一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法。它是先将膨润土与污泥一起搅拌均匀作为成孔基料，再将该成孔基料分次与水泥、细沙、粗骨料等混合后成型，养护获得孔隙伸缩型生态混凝土制品。该方法所制混凝土具有多孔透水的同时也能含水保墒、肥效缓释、高强轻质等特点。
【专利说明】一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，属于资源与环境技术的【技术领域】。
【背景技术】 [0002]随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产量在不断增长。污泥是污水处理后的附属品，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高达90%左右，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细、比重较小。若没有对污泥进行最终处置，将会给环境带来再次污染。目前我国对污泥的处置以填埋为主，并有少量的堆肥和焚烧。污泥处理的最大难题是“初级污泥”含水率过高，后期脱水难度大、费用高。因此，不论是填埋，还是堆肥、焚烧，效果均不理想。然而，污泥也是有用的生物资源，如何避免污泥产生的二次污染并合理利用污泥中的有效成分，长期以来是亟待解决的研究热点之一。
有关污泥资源化利用的专利近年来逐渐增多，在堆肥处理方面专利如CN01142234.3一种利用有机污泥生产有机复合肥的方法及其装置，CN02106744.9利用城市污泥生产复合有机肥的方法，CN02117359.1城市污泥生物肥，CN03115882.X利用污水污泥制备的有机肥，CN01115646.5利用污泥制造有机复合肥的成套设备等。工业污泥资源化方面的专利如CN02107442.9含重金属污泥资源化处理方法，CN200410060869.1利用炼钢转炉污泥制备氧化铁黑和铁红颜料的方法，CN03116753.5用铝型材厂工业污泥制造堇青石与莫来石耐火材料的方法等。
[0003]将污泥资源化用于建材方面的专利众多，主要是资源化处理成本低，并可实现大宗化处理。相关专利如CN87100016污泥制砖瓦法，CN03113329.0采用污水处理厂沉淀污泥配制的混凝土水下不分散剂，CN02116081.3 一种污泥资源化制品免加气砌块墙砖，CN200410068173.3利用城市污泥生产水泥压制品的方法，CN01141481.2废渣、污泥和废旧玻璃制备的轻质材料，CN03139052.8 一种利用油田污泥制成的地面砖及其生产方法等。下面举例部分相关专利，在利用污泥直接烧结砖方面有:
中国专利CN101058501 A，公开了一种污泥烧结砖工艺，其包括如下流程:I)原料混合；2)好氧陈化；3)制坯；4)干燥；5)烧制，原料是由含水率75% — 85%的污水污泥和污泥干粉组成，两种原料混合比控制在1:1 一 2.5，好氧陈化时间为I 一 5天，制坯压强为I 一 2MPa，砖坯成型含水25 — 30 %，码放自然干燥后进入窑炉烧制，烧结温度控制在1000 - 1100°C，尾气温度冷却到150度以下。使用本工艺能大量消纳污水污泥，实现污泥无害化循环利用，且能耗低，产品达到国家相关标准。
[0004]中国专利CN101074151公开了一种城市生活污泥制砖的生产方法，该发明为城市生活污泥的处理和利用，特别是用于制砖的生产方法，其步骤包括将城市生活污泥发酵，发酵后在制砖机紧泥口处压缩磨擦加热至70°C以上，加热后的污泥置于压泥罐内抽真空，抽出的气体灌入加有盐酸的水中，处理后的污泥与页岩混合制砖。本发明避免了污泥深埋中对地下水的污染，节约了土地资源，杜绝了对人们生活的影响，同时利用污泥制砖可节约能源30%~70%，降低制砖造价。
[0005]中国专利201010533431，公开了一种环保污泥砖及其制备方法。其组分及含量为:优质土 30-40% ;煤矸石粉30-40% ;污泥30-40%，将上述组分在搅拌设备中搅拌均匀；用液压式或挤出式制砖机将上述混合物料挤压制成不同形状和尺寸的砖坯；自然干燥或利用焙烧窑炉余热对砖坯进行干燥，将干燥后的砖坯以900-1100°C高温烧结2-3小时即得成品。本发明生产工艺简单，成本低，具有良好的经济效益和环保效益。
