专利名称：一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法
技术领域：
本发明涉及建筑用陶粒的制备方法；具体涉及利用污水污泥与河道底泥为原料制备建筑用陶粒的方法。
背景技术：
目前我国随着我国污水处理量的迅猛增长，污水处理过程所产生的污泥量也随之迅速增长，截止到2010年底，污泥产量已接近2200万吨。当前我国污水处理工业的现状仍然是重水轻泥，目前我国污水处理厂所产生的污泥，有将近80%没有得到妥善的处理。由于污泥中含有大量的有机物、病菌、重金属等有毒有害物质，处理不当容易污染生态环境并危害人类健康，同时污泥中含有一些可以被回收利用的有用物质，所以如何更加科学有效的处理处置污泥，是目前国内外面临的一个亟待解决的难题。传统的污泥处理处置方法一般 包括土地填埋、焚烧、土地利用等方法，但是这些方法都有一定的局限性，在处理污泥的过程中容易破坏生态环境、污染空气、经济成本高，有可能产生二次污染等问题，因此在实际应用中都受到了一定的限制。随着大量的工业废水和市政污的水排入到河道中，导致目前我国大多数河流均已受到不同程度的污染，经过长时间的累积，受污染河流中的有毒有害物质特别是重金属有可能大量的沉积在底泥中，受到污染底泥会恶化水质，破坏河流的生态环境，因此对河道的治理受到越来越多的关注。因而河道底泥的处理和处置也就成了人们普遍关注的问题。现在污泥处理一个难题就是重金属污染的问题。随着工业化进程加快，越来越多的工业废水的排放导致污水处理过程中大量的重金属被截留在污泥中。因此如何安全有效地解决污水污泥处理和河道底泥带来环境问题，并且实现固体废弃物的二次利用、变废为宝，实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，寻找一条经济、合理、高效的可持续的污泥处理具有很重要的意义。
发明内容
本发明要解决污水污泥与受污染河道底泥处置及重金属固化的难题；本发明提供了一种利用污泥与河道底泥制备用陶粒的方法，所制备陶粒可应用在建筑上或者水处理工艺中。现在污泥资源化利用的一个关键问题重金属固化的问题，一个好的处理工艺不仅要求有良好的实用性，也要求其是环境友好型，不能造成二次污染。由于污水污泥与河道底泥中含有丰富的制作陶粒所需的Si02、Al203、Fe203等无机物成分，所以可以利用污水污泥和河道底泥这一特点来作为来制作陶粒的原料。本发明中一种利用污泥与河道底泥制备建筑用陶粒的方法是按下述步骤进行的将污水污泥和河道底泥分别经过自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，将破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(广8)质量比混合得到混合料，再加入硅酸盐类物质，所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的59Γ15%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型，获得粒径为6 10 mm的陶粒胚体，自然晾干，以(8 10 °C/min)速率升温，然后在1050 1150 °C下保温20 40 min，随炉冷却；即得到建筑用陶粒。本发明烧成后陶粒样品的松散容重为650 800 kg/m3，表观密度为1500 1800 kg/m3,含泥率为O. 29Π). 45%，吸水率为3%飞％，破碎率与磨损率之和为O. 75°/Γ . 4%，筒压强度为10 17 Mpa0本发明制备出来的陶粒样品由于具有致密性好，强度高，吸水率低的特点可以作为材料应用到建筑领域，如可以作为墙体保温材料、浇筑楼面垫层、或者作为公路地基的基础垫层。污泥与底泥制备陶粒在实现污泥与底泥的资源化利用的同时将原料中重金属很好的固化在陶粒中。使污泥陶粒使用的安全性得到保证。在烧制陶粒的过程中，污泥与底泥中含有的重金属与原料中其它的成分发生更多的接触，会发生一系列复杂的物理化学变化，在高温时可能发生金属阳离子的氧化还原、结晶固化、气相金属的冷凝和扩散以及重金 属之间或重金属元素与其他元素之间的化学反应等过程。本发明通过试验考察了烧结温度、pH、氧化性条件对陶粒试样的重金属浸出特性及固化规律的影响。得出结论如下
(I)烧结温度对重金属的浸出具有重要的影响。当温度达到1100°c以后时，浸出液中检测出三种不同粒径样品中重金属含量很小，接近检测的最低限值。重金属主要存在形态为稳定的化合物晶体Cd2Si04、Cr203、CuO和PbCr04。(2)浸出液中pH值在1-2范围内时，重金属对浸出液敏感，浸出量升高明显；当pH值大于等于3以后，三种陶粒样品中的四种重金属的变化的趋势也趋于平缓，浸出量很小。(3)随着H2O2浓度增加，陶粒样品的中重金属Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量逐渐增加，表明氧化性越强，对陶粒表面物质的侵蚀、溶解作用越强，重金属的浸出量会越高。
