一种用脱水污泥制备板型陶粒及其制备方法和应用与流程

本发明属于污水处理技术及建筑材料领域，具体涉及一种用脱水污泥制备板型陶粒的方法和在处理含磷废水中的应用。

背景技术：

随着国家的飞速发展，人民生活水平有了显著的提高。但同时也给环境造成了很大的破坏。就污泥污染问题来说，污泥中含有大量的病菌、寄生虫(卵)，同时污泥中也含有铅、锌、镉、汞等对环境危害较大的重金属。我国每年大约会生产200万吨的污泥，如此数量的污泥严重影响这我们的生活。在处置方面，目前有效的只有填埋、焚烧等，但都不是最佳的处置方法。污泥中也含有丰富的铜、铬、钾等我国稀缺金属元素。我们应寻求一种既对环境有利，又实现对污泥资源化利用的处置方法。

陶板是一种内部呈蜂窝状多孔结构的材料，具备导热系数低，吸水率小，强度高、良好的隔热、保温、防潮、抗冻、隔音、抗震等优异性能。近几年在各个领域都应用广泛。考虑到污泥的主要化学成分是二氧化硅、氢氧化镁、碳酸钙等，与陶板的化学成分基本一致。以污泥制备陶板，不但解决了污泥污染的问题，并且为陶粒板的制作提供了大量的原料，达到了双赢的效果。

技术实现要素：

本发明通过对目前污泥的来源、成分及资源化利用分析和讨论，采用脱水污泥制备板型陶粒的一种全新型陶制材料，实现了污泥的资源化利用，节能环保，更具有广泛的市场及更突出的性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用脱水污泥制备板型陶粒，

制备方法包括如下步骤：

1)将黄土和污泥烘干，取污泥固体和黄土固体研磨、粉碎、过筛；

2)手工制作陶粒板；

3)将陶粒板高温焙烧；

4)冷却后的陶粒板涂上调配好的釉料进行二次烧制。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，按质量比，污泥固体：黄土固体＝8:5～2:5。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，步骤1)中，过筛所选用的筛网是150μm标准筛，取筛下物。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，步骤2)具体为：向污泥固体粉末和黄土固体粉末的混合物中加入助溶剂和去离子水进行搅拌、揉捏、直至呈粘稠状的泥团，用工具将其制成板型，干燥。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，所述助溶剂的加入量为污泥固体粉末和黄土固体粉末总质量的5％。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒的方法，所述的助溶剂为乙醇。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，步骤3)具体为：将陶粒板预热一段时间后，调节至1100-1200℃进行烧制，并将其恒温10～20min，冷却至室温。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，所述的预热温度为300～350℃，预热时间为20min。

上述的一种用脱水污泥制备板型陶粒，步骤4)具体为：将步骤3)得到的陶粒板涂上调配好的釉料在1000℃下恒温10min。

上述的任一种用脱水污泥制备的板型陶粒在处理含磷废水中的应用，方法如下：于250ml总磷浓度为20mg/l的含磷废水溶液中，调节污水ph＝7，加入上述的任一种用脱水污泥制备的板型陶粒20g/l～60g/l，在25℃下进行振荡，振荡速度为120rpm。

本发明的有益效果是：

(1)使用脱水污泥作为原料，为固体废弃物的资源综合利用，实现了淤泥的无害化和资源化，有利于节能减排和保护环境；

(2)解决了污泥在填埋过程中需要占用大量的土地资源和容易造成二次污染的难题，既保护了环境，又节约了土地，使污泥的资源综合利用率显著提高；

(3)本发明的污泥陶粒板生产工艺简单，无三废排放，符合节能减排、发展低碳经济和循环经济政策要求精神，且投资少、见效快、成本低、效益好；

(4)本发明的污泥陶粒板体积密度小，具有更加优异的保温性能，适合生产保温隔热型墙体材料。

附图说明

图1是灼烧温度与平均灼减率的关系图。

图2是黄土与污泥的配比与平均灼减率的关系图。

图3是不同投加量下陶粒对磷的吸附量随时间增加的变化情况图。

图4是水力停留时间与磷吸附效果的关系图。

具体实施方式

实施例1污泥陶粒板的制备

1、原料预处理：

烘干燥箱温度设置为110℃，将污泥固体、黄土固体在干燥箱里烘干24h。

2、污泥陶粒板的制备：

1)按质量比，黄土：污泥＝6:4，分别取12g污泥固体和6g黄土固体研磨、粉碎、过150μm标准筛，筛至粉末状为止，取筛下物；

2)取步骤1)中粉末，加入0.5％乙醇助溶剂20ml、适量去离子水进行搅拌，揉捏，直至呈粘稠状的泥团，手工制作陶粒板，用尺子等工具将其制成板型，110℃恒温干燥2h；

