一种低温合成污泥成为高强度建筑材料的方法与流程

本发明涉及一种低温合成污泥成为高强度建筑材料的方法。属于固体废弃物处理技术领域。

背景技术：

污水处理过程所产生的固体沉淀物质，它是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥主要分为两种，一种是河道污泥，是市政污水排放所产生生成的污泥，混合了生物质、砂石组成的非均质体；另一种是污水处理厂产生的污泥，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的非均质体。污泥的主要特性是含水率高，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小。脱水污泥含水率通常在75％～90％范围内，还需要进行进一步的处理和处置，以使污泥稳定、减量和无害。污泥处理和处置过程会影响到其资源化利用。污泥处置的目的是为了使污泥无害回归自然，并降低对环境的影响.污泥处置主要包括卫生填埋、焚烧或干化积肥、建材利用等途径。污泥卫生填埋方法简单，处置污泥量大，是很多国家常用的方法，但这种方法运行成本比较高，特别是污泥含水率较高时会影响填埋场的运转。污泥利用途径相对比较多，主要包括土地利用、热能利用和建材利用等方面，但污泥通常需要先经过特殊的处理工序才能利用。目前，填埋作为最普遍的污泥处理方式，成本较高；而在建材利用方面，低能耗和产品高品质是难以同时实现。

而在污泥制砖方面，目前通用的都是通过烧结的方法来制备，如中国专利《一种新型污泥制砖工艺》(专利号：zl201510091655.9)提供了一种将污泥与黏土混合后通过烧结制备建筑材料的方法；中国专利《一种采用水处理污泥制砖的方法》(专利号：zl201610887779.2)提供了一种将绝干污泥与建筑垃圾灰、磷酸钙、氨基硫化物等混合后烧结制备建筑材料的方法。这些方法在一定程度上实现了污泥的资源化利用，但通过烧结制备建筑材料，制备过程能耗巨大，且会对环境造成新的污染。而中国专利《一种蒸压砖生产工艺》(专利号zl201710424716.8)提供一种利用炼油厂二沉池活性污泥制备免烧污泥砖的方法，但此方法用料具有局限性，仅限于活性污泥；同时，需要对原料进行预处理，处理方法复杂；并且制砖周期长达一个月，不能高效处理污泥。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种低温下将污泥合成为具有高强度的建筑材料的方法。本发明在低温条件下将污泥合成为高强度建筑材料的方法，不需要烧结，能耗低，有效实现了污泥的资源再利用，同时不会对环境造成二次污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下工艺进行：

先将含水量较高的污泥通过挤压，降低其含水量，得到块状污泥饼，而后将污泥饼破碎粉磨至100目，将污泥粉末在80℃～120℃下烘干，通过混料装置按以下质量百分比混合，污泥：钙质添加剂：水＝50％～85％：10％～30％：5％～20％(以上各组分含量之和应等于100％)，搅拌均匀，在5～40mpa的压力下压制成型得到生坯，将生坯脱模后经过低温合成：在120℃～220℃下处理3～24h，处理完成后自然干燥即为块状建筑材料产品。该块状建筑材料经检测后，其力学性能符合用于非承重砌块墙体的国家建筑材料强度标准；产品抗折强度能达到20mpa～30mpa，可以应用于墙地砖、步道砖、建筑墙体材料。

上述钙质添加剂选自消石灰、石灰石、生石灰、白云石中的一种或多种按任何比例混合而成的钙质添加剂。

上述污泥为污水处理过程所产生的固体沉淀物质，它是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，包括市政污水排放的河道污泥和污水处理厂产生的块状污泥。