图I是烧结温度对重金属Cd浸出的影响图；图2是烧结温度对重金属Cr浸出的影响图；图3是烧结温度对重金属Cu浸出的影响图；图4是烧结温度对重金属Pd浸出的影响图；图5是烧结温度为1000°C、1100°C和1200°C时陶粒中重金属的存在形态分析图；图6是pH对陶粒中重金属Cd浸出的影响图；图7是pH对陶粒中重金属Cr浸出的影响图；图8是pH对陶粒中重金属Cu浸出的影响图；图9是pH对陶粒中重金属Pd浸出的影响图；图10是H202浓度对陶粒中重金属Cd浸出的影响图；图11是H2O2浓度对陶粒中重金属Cr浸出的影响图；图12是H2O2浓度对陶粒中重金属Cu浸出的影响图；图13是H2O2浓度对陶粒中重金属Pd浸出的影响具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式中一种利用污泥与河道底泥制备建筑用陶粒的方法是按下述步骤进行的将污水污泥和河道底泥分别经过自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，将破碎后的污水污泥和河道底泥按3 : ( f 8)质量比混合得到混合料，再加入硅酸盐类物质，所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的59Γ15%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型，获得粒径为6 IOmm的陶粒胚体，自然晾干，以8 10 V /min速率升温，然后在105(Tll50°C下保温2(T40 min，随炉冷却；即得到建筑用陶粒。经测试，烧成后陶粒样品的松散容重为650 800 kg/m3，表观密度为1500 1800kg/m3,含泥率为O. 29ΓΟ. 45%，吸水率为3%飞％，破碎率与磨损率之和为O. 75°/Γ . 4%，筒压强度为10 17 Mpa0采用下述试验验证重金属固化效果
混合后污泥与底泥原料中重金属Cr、Cd、Cu和Pb含量分别为1000 μ g/mg、50 μ g/mg、500 yg/mg和1000 μ g/mg。三种不同粒径达到陶粒样品为完整颗粒；5 mm彡D彡2 mm ；2 mm ^ D0通过对陶粒中对重金属固化的研究表明得出结论为
(I)烧结温度对重金属的浸出具有重要的影响。当温度达到1100°C以后时，浸出液中检测出三种不同粒径样品中重金属含量很小，重金属固化率超过99%，如图I-图4所示。重金属主要存在形态为稳定的化合物晶体Cd2Si04、Cr203> CuO和PbCrO4,如图5所示。 (2)浸出液中pH值在1-2范围内时，重金属对浸出液敏感，浸出量升高明显；当pH值大于等于3以后，三种陶粒样品中的四种重金属的变化的趋势也趋于平缓，浸出量很小，重金属的最低固化率也超过98%。如图6-图9所示。(3)随着H2O2浓度增加，陶粒样品的中重金属Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量逐渐增加，表明氧化性越强，对陶粒表面物质的侵蚀、溶解作用越强，重金属的浸出量会越高，重金属的最低固化率也超过95%，如图10-图13所示。(4)通过研究Si02、A1203、Fe2O3> CaO和MgO这五中无机氧化物对陶粒中重金属的浸出特性研究发现随着Si02含量的增加，陶粒中的Cd、Cr、Cu和Pb浸出量都呈现出先减小后增大的趋势，在含量为30%-35%范围内时达到最低值；随着Al2O3含量的增加，在A1203含量彡16%以前Cd、Cr、Cu和Pb的浸出量是逐渐减小的；随着Fe2O3含量的增加，Cd和Cr的浸出量呈现逐渐减小后缓慢增加的趋势，Cu和Pb的浸出量呈现缓慢减小的趋势；随着原料中CaO含量的增加，Cd和Cr的浸出量呈现先减小然后明显升高的趋势，Cu和Pb的浸出量整体上呈现逐渐增大的趋势；随着原料中MgO含量的增加，三种不同粒径的陶粒样品中Cd、Cr、Cu和Pb的的浸出量呈现先减小然后略有升高的趋势，在MgO含量为2%时浸出量最小。通过对陶粒对重金属的固化率研究表明，在经过高温烧制后，陶粒对重金属具有良好的固化率，作为建材使用其安全性可以得到保证。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是所述硅酸盐类物质为硅酸钠。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一或二不同的是破碎后的污水污泥和河道底泥的质量比3 (3^7)。其它步骤和参数与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的79TlO%。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是在1050°C下保温30 min。其它步骤和参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至四之一不同的是在1150°C下保温40min。其它步骤和参数与具体实施方式