3)将陶粒板在350℃预热20min后，以2～3℃/min的速率升温至1150℃进行烧制，并将其恒温20min。

4)将陶粒板冷却至室温，涂上调配好的釉料放入马弗炉中以2～3℃/min的速率升温至1000℃进行二次烧制，恒温10min。

实施例2污泥陶粒板在制备过程中最佳条件的确定

1、灼烧温度的确定

分别将黄土固体和污泥固体进行烘干，按质量比6:4称取12g黄土固体和8g污泥固体，研磨、粉碎、过150μm标准筛，筛至粉末状为止并加入0.5％的助溶剂20ml。充分混合均与加入适量的去离子水，搅拌揉捏至泥状。运用模具将其制成板状，110℃恒温干燥2h后放入马弗炉中加热至300℃恒温20min，然后调节温控键盘到1100℃，待样品从300℃加热至1150℃后再恒温20min。重复上诉操作分别将温度调至1125℃、1175℃、1120℃进行实验。将陶粒板冷却至室温，涂上调配好的釉料放入马弗炉中进行二次烧制，恒温10min。关闭马弗炉电源，一段时间后取出陶粒板冷却至室温。

计算灼减率，灼减率计算公式如下：

p＝(a-b)/a*100％

式中：p---灼减率，％

a---烧制前室温下的质量，g

b---烧制后室温下的质量，g

结果如图1所示，随着温度的升高，平均灼减率逐渐增大。温度在1100℃～1150℃时，灼减率的增加量较快；到1150℃后灼减率的增加量变的较为缓慢。但当灼烧温度达到1175℃时，陶粒板开始破裂；1200℃时破裂程度加大。因此本发明优选，最佳灼烧温度为1150℃。

2、确定黄土与污泥配比：

分别将黄土固体和污泥固体进行烘干，按质量比，7:3，6:4，5:5，分别称取14g黄土固体和6g污泥固体、12g黄土固体和8g污泥固体、10g黄土固体和10g污泥固体，研磨、粉碎、过150μm标准筛，筛至粉末状为止并分别加入0.5％的助溶剂20ml。充分混合均与加入适量的去离子水，搅拌揉捏至泥状。运用模具将其制成板状，110℃恒温干燥2h后放入马弗炉中加热至300℃恒温20min，然后调节温控键盘到1150℃，待样品从300℃加热至1150℃后再恒温20min。将陶粒板冷却至室温，涂上调配好的釉料放入马弗炉中进行二次烧制，恒温10min。关闭马弗炉电源，一段时间后取出陶粒板冷却至室温。计算灼减率。

结果如图2所示，随着污泥比例的增加，平均灼减率逐渐升高。当污泥的添加量为40％时灼减率的升高速度最快，超过40％后平均灼减率增加的速度开始变缓。污泥的添加量超过40％将导致陶粒板整体强度降低，陶粒板发生变形，不符合工艺要求。因此本发明优选，黄土：污泥的配比为6:4。

实施例3污泥陶粒板在处理含磷废水中的应用

1、陶粒投加量对磷吸附的影响

方法：取总磷浓度为20mg/l的kh2po4溶液倒入锥形瓶中，将上述陶粒板破碎，分别取破碎后的陶粒20g/l、40g/l、60g/l，调节污水ph＝7，然后将锥形瓶置于全温振荡器中摇晃，设置温度为25℃、振荡速度为120rpm，定期取少量上清溶液过滤，15天内，每天测定并计算溶液中总磷的含量。

结果如图3所示，在投加量为60g/l时，陶粒的吸附容量达到最大，约为17mg/g，磷的去除率为56％。

2、水力停留时间对磷吸附的影响

方法：取总磷浓度为20mg/l的kh2po4溶液倒入锥形瓶中，上述板式陶粒的投加量为20g/l，调节污水ph＝7，然后将锥形瓶置于全温振荡器中摇晃，设置温度为25℃、振荡速度为120rpm，分别在1d、2d、3d、.....9d、10d取少量上清溶液过滤，测定并计算溶液中总磷的含量。

结果如图4所示，脱水污泥陶粒对磷的吸附量随着吸附时间的增加而增大，在第7天吸附量达到饱和状态，磷的去除率达到90％。

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