[0006]生态混凝土是通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用一定工艺制造出来的具有特殊结构与功能、环境负荷小、生态环境相协调性高，并能为环保做出贡献的混凝土。生态混凝土不仅仅是作为建筑材料，为人类构筑所需要的结构物或建筑物，而且他是与自然的融合，对自然环境和生态平衡具有积极保护作用的材料。目前开发出的生态混凝土的功能主要有雨水渗透、污水处理、河岸护坡、降低噪声、防噪杀菌、吸收去除氮氧化物、阻挡电磁波和植草固沙等。生态混凝制备技术在发达国家已经较为成熟。如透水性混凝土是目前研究与应用最多的生态混凝土之一，这种混凝土在德国、日本、美国等发达国家得到了广泛应用，主要用于道路和路面铺设。目前我国也开始重视混凝土结构的绿化问题，但生态混凝土的制备方法仍有一定局限。
[0007]中国专利号:CN 201110083342公开了一种生态混凝土及其制备方法，它由下列原料按重量比制成:用普通硅酸盐水泥10-15份，石英砂40-60份，水5~10份，加气剂0.15^0.25，改性粉煤灰15~20，改性二氧化钛10-?5份；制备方法为:原材料制备一计量一搅拌一浇筑入模一振动捣实一养护一脱模，可用于河岸护坡工程。中国专利号:CN200510030133公开了一种植被生态混凝土及其制备方法，它的植被混凝土预制块由适于植被生长的顶层培养基层、适 于植被根系贯穿的上层多孔混凝土层、适于植被根系生长的中层废砖石培养基混合层和适于植被根系贯穿的下层多孔混凝土层构成四层结构的预制块。其制备步骤是:①先制备尺寸相同的两块上、下层多孔混凝土层在下层多孔混凝土层上铺上培养基，在中层培养基上盖上已制好的上层多孔混凝土层，并在四周壁封上平整的水泥；③养护3~4天；④在预制块上覆盖顶层培养基层。预制块铺置于河岸上，约12~20天后即在顶部长草，草根贯穿上层、中层和下层而进入外部土壤，起绿化和保持水土作用。本发明铺设方便，可进行产业化生产。但利用污泥作为原材料制备生态混凝土的方法未见报道。
[0008]中国专利101812888A，公开了一种含污泥焚烧灰渣的混凝土砖的制备方法。该方法包括以下步骤，将原料加入水混匀，成型，待水分挥发后脱模；原料包括水泥12-50%、沙子0-30%、石子0_50%、污泥焚烧灰渣10-50%和化学螯合稳定剂0.1-0.5% (重量比)；化学螯合稳定剂为氨羧络合剂或有机多元膦酸。本发明利用了污水处理厂所产生的污泥焚烧灰渣，用于制造混凝土砖，既可减少其他细骨料的用量，而不降低其强度；又解决了污泥减排和污泥焚烧灰渣的后续处理问题，节约资源，经济环保。
[0009]中国专利CN102152383A，公开了一种污水厂污泥制作河道护坡生态砌块的方法。该方法将污水厂污泥、水泥、碎石、砂子、水混合搅拌均匀，在一定压力下预压成型，在蒸压养护条件下进行养护，制成用于河道整治的生态护坡砌块。本发明能够解决污泥处理处置的难题，解决了污泥中重金属、病原菌的二次污染问题，实现污泥的再生资源化利用。所生产的生态砌块具有高强、抗冲刷的特性，而且其中污泥的N、P、K等能够作为生物生长的营养基质，能够改善河道护坡生态系统，营造良好的河道景观。
[0010]从以上资料中可以看出，在对污泥资源化处理过程当中，将其作为生态建材的趋势越来越明显。直接利用污泥制备生态砖，尽管工艺简单，但很难能完全避免其中所含有害元素带来的环境问题。利用污泥制备生态混凝土方面的专利较少，已有专利也只是利用污泥脱水过程中在混凝土中的成孔这一特性来实现其多孔特性，对于如果控制其孔隙从而改变其含水保墒特性方面并未涉及。
【发明内容】
[0011]正是针对于此，本发明将膨润土与污泥混合作为成孔基料，目的是利用与污泥混合掺入的膨润土吸水或失水体积改变，以及污泥溶出肥效有机物质可进入膨润土层间而形成缓释效果等特性，从而提供一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方 法。
[0012]本发明的技术方案是:一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，它是将重量百分含量为广5%膨润土、5~20%的经压滤脱水的污泥、10-25%的细砂、35~50%的粗骨料、15~25%的水泥、2.5~10%的水为基料，并加入0.5~1.0%减水剂；搅拌混匀后置于成型模具挤压成型制备出混凝土 ；脱模后再在自然条件下养护28天后得到成品。
