利用污水污泥制備輕質(zhì)陶粒研究.pdf

1、污水處理廠排放的污水污泥具有高含水、高污染的特點(diǎn)，常用的填埋、堆肥、焚燒等處置方式要么無害化不徹底，要么處置成本過高，難以消納迅速增長(zhǎng)的排放量。一些研究表明，污水污泥燒制陶粒的資源化利用處置方式具有無害化徹底，資源化程度高的優(yōu)點(diǎn)，在污水污泥處置方法中優(yōu)勢(shì)明顯。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)這種處置方式的研究基本上都是采用粘土與污水污泥混合，相當(dāng)部分還對(duì)污水污泥預(yù)先進(jìn)行了干化處理，并且基本沒有工業(yè)化生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的研究，從而難以推向?qū)嶋H應(yīng)用。選擇合適的混合

2、材料，對(duì)高含水率原狀污水污泥的直接利用并盡量提高其利用量，以及根據(jù)實(shí)際特點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝，是將此項(xiàng)技術(shù)迅速推向工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　 本文采用頁巖與含水率80％左右的原狀污水污泥混合制備輕質(zhì)陶粒，研究了原料配比和熱工工藝參數(shù)，對(duì)輕質(zhì)陶粒的礦物組成和孔結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行了表征與分析，探討了污水污泥對(duì)輕質(zhì)陶粒制備的影響，進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)。
　　 通過正交試驗(yàn)方法確定了制備超輕陶粒最佳的熱工工藝參數(shù)：預(yù)熱溫度40

3、0℃、預(yù)熱時(shí)間10min、焙燒溫度1150℃、焙燒時(shí)間12min；制備出表觀密度510kg/m3，吸水率5.8％，顆粒強(qiáng)度200N的優(yōu)質(zhì)超輕陶粒。研究結(jié)果表明，污水污泥摻量在20～30％時(shí)，制備陶粒的表觀密度最小，能使陶粒的表觀密度由1700kg/m3降低到500kg/m3左右，但污泥摻量進(jìn)一步增多，其表觀密度又呈增加趨勢(shì)，污泥摻量對(duì)陶粒強(qiáng)度的影響規(guī)律與對(duì)表觀密度的影響規(guī)律相似，吸水率則隨著污泥摻量的增加而增大，在獲得輕質(zhì)陶粒的基礎(chǔ)上，

4、兼顧污水污泥利用量以及陶粒生料成球?qū)室蟮耐瑫r(shí)，確定污水污泥最佳摻量為30％。適當(dāng)降低預(yù)熱溫度和縮短預(yù)熱時(shí)間，以及提高焙燒溫度和延長(zhǎng)焙燒時(shí)間，都有利于陶粒的燒脹，獲得輕質(zhì)性能更好的陶粒。污水污泥與頁巖的混合均勻程度對(duì)陶粒性能影響的研究結(jié)果表明，污水污泥摻量在20％～30％時(shí)，污水污泥與頁巖的混合均勻程度對(duì)陶粒性能的影響程度并不大。頁巖細(xì)度對(duì)陶粒性能影響的研究結(jié)果表明，頁巖中只要含有一定量的細(xì)粒徑粉料時(shí)，含有一定量較粗顆粒不會(huì)對(duì)陶粒

5、性能造成較大的影響。
　　 XRD結(jié)果顯示，陶粒的主要礦物晶相為α-石英(α-SiO2)、藍(lán)晶石(Al2O3·SiO2)及鈣長(zhǎng)石(CaO·2Al2O3·2SiO2)等，隨著污泥摻量增加、焙燒溫度升高、焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，α-石英(α-SiO2)的峰強(qiáng)明顯降低，顯示出陶粒料球焙燒熔融狀態(tài)的增強(qiáng)。IR結(jié)果表明，隨著焙燒溫度升高、焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，陶粒Si-O四面體的對(duì)稱伸縮振動(dòng)波數(shù)降低非常明顯，說明Si-O四面體的聚合度隨著焙燒溫度的升高或焙

6、燒時(shí)間的延長(zhǎng)明顯降低，架狀結(jié)構(gòu)的Si-O四面體斷裂形成鏈狀或是島狀類的結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)為焙燒時(shí)陶粒料球熔融程度增加。污泥摻量增加時(shí)，陶粒Si-O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)波數(shù)變化不大，說明此時(shí)α-石英的熔融并不是以加劇Si-O四面體解聚的形式，而Fe的價(jià)態(tài)由赤鐵礦(Fe2O3)向方鐵礦(FeO)的轉(zhuǎn)變，反應(yīng)了陶粒料球焙燒時(shí)的還原環(huán)境的增強(qiáng)，DSC結(jié)果表明，還原氣氛有利于陶粒坯體在高溫下的熔融及發(fā)氣，因此，污泥摻量增加時(shí)，可能陶粒料球焙燒時(shí)更傾向于生成

7、其他的共融礦物進(jìn)而熔融。
　　 SEM結(jié)果顯示，污水污泥能促使陶粒內(nèi)部產(chǎn)生大量孔洞，但摻量較多時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)孔洞的連通和坍縮；預(yù)熱溫度提高，陶粒的表層殼結(jié)構(gòu)都增厚；焙燒溫度越高，焙燒時(shí)間越長(zhǎng)，陶粒內(nèi)部氣孔尺寸變大，并逐漸由孤立到連通，最后組合成大孔形狀，變?yōu)橐?guī)則類球狀。結(jié)合SEM圖片，采用周長(zhǎng)-面積模型計(jì)算了陶粒孔輪廓的分形維數(shù)，對(duì)孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的定量表征。
　　 根據(jù)頁巖硬度較低以及粉粒態(tài)頁巖和絮凝態(tài)污水污泥的混合要求，