一至四之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
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%时，Al2O3含量在11°/Tl9%，Fe2O3含量在3. 5°/Γ7%时，CaO含量在2. 259Γ4. 5%，Mg0含量在I. 2°/Γ3%。其它步骤和参数与具体实施方式
一至六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式中一种利用污泥与河道底泥制备建筑用陶粒的方法是按下述步骤进行的将污水污泥和河道底泥分别经过自然干燥至含水率降到30%后破碎，将破碎后的污水污泥和河道底泥按I: I质量比混合得到混合料，再加入硅酸钠，所述硅酸钠用量是混合料质量的10%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型，获得粒径为6mm的陶粒胚体，自然晾干，以10°C /min速率升温至1100°C，然后在1100°C下保温30min，随炉冷却；SP得到建筑用陶粒。
经测试，烧成后陶粒样品的松散容重为69(T780kg/m3，表观密度为135(Tl700 kg/m3,含泥率为O. 2°Γ0. 3%，吸水率为3%飞％，破碎率与磨损率之和为O. 75°Γ %,筒压强度为14 17Mpa。
权利要求
1.一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法是按下述步骤进行的 将污水污泥和河道底泥分别经过自然干燥至含水率降到259Γ35%后破碎，将破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(广8)质量比混合得到混合料，再加入硅酸盐类物质，所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的59Γ15%，混匀，然后置于颗粒机挤压成型，获得粒径为6 IOmm的陶粒胚体，自然晾干，以8 10°C /min速率升温，然后在105(Tll50°C下保温20 40min，随炉冷却；即得到建筑用陶粒。
2.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸盐类物质为硅酸钠。
3.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于破碎后的污水污泥和河道底泥按3 :(3 8)的质量比混合。
4.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于破碎后的污水污泥和河道底泥按3 7的质量比混合。
5.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的79TlO%。
6.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于所述硅酸盐类物质用量是混合料质量的8%。
7.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于在1050°C下保温30 min。
8.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于在11501下保温401^11。
9.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于污水污泥和河道底泥中SiO2含量在25% 45%时，Al2O3含量在11°/Γ 9%，Fe2O3含量在3. 5% 7%时，CaO含量在2. 25% 4. 5%, MgO含量在I. 2% 3%。
10.根据权利要求I所述的一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，其特征在于硅酸盐类物质为硅酸钠。
全文摘要
一种利用污泥与河道底泥制备陶粒与重金属无害化固定化的方法，它涉及建筑用陶粒的制备方法。本发明要解决污水污泥与受污染河道底泥处置及重金属固化的难题。方法将污水污泥和河道底泥分别经过自然干燥后破碎，将破碎后的污水污泥和河道底泥按3(1~8)质量比混合得到混合料，再加入硅酸盐类物质，混匀，然后置于颗粒机挤压成型，获得陶粒胚体，自然晾干，烧结；即得到建筑用陶粒。本发明重金属的固化率也超过95%。由于使用污泥和河道底泥制备轻质陶粒工艺简单，能够利用现有的设备实现工业化生产，所以具有良好的应用前景。
文档编号C04B35/00GK102815925SQ20121024342
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者许国仁, 刘明伟, 李圭白 申请人:哈尔滨工业大学