一种利用河湖底泥和市政污泥协同烧制陶粒的方法与流程

本发明涉及市政环境工程，尤其涉及一种利用河湖底泥和市政污泥协同烧制陶粒的方法。

背景技术：

1、河湖底泥是江河湖泊、水库、海湾等水体底部长期累积的沉积物，是水体多相生态系统的一个重要组成部分，是环境中的污染物在广泛的空间和长期的时间内的聚集处。如何妥善处理河湖底泥，使其减量、稳定、无害并资源化已成为重要研究课题。传统环保疏浚项目中底泥处理大都受到堆场问题的制约，堆场占地面积大，干化时间长，容易导致二次污染，且干化后底泥仍是高含水率，达不到农用或其他用途的要求。底泥的主要成分是sio2和al2o3，并含有一定量的na2o、k2o、cao、mgo、fe2o3和feo等物质，这些化学成分构成了制备陶粒的物质基础，使得底泥资源化制备陶粒成为可能。因而，由中电建生态环境集团有限公司研发的，集成了泥沙快速分离、泥水快速分离、高效调理调质、快速脱水固化、固化底泥烧制陶粒等单元技术的污染底泥工厂化处理处置与资源化利用关键技术成为了河湖底泥异位处理处置的主流技术之一，其可解决大规模、多组分重污染河湖底泥的环保清淤和处理处置难题，成功地实现河湖底泥的环保清淤、处理处置和资源化利用。该公司应用该技术，在2016-2020年4年多时间里，累计处理茅洲河重污染河湖底泥300多万m3。

2、市政污泥一般定义为城市生活污水处理过程中产生的剩余污泥，其体积约占处理水量的0.5％～1.0％(以含水率97％计)。随着污水处理率的提高和处理程度的深化，在污水处理过程产生的污泥量将大量增加。污泥中含有大量病原菌、重金属含量高、且易腐败产生恶臭，如处置不当，将引起严重的二次污染，因此，脱水污泥烧制陶粒成为了污泥资源化利用的重要方向之一。由于市政污泥中含有较为丰富的有机质，利用市政污泥烧制陶粒不仅可以充分利用市政污泥中有机物在烧制中释放的热量，丰富的有机质还可以提供陶粒膨胀所必需的碳质。

3、目前，利用河湖底泥和市政污泥协同烧制陶粒的研究已有不少，但还存在不少问题：1)常见工艺流程中，河湖底泥脱水处理所需的药剂和制陶配料是分开添加的，需要进行两次拌合，能耗较高；2)多数研究以干法成球为主，即将河湖底泥和市政污泥进行干燥、研磨、混合后再加水制成球，但此方法中河湖底泥和市政污泥的干燥过程会消耗较多能源(如烘干过程)或产生臭气污染环境(如自然风干)，不符合减污降碳、发展低碳社会的战略目标；3)实际的河湖底泥和市政污泥的成分多变，但在工厂化处理系统中并不没有设定对组成成分的分析步骤，导致所得陶粒的性能相差较大甚至无法使用。

技术实现思路

1、针对以上技术问题，本发明提供一种利用河湖底泥和市政污泥协同烧制陶粒的方法。该方法将调理调质和脱水固化所需的药剂合二为一，实现了药剂添加的“一步到位”，减少了原料的拌合次数，且在原料为泥浆的状态下加入，使药剂与原料混合更为均匀、反应更加充分。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种利用河湖底泥和市政污泥协同烧制陶粒的方法，步骤包括：

3、分别对河湖底泥和市政污泥进行预处理，得到含水率为70％～80％的河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆，并分别准确测定所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆的含水率、以及无机成分和有机质的含量；

4、将所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆混合并搅拌均匀得到总泥浆，调整总泥浆浓度为10％～15％，根据测得的含水率、以及无机成分和有机质的含量，向所述总泥浆中添加药剂，在保证脱水效果的前提下使所述总泥浆的成分满足制陶的配比要求，之后进行压滤脱水，得到含水率＜40％的泥饼，其中，所述药剂包括电石渣和粉煤灰；

5、对所述泥饼进行破碎、陈化、造粒，经烘干、烧制、冷却，得到陶粒。

6、发明人在实验过程中意外发现，制陶配料所用的药剂粉煤灰、硅灰或石英砂尾矿也有利于泥浆脱水的作用，因此，本发明在对河湖底泥和市政污泥进行预处理并测定含水率以及无机成分和有机质的含量后，根据测定结果确定药剂的添加量，即可直接向河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆混合而成的总泥浆中添加药剂并进行拌合混匀，之后经压滤脱水得到泥饼后即可直接进行碳化制陶步骤，无需像现有技术中的在泥浆压滤脱水成泥饼后、再次往泥饼中添加药剂的步骤，简化了工艺流程；且将药剂直接加入总泥浆中更易混匀，反应会更加充分；其次，在添加药剂前测定含水率和上述各无机成分和有机质的含量，能够及时调整所需药剂的成分和添加量，使所得陶粒的性能更加可控。

7、本发明提供的方法中所用的市政污泥中含有较高的有机质，其在烧制高温下会氧化分解产生二氧化碳、一氧化碳等气体，在利用其氧化产生热量的同时，有助于陶粒孔隙的形成；而且市政污泥经处理后得到的市政污泥泥浆中所含有的聚合氯化铝和pam等絮凝剂，在板框压滤脱水过程中进入压滤水，压滤水可回用至河湖底泥的泥水分离设备，帮助河湖底泥的絮凝沉淀。

8、此外，所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆可在调理调质装置中通过气流或机械搅拌混合均匀，并通过加水调整泥浆的浓度在10％～15％之间。

