l〇5°C干燥箱中干燥2(Mn，使其含水率:M~娜； 二、 将干燥后的电气石、污水污泥与粉煤灰分别进行破碎并筛分使破碎颗粒< 1〇〇 ym，然后分别保存电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒； 三、 将处理后的电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒进行X射线荧光分析（XRF)测 定得到它们各自的成分比例； 四、 根据上步得到的成分比例确定电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒按质量百 分比30%:40%:30%进行混合，得到干的混合材料；其中Si02含量为35. 38%，A1 203含量为 22. 33%，Fe203含量为 8. 96%，CaO含量为 2. 67%，MgO含量为 0? 14% ; 五、 将添加剂、助熔剂与水加入干的混和材料中，上述所用的添加剂为水玻璃，助熔剂 为氢氧化钠，水玻璃及氢氧化钠的加入量分别为干混料总质量的8%和25%，每10g干混料 添加6~8mL的水；搅拌后，在颗粒机上挤压成型，得粒径为6~10mm的陶粒胚体，自然晒 干； 六、将自然晒干的陶粒胚体放入马弗炉中，以6~15°C/min的升温速度逐渐升温，升 温至200C保温20min，冷却至室温；然后升温至400C保温20min，冷却至室温；再升温 至600°C保温20min，冷却至室温；最后升温至温度800°C，保温30min，自然冷却至室温得 轻质陶粒，即完成污水污泥与粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备。
[0006] 本发明的优点是，以电气石、城市污水污泥、发电厂粉煤灰为原料，对于污水污泥 和粉煤灰的资源化利用提出了一种新思路；另外二者均为废弃物，大大降低了生产陶粒的 成本，同时减轻了污水污泥和河道底泥等固废堆放对周边环境造成的污染，实现了资源的 再利用，遵从国家关于构建两型社会的倡导，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。 而电气石原料的加入可以提高陶粒污水处理效能，从而得到高效廉价的产品。
[0007] 本发明污水污泥中的无机成分主要组分为Si02，Al203，Fe203等，同时污水污泥中还 含有大量的有机成分，在高温制备过程中有机质可以生成小分子气体物质如〇 2、C02、C0等， 这样有利于形成多孔轻质陶粒。粉煤灰与电气石中富含构成陶粒的主要成分的Si02，Al203， Fe203,CaO和MgO等无机成分，这有利于形成吸水率小的陶粒。
[0008] 本发明制备所得利用污水污泥与粉煤灰烧制的轻质电气石陶粒，可用于水处理工 程；本发明克服了制备陶粒成本高、烧结陶粒密度大、吸水率大、微生物亲和度及比表面积 低的问题。
[0009] 本发明制备所得利用污水污泥与粉煤灰烧制的电气石轻质陶粒，测得轻质电气石 陶粒的吸水率为6. 1%，颗粒表观密度为1753kg/m3,其吸水率较低，颗粒表观密度适中，符合 水处理陶粒滤料的使用标准。
[0010] 本发明制备所得利用污水污泥与粉煤灰烧制的电气石轻质陶粒，测定轻质电气 石陶粒比表面积及孔容数据如表1，比表面积平均值为2. 5750X104cm2/g，孔容平均值为 9.8000\103〇113/^，黏土滤料的比表面积为2.1415\10 4〇112/^，孔容为8.3429\103〇113/ g，完全达到了水处理陶粒滤料的使用标准(水处理滤料的比表面积大于0.5X104cm2/g)。 轻质陶粒比表面积及孔容适中，作为污水处理滤料有利于微生物的附着，从而提高反应系 统的污水处理效能。
[0011] 表1电气石陶粒比表面积、孔容分析结果
本发明制备所得利用污水污泥与粉煤灰烧制的电气石轻质陶粒，分析其对于高氨氮污 水处理作用，人工模拟高氨氮污水运行SBBR的脱氮效能，如图1所示，分析得出系统运行达 到稳定时，氨氮去除率为85. 35%，一般页岩陶粒的氨氮去除效率稳定在82%，因此本发明的 电气石陶粒具有较明显优势。
[0012] 本发明中将干燥后的电气石、污水污泥与粉煤灰分别破碎并使之破碎，颗粒粒径 100ym;目的是减少不同原料粒径的差异，使原料在混合时不会因密度、粒径不同而 分层，保证陶粒产品的成型质量。
[0013] 本发明中所用的添加剂为水玻璃，为高浓度的工业使用水玻璃，加入水玻璃的目 的是为了提高原料混合时的黏度，这对陶粒胚体的成型有利；同时可增加陶粒内部膨胀 气体的产生，有利于陶粒的多孔结构形成；也可与空气中的C02作用，通过化学作用生成Na2C0jPSiO2而使陶粒硬化，从而提高轻质陶粒的强度。
【附图说明】
[0014] 图1为SBBR系统中进出水NH/-H浓度及去除率变化。