本发明的优点是：

1，与现有污泥制砖技术污泥利用率不超过15％相比，本发明污泥利用率高(50-85％)且用量大，目前产量巨大的污泥可得到有效利用，有效实现了污泥的资源再利用。

2，本发明利用低温合成的办法将污泥制成建筑材料，能耗低，工艺可行性高，且合成的材料强度很高，可用于墙砖、地砖、步道砖等，因此同时实现了低能耗和产品高品质的目的。

3，与现有污泥制砖技术相比，本发明工艺简单，尤其是污泥的预处理只需要粉碎和干燥，因此生产成本低，经济和社会效益好，容易推广应用。

附图说明：

图1为本发明的生产工艺流程图。

图2为本发明在不同反应温度下制得的样品的xrd曲线，自下往上反应温度分

别为120℃，140℃，160℃，180℃，200℃。

图3为本发明在不同掺水量情况下制得的样品的xrd曲线，自下往上掺水量

分别5％，10％，15％，20％，25％。

图4为本发明在不同反应时间下制得样品抗折强度的变化。

图5为本发明在不同反应温度下制得样品抗折强度的变化。

图6为本发明制得样品的sem照片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1：

以粉磨至100目后的污泥、钙质添加剂和水为原料，按质量百分比称取80％污泥、15％钙质添加剂、5％水，将原料充分研磨搅拌后，在fw-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力20mpa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为200℃，时间为8h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达28mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例2：

以粉磨后的污泥、钙质添加剂和水为原料，按质量百分比称取70％污泥、20％钙质添加剂、10％水，将原料充分研磨搅拌后，在fw-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力25mpa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为180℃，时间为10h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达25mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例3：

以粉磨后的污泥、钙质添加剂和水为原料，按质量百分比称取75％污泥、10％钙质添加剂、15％水，将原料充分研磨搅拌后，在fw-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力20mpa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为160℃，时间为16h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达21mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例4：

以粉磨后的污泥、钙质添加剂和水为原料，按质量百分比称取50％污泥、30％钙质添加剂、20％水，将原料充分研磨搅拌后，在fw-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为长约40mm、宽约15mm、厚约5mm的长方体块状，成型压力25mpa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为140℃，时间为20h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。利用三点法进行抗折强度测试，结果表明样品抗折强度可达17mpa，满足建筑材料强度需求。

实施例5：

以粉磨后的污泥、钙质添加剂和水为原料，按质量百分比称取60％污泥、15％钙质添加剂、25％水，将原料充分研磨搅拌后，在fw-4压片机下压制成型得到生坯，样品形状为直径约50mm，厚约8mm的圆柱体块状，成型压力25mpa；将成型好的生坯转移至密闭反应釜中，反应釜中加入一定体积的水，具体添加量为反应釜容积的10％，之后进行加热处理，加热温度为120℃，时间为24h；处理完成后的样品取出后置于80℃烘箱中干燥24h即可得到产品固化体。测得样品抗折强度可达15mpa，满足建筑材料强度需求。

上述污泥为污水处理后的产物，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，经挤压工艺减小其含水量之后得到的污泥饼，包括市政污水排放的河道污泥和污水处理厂产生的块状污泥。钙质添加剂为市售工业级商品，水为自来水。

本发明一种低温合成污泥成为高强度建筑材料的方法，其反应原理是人工模拟岩石的形成过程，自然条件下岩石的形成属于溶解-析出过程；而通过本方法，在生产条件下加快原料的溶解-析出-沉淀，使得反应原料的溶解度大大提高，加速生成水化硅酸钙，进而提高样品的致密度，所以强度得到初步提高；随着反应的进行，水化硅酸钙转化为层状结构的托勃莫来石，其呈纤维状或片状，互相交织在一起，填充在原料空隙中，对强度的最终提高起着至关重要的作用。

下面以江西省乐平市南内河综合治理工程中产生的河道污泥来进一步说明，按照图1所示生产工艺流程制作得到高强度建筑材料。

经过检测得到不同反应温度下，制得样品的xrd曲线，请看图2。从图2曲线中可以看出，在横坐标7～8度、29～30度之间有明显的托勃莫来石峰，且反应温度越高，托勃莫来石峰也越明显，这与实验测得的样品强度相符合。

在不同掺水量情况下(5％，10％，15％，20％，25％)，制得样品的xrd曲线，请看图3。图3显示托勃莫来石的峰随着掺水量的增加先变高后变低，这也与实验实测结果相符合。

图4给出了不同反应时间制得的样品的抗折强度曲线，从图中可以看出，反应时间为24h以内时，反应时间越长，样品抗折强度也越高；当反应时间超过24h后，强度逐渐趋于稳定。

图5给出了不同反应温度制得样品的抗折强度曲线，从图中可以看出，反应温度越高，样品的最终强度也越高。

图6给出了样品的sem照片，从图中可以明显看到片状结构，这就是反应过程中生成的托勃莫来石。