9、结合第一方面，所述对河湖底泥进行预处理包括：

10、对所述河湖底泥进行垃圾分离，去除垃圾后得到泥沙混合物；

11、利用泥沙分离设备对所述泥沙混合物进行分级沉淀，筛除砂石后得到泥水混合物；

12、利用泥水分离设备对所述泥水混合物进行絮凝沉淀浓缩处理，去除上清液后得到含水率70％～80％的河湖底泥泥浆。

13、考虑到河湖底泥的粒径对陶粒的成型有重要的影响，本发明使用经泥沙分离处理后的河湖底泥泥浆，这有利于提高河湖底泥泥浆原料中小于50μm颗粒的占比，进而提高陶粒烧制过程中的膨胀性。

14、结合第一方面，所述对市政污泥进行预处理包括将市政污泥经污水处理厂处理得到的含水率为70％～80％的市政污泥泥浆。

15、结合第一方面，所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆混合时的质量比为60～90:10～40。

16、将河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆按照上述质量比进行混合，可以保证经板框压滤后所得泥饼的含水率在40％以下；而且按照此比例范围混合时，所得泥饼中的有机质含量较为适宜，从而避免了因有机质含量过高使陶粒在烧制过程中碎裂的情况。

17、结合第一方面，所述制陶的配比要求为：所用的总泥浆中sio2、al2o3、fe2o3、cao和mgo的质量占比依次为48％～65％、14％～20％、2％～9％、0％～5％和0％～3％，na2o和k2o的质量占比之和为1％～5％，有机质的质量占比为4％～13％。

18、结合第一方面，对所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆取样，采用微波干化技术进行干化以测定含水率，采用x射线荧光光谱仪xrf测定无机成分的含量，采用红外光谱法测定有机质含量。

19、本发明利用微波干化技术、x射线荧光光谱仪和红外光谱法，对泥浆的含水率、主要无机成分和有机质含量进行批次性的实时分析监测，并根据监测结果，利用全自动智能加药装置定量调控相关药剂的添加，有效解决了连续生产过程中，因泥浆性质变化而导致的陶粒性能相差较大甚至不达标而无法使用的问题。

20、对于泥浆的含水率、主要无机成分和有机质含量的测定方法，除采用上述方法之外，也可采用其他方法进行测定。

21、结合第一方面，测定的所述无机成分包括sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、na2o和k2o，这些无机成分的含量大小将直接影响所得陶粒的性能，因此有必要对其进行监测和调整。

22、结合第一方面，所述药剂还包括硅灰或石英砂尾矿中的至少一种，其添加量视市政污泥在总泥浆中的质量占比而确定，市政污泥的占比越高，硅灰或石英砂尾矿的添加量也相应增加。

23、本发明在调理调质过程中所用的药剂除电石渣和粉煤灰之外，还包括硅灰和/或石英砂尾矿，而这些药剂均为固体废弃物，即，本发明提供的烧制陶粒的方法所用的原料为河湖底泥和市政污泥，所用药剂为固体废弃物，用料均符合绿色低碳的发展理念。同时，高硅固体废弃物(如：硅灰、石英砂尾矿等)的添加，可有效解决因低硅固体废弃物(市政污泥)的使用所引起的烧制陶粒强度下降的问题。

24、结合第一方面，以所述河湖底泥泥浆和市政污泥泥浆的总干基质量为100％，所述电石渣的添加量为1％～5％，所述粉煤灰的添加量为1％～10％，所述硅灰或石英砂尾矿的添加量为0％～20％。

25、在所用药剂的以上成分中，电石渣、粉煤灰、硅灰、石英砂尾矿具有促进泥浆脱水作用，而粉煤灰、硅灰、石英砂尾矿还可作为制陶配料，调节泥浆中各无机成分(如硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾)的含量；此外，电石渣因对泥浆中钙含量的调节有负作用，因此添加量在1％～5％为宜。

26、本发明提供的上述各成分的添加量，可在保证混合泥浆脱水效果的前提下，使混合泥浆中的硅、铝、铁、钙、镁、钠、钾和有机质的含量满足烧胀陶粒烧制的配比要求。

27、结合第一方面，所述烧制的温度为1100～1200℃，烧制10～20min。在该温度下对陶粒进行烧制可将用料河湖底泥、市政污泥、粉煤灰等固体废物中的重金属固结在陶粒体晶格中，大幅度降低陶粒重金属的溶出，避免陶粒在使用过程中对环境产生的危害。

28、按照上述烧制陶粒的方法制备得到的陶粒粒径为10～30mm，堆积密度为250～700kg/m3，筒压强度为1.0～3.5mpa，1h吸水率为5～20％，性能符合国家标准《轻集料及其试验方法》(gb/t 17431.1-2010)轻粗集料300-700密度等级的要求。

29、本发明在河湖底泥和市政污泥泥浆调理调质步骤中，将泥浆脱水固化所需药剂和制陶配料药剂合二为一添加，仅在调理调质步骤将药剂添加混匀，之后直接进行压滤脱水固化即可，其泥饼在进行碳化制陶前无需再次添加制陶配料，减少了原料的拌合次数，有效简化了工艺流程，且在泥浆状态下原料与药剂的混合更为均匀、反应更为充分；其次，本发明以含水率70％～80％的河湖底泥和市政污泥作为原料，在脱水固化过程中利用板框压滤机对河湖底泥和市政污泥的混合泥浆进行压滤脱水，形成的泥饼含水率经破碎陈化后刚好可满足湿法成球的需求，减少了对混合泥浆的干燥次数，同时省去了干燥后研磨成粉的步骤，大大降低了能源消耗和臭气污染。