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城市污泥无害化建材技术发展研究
浏览: 发布日期:2018-10-23

近年来,随着我国经济的发展和城镇化的不断推进,城市污水厂的建设规模不断扩大,污水处理程度逐步提高,好氧污水处理技术由于启动时间短,普遍适用于中低浓度的有机废水而广泛应用,好氧污水处理技术带来最大的特征便是剩余污泥的产量也逐渐增加。对污泥处置方式,传统的方法为污泥填埋、污泥农用和污泥焚烧。污泥填埋后会造成一定的环境问题。为了满足固体废物处理的“无害化”、“减量化”、“资源化”的三化原则,构建环境友好型社会,污泥资源化是污泥处置的最终出路。污泥资源化利用研究的热点便是污泥无害化建材技术,既可解决污泥对环境造成的不利影响,也可解决污泥的占地问题,又可变废为宝,更符合生态性的可持续发展战略。

一、污泥无害化建材 — 污泥砖

1.污泥制砖工艺介绍

污泥制砖是指将污泥经过一定处理筛选后,与其他原料或是外加剂混合,加压成型,焙烧后制得污泥砖。污泥制砖有两种方法,一种是干化的污泥直接用来制砖,另一种方法是利用污泥焚烧灰制砖。各种制砖生产工艺基本相同,原料配制一制坯一干燥一焙烧一成品。

干化污泥直接制砖是将污泥用人工烘干的方法来晾干或者是室外自然晾干,干化后进行一些磨细处理,再和其他原料混合起来,之后加压成型,再经焙烧后制成污泥砖。工艺要点要控制污泥掺量约为 10%-20% ,当污泥掺量高于 30% 时,此种污泥砖抗压强度己不能达到砖的性能标准。因为污泥中的有机质会大大降低砖的力学性能。

第二种方法为焚烧污泥灰制砖。在欧洲,最常用的污泥处理方法是污泥焚烧法,由此产生了许多的污泥焚烧灰,因此污泥焚烧灰的资源化被充分的利用,研究的途径也更为广泛,制砖粘土的化学成分与焚烧后的污泥灰的化学成分很相近。

污泥灰通常以黏土作为外加剂,其中污泥灰的掺量最高可以达到50%,砖的综合性能好,该工艺流程的要点是在焚烧过程中需要强压力,当采用100%的污泥焚烧灰制砖,成型压力要达到90MPa以上。

2.污泥制砖可行性分析评价

城市污泥中所含有的有机质具有一定的热值,过程中所需的热量可用高温焙烧,有效的减少了能源消耗的问题,有利于经济的良性循环,在经济上是可行的。根据废弃物处理“三化”原则以及产业化的要求,既没有毁田挖土制砖,也节约了占用耕田资源的问题,实现了循环经济发展模式也符合我国可持续发展的政策,有效的降低资源消耗减少环境的污染,因此环境评估上是可行的。

在技术上,利用污泥制砖和建筑材料的原料是有范围要求的,有的单一使用污泥制砖不能满足国家标准,所以需要与添加剂配合使用才能满足相关标准要求。另外污泥具有化学不稳定性,在一定范围内会导致产品质量波动,因此需要严格控制工艺参数,污泥制砖前期污泥预处理需要一定成本,在预处理后的制砖工艺流程稍微复杂,因此也带来的成本略高;同时还要注意避免二次污染的产生。国家污泥制砖标准要求用于制砖的污泥,是经稳定化、减量化和无害化处理的污泥,目的是为了规范利用污泥制砖,避免污泥进入砖厂处置的无序化,保证污泥制砖的安全可靠和对环境影响的最小化。