[0013]上述技术方案中:所述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的粗骨料为碎石，粒级为5~16mm，表观密度为250(T2900kg/m3，堆积孔隙率为30~60%，吸水率为I~1.5%，含泥量〈0.5% ;所述的减水剂采用密胺高效减水剂，减水效果达25~35% ;所述的污泥是经压滤法、重力浓缩等常用方法处理后的污泥，其含水率75、0% ;所用膨润土中蒙脱石含量>60%，粒度>100目；所述的细砂为普通细砂。所述的搅拌混匀方法为:先将所用膨润土与污泥一起搅拌3~10min，充分混合均匀作为成孔基料；将全部粗骨料+总用量50%成孔基料搅拌
0.5^5min至混合均匀；接着加入水泥+总用量30%水搅拌0.5^5min至混合均匀；再加入细沙+总用量50%成孔基料搅拌0.5^5min至混合均匀；最后加入全部减水剂+剩余的水搅拌3min以上。它还可以利用常用的蒸压加气混凝土设备进行加气来提高孔隙率。
[0014]本发明的主要优点:①本方法所述混凝土制备过程中，由于污泥逐渐脱水后体积缩小，可使混凝土成型过程中自然形成多孔特性；②利用与污泥混合掺入的膨润土吸水膨胀和脱水体积缩小的特性，在遇水和干燥条件下，污泥形成孔隙可通过膨润土体积改变自动调节；③污泥溶出的肥效有机物质可进入膨润土的层间，起到肥效缓释作用，其对绿化植被提供肥效元素；④多孔混凝土制备同时是对污泥处理与资源化利用的过程，具有变废为宝的特点制备的混凝土具有多孔透水的同时也能含水保墒、肥效缓释、高强轻质等特点。⑥水泥形成混凝土过程中，对污泥中有害元素具有固化特性。⑦工艺相对简单，制品成本低廉，占普通混凝土的70-80% ;同时能够节约污泥处理成本，50-100元/吨。⑧该方法是一种无污染、低成本、简单易行的污泥资源化利用新途径，制备的生态混凝土可以用于边坡护理、荒漠绿化工程、道路绿化等场所，具有广阔的市场应用前景。
【具体实施方式】[0015]下面给出的实施例以对本发明作进一步说明，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本
【发明内容】
对本发明作出的一些非本质改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0016]实例表1利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝的配方
【权利要求】
1.一种利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，它是将重量百分含量为I~5%膨润土、5~20%的经压滤脱水的污泥、10~25%的细砂、35~50%的粗骨料、15~25%的水泥、2.5^10%的水为基料，并加入0.5^1.0%减水剂；搅拌混匀后置于成型模具挤压成型制备出混凝土 ；脱模后再在自然条件下养护28天后得到成品。
2.根据权利要求1所述的利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，其特征在于，所述的搅拌混匀是:先将所用膨润土与污泥一起搅拌3~10min，充分混合均匀作为成孔基料；将全部粗骨料+总用量50%成孔基料搅拌0.5^5min至混合均匀；接着加入水泥+总用量30%水搅拌0.5^5min至混合均匀；再加入细沙+总用量50%成孔基料搅拌0.5~5min至混合均匀；最后加入全部减水剂+剩余的水搅拌3min以上。
3.根据权利要求1或2所述的利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，其特征在于，所述的水泥为普通硅酸盐水泥；所述的粗骨料为碎石，粒级为5~16mm，表观密度为250(T2900kg/m3，堆积孔隙率为30~60%，吸水率为I~1.5%，含泥量〈0.5% ;所述的减水剂采用密胺高效减水剂，减水效果达25~35% ;所述的污泥是经压滤法、重力浓缩等常用方法处理后的污泥，其含水率75、0%;所用膨润土中蒙脱石含量>60%，粒度>100目；所述的细砂为普通细砂。
4.根据权利要求1或2所述的利用污泥-膨润土基料制备孔隙伸缩型生态混凝土的方法，其特征在于，所用污泥为各类常用脱水处理后的污泥；所述的膨润土为普通商业膨润土。
【文档编号】C04B28/04GK103641411SQ201310637252
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】代群威, 王岩, 杨丽君, 黄云碧, 王彬 申请人:西南科技大学