【具体实施方式】
[0015] 本实施方式利用污水污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法按以下步骤进 行： 一、将电气石、污水污泥与粉煤灰在105°C的干燥箱中干燥20min，使其含水率30%~ 40% ； 二、 将干燥后的电气石、污水污泥与粉煤灰分别破碎并使之破碎颗粒< 1〇〇ym，然后 分别保存电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒； 三、 将处理后的电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒进行X射线荧光分析（XRF)测 定得到它们各自的成分比例；如表2所示。
[0016] 表2XRF测定污水污泥、粉煤灰及电气石的化学成分
四、 根据其成分比例确定电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒按质量百分比 30%: 40%: 30%进行混合，得干混料； 五、 将添加剂、水加入干混料中，所用的添加剂为水玻璃和氢氧化钠，水玻璃及氢氧化 钠的加入量分别为为干混料总质量的8%和25%，每10g干混料添加6~8mL的水。搅拌 后，在颗粒机上挤压成型，得粒径为6~10_的陶粒胚体，自然晒干； 六、 将自然晒干的陶粒胚体放入马弗炉中，以6~15°C/min的升温速度逐渐升温，升 温至200C保温20min，冷却至室温；然后升温至400C保温20min，冷却至室温；再升温至 600°C保温20min，冷却至室温；最后升温至温度800°C，保温30min，自然冷却至室温，即完 成污水污泥与粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备。
【主权项】
1. 一种利用污水污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法，其特征在于， 按以下步骤制备， 一、 将电气石、污水污泥与粉煤灰在l〇5°C千燥箱中千燥20min，使其含水率30?~樞； 二、将干燥后的电气石、污水污泥与粉煤灰分别进行破碎并筛分使破碎颗粒< 1〇〇 y m，然后分别保存电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒； 三、 将处理后的电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒进行X射线荧光分析（XRF)测 定得到它们各自的成分比例； 四、 根据步骤三得到的成分比例确定电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒按质量 百分比30% :40% :30%进行混合，得到干的混合材料；其中SiO2含量为35. 38%，Al 203含量为 22. 33%，Fe2O3含量为 8. 96%，CaO 含量为 2. 67%，MgO 含量为 0? 14% ; 五、 将添加剂、助熔剂与水加入干的混和材料中，上述所用的添加剂为水玻璃，助熔剂 为氢氧化钠，水玻璃及氢氧化钠的加入量分别为干混料总质量的8%和25%，每IOg干混料 添加6~8mL的水；搅拌后，在颗粒机上挤压成型，得粒径为6~IOmm的陶粒胚体，自然晒 干； 六、 将自然晒干的陶粒胚体放入马弗炉中，以6~15°C/min的升温速度逐渐升温，升 温至200C保温20min，冷却至室温；然后升温至400C保温20min，冷却至室温；再升温 至600°C保温20min，冷却至室温；最后升温至温度800°C，保温30min，自然冷却至室温得 轻质陶粒，即完成污水污泥与粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备。
【专利摘要】一种利用污水污泥、粉煤灰烧轻质电气石陶粒的制备方法，1、将电气石、污水污泥与粉煤灰进行干燥；2、将干燥后的电气石、污水污泥与粉煤灰分别破碎；3、将破碎电气石颗粒、污水污泥颗粒与粉煤灰颗粒混合，得干混料；4、将添加剂、水与干混料混合后挤压成型得陶粒胚体；5、将陶粒胚体放入马弗炉中进行烧结即完成。本发明以污水污泥与粉煤灰为原料，不仅实现了污泥、粉煤灰的资源化利用，克服了制备陶粒成本高的缺点，还有效的防止了二次污染；电气石的加入提高了陶粒的生物亲和度，从而也提高了陶粒的污水处理效能。
【IPC分类】C04B33/135, C04B33/132
【公开号】CN105036709
【申请号】CN201510471059
【发明人】郑盼, 赵光, 贾兰, 孙婷, 周铎
【申请人】辽宁工业大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月5日