二、污泥无害化建材 — 污泥陶粒

1.污泥制作陶粒工艺介绍

陶粒是一种人造轻质粗集料,因质轻、高强、保温等特性备受关注,是具有发展潜力的一种新型建材。改性污泥可以制成陶粒作为建筑材料使用。污泥陶粒的制备是用粘土和炉渣做辅助料,污泥为主要原料,经过焙烧、成球形成的具有一定硬度、吸附能力的滤料,这种滤料可以应用于污水处理。也有用污泥、粘土以及一定量的燃料成功研制生产了污泥陶粒。陶粒是轻骨料中的重要成员,也是目前应用形式最多的。陶粒烧制一般采用回转窑焚烧工艺见,与其匹配的原料制备、污泥脱水、干化、粉磨、窑外成球、窑内成球、烧成热工、筛选分级、原料化验控制、成品出厂检测并其相适应的烧成技术,设备配套、自动化控制。

2. 污泥制陶粒可行性评价

上个世纪80年代污泥制作陶粒的技术在国外就己经日趋成熟。目前国内也有成熟的工艺流程。但该技术工艺在建设中需要建立独立的焚烧炉,投资运行费用大,污泥的有机成分不能完全分解利用,甚至有些成品后的陶粒烧胀性不足。可以借鉴国外的工艺,对工艺精细改造,成品后对陶粒的物理性能和浸出液进行检测,达到陶瓷作为建筑材料的标准。

成陶作用过程中有三大类物质非常必要,一类物质是有:SiO2, Al2O3及Fe2O3,这些在污泥原料中占很大比例,另外是起助熔作用的熔剂氧化物有:Na2O,K2O,FeO,MgO,其三是发气物,在物料达到高温时产生气体,如水蒸气、二氧化碳、氧气、一氧化碳、氢气等,污泥锻烧时会产生气体,配合相应工艺流程并结合辅助剂会使料球发生烧胀,达到陶粒要求,因此技术上是可行的,但要找到污泥制陶的最佳烧结方案,控制好工艺参数。

三、污泥无害化建材 — 污泥水泥

1.污泥制作水泥工艺介绍

污泥脱水后既可以用作水泥的原材料,也可以起到提供热值的作用。日本利用城市污泥焚烧制作了“生态水泥”,大大降低了废物处理的负荷,实现了污泥资源化。我国也在“生态水泥”的研发中做了许多研究。利用污泥做“生态水泥’,基本有三种工艺流程:一是直接对污泥进行脱水利用;二是对污泥进行人工干燥;三是对污泥焚烧成灰利用。无论哪种工艺流程,污泥中无机成分必须符合生产水泥的要求,确保生产出符合国家标准的水泥熟料。目前利用水泥窑处置污泥技术受到关注和广泛应用,这种技术制造的水泥与普通硅酸盐水泥相比在某些性能方而有更为优越的表现。

2. 污泥制水泥可行性评价

污泥制水泥虽然可将有机物彻底分解、将金属离子固化在水泥晶格中等优点,但亦存在制得水泥强度较低的问题。因此要控制污泥的含量,以及国家和地区间的实际工艺情况,这些客观因素都要充分考虑。无论是应用干污泥制作水泥或是污泥焚烧灰制作水泥,两者对水泥性状的影响并无差别,干污泥制水泥也存在运输成本高、制作过程中产生污染气体等不良影响,因此也要防治二次污染问题。

四、污泥无害化建材 — 其它建筑材料

污泥的建材利用,除了污泥制砖、污泥制陶粒、污泥制水泥以外,还有许多其它资源化途径。例如利用污泥制玻璃、污泥制造生化纤维板等其他途径。污泥焚烧后的灰烬成分中含有一定量的三氧化二铁和五氧化二磷等晶核物质,因此污泥焚烧适合制作微晶玻璃。污泥为原料制造生化纤维板,主要工艺原理就是利用活性污泥中的生物质含量。这些生物质中所含有机物和酶,即粗蛋白和球蛋白网,这两种大分子有机物质能溶解于酸、碱、盐的水溶液中,利用这一特性,在碱性条件对污泥加热、再经过干燥、加压等工艺便会发生蛋白质的变性作用,利用蛋白质变性作用制作称蛋白胶,也称作活性树脂,在经过漂白、脱脂等步骤压制成板材。污泥与热塑性的聚合物混合从而获得聚合物复合材料。

 

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