CN105967752B - 利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法 - Google Patents

利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的制备方法，将基础材料湿基城市污泥、粉煤灰、电石渣和碎石渣分别计量，首先对湿基城市污泥中的重金属离子进行固化，其中一部分固化处理后的城市污泥进行裂解碳化预处理，剩余部分固化处理后的城市污泥与电石渣进行混合烧结法预处理，然后将预处理后的基础材料混合，再采用压力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后将坯体放入微波烧结设备中，抽取真空，通入CO2使***内压力恒定，养护后即可制得板材。本发明的有益效果：重金属固化效果好，各种重金属的去除率大于90％，且不受重金属种类的限制；固体废弃物利用率高，而且制得的板材能适用于广泛的生活生产使用中。

Description

利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法
技术领域
本发明属于污泥资源化利用技术领域，特别涉及一种利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的制备方法。
背景技术
我国是一个人多地少、资源紧张的国家。在我国，随着城市化水平建设的不断推进，且从国家层面到广大的社会大众，对环境保护的意识越来越强，近些年污水处理厂的数量设水平急剧增加，随之产生的污泥量(包含各种重金属离子等)也越来越大。据统计，到2020年，我国城市污泥排放量(干重)将达到6000万吨。如何高效合理的利用这些废弃物，实现废物的合理化、资源化的利用，已经成为目前的急需解决的问题。.而且污泥中有机物含量高，含有各种致病菌，易腐烂发臭，如果大量未经处理的污泥任意堆放和排放，不但会对环境造成新的污染，而且还会浪费污泥中的有用资源。因此，如何将产量大、成分复杂的污泥，经过科学处理后使其减量化、无害化、稳定化和资源化，已经成为我国乃至全世界广泛关注的热点问题。
电石渣数量大，含碱量高，又含有硫、砷等有害物质，不经处理排放会堵塞下水道，壅积河床，危害渔业生产。在陆地堆放则占用土地，污染环境。一些建设在滨海或山区的工厂,一直以来将电石渣直接排到海塘或山谷中，填海填沟有规则堆放，几呼没有作防渗处理。此法占地面积大，污染严重。根据计算，每使1t纯电石，大约要生成1.16t电石渣，目前，对电石渣的利用主要有两个方面，一是用于建筑工业，另一方面是用于环境治理，通过这些途径仅利用了部分电石渣，仍有大量电石渣未被利用。电石渣的大量堆放既占用了大量的土地资源，又污染了环境，因此，现阶段如何将电石渣变废为宝已经刻不容缓了。
近年来，我国污泥和电石渣的产量快速增长。如何高效的利用城市污泥，电石渣这类固体废弃物制备环保材料，研究现有的文献，已经有了一定的报道，与此同时还是有一些问题，如：
①城市污泥中含有大量的重金属离子，这些离子会对人类生活和生产造成极大的伤害，就目前的工艺而言，还没有很好的解决方案，而且盲目的将污泥做成建筑材料应用于日常生活生产中，随着时间的推移，其中的重金属离子会慢慢浸出渗出，对人们的身体健康造成危害
②城市污泥中的还有大量的生活垃圾和城市污染物，含有大量病菌和有害微生物，各种有机物使之形成絮凝胶状，现阶段工业中，焚烧污泥是主要的处理手段，但这不仅浪费大量的资源和燃料，而且焚烧产生的有害气体会污染空气，对附近人群造成严重伤害，
目前使用城市污泥制备板材的等建筑材料已取得一定的成果。例如西安市利生污泥处理有限公司的一项中国专利(专利公开号：CN104649650A)公开了一种新型城市污泥制砖的制备方法。其利用污泥脱水剂和除臭剂对污泥进行脱水和除臭处理，浙江绿天环境工程有限公司公开的一种可降解污泥塑料环保板材及其制备方法(专利公开号：CN104591682A)，其利用污泥和木粉、PP粉、各种外加剂并进行二次脱模造粒，注浆成型，但这种方法得到的板材，耐久性和保温性能无法得到保证，并且这种方法对污泥中的重金属离子和有机物也没有很好的处理，只是添加外加剂使之固定下来，难以长久使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术所存在的不足，提供一种利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，针对污泥本身含有大量的重金属离子和有机物，使污染环境的污染物二次循环利用，实现经济效益和社会效益的双重增值。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，将基础材料湿基城市污泥、粉煤灰、电石渣和碎石渣分别计量，首先对湿基城市污泥中的重金属离子进行固化，其中一部分固化处理后的城市污泥进行裂解碳化预处理，剩余部分固化处理后的城市污泥与电石渣进行混合烧结法预处理，然后将预处理后的基础材料混合，再采用压力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后将坯体放入微波烧结设备中，抽取真空，通入CO2使***内压力恒定，养护后即可制得板材。
按上述方案，所述的基础原料的质量组成为：湿基城市污泥40～60％，粉煤灰10～20％，电石渣25～40％，碎石渣5～10％。
按上述方案，所述的固化处理是首先向湿基城市污泥中，加入浓度为2wt.％双氧水和浓度为42wt.％的磷酸混合溶液，搅拌1h，静置反应24h，通过吸附柱和吸附罐回收重金属，回收处理后的污泥泥浆备用。
按上述方案，所述的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，其中，裂解碳化预处理的污泥量≤20wt.％，低温裂解时温度在240～300℃，压力10～15Mpa；混合烧结法预处理的污泥量≥80wt.％，电石渣的含量12％≤θ≤20％，烧结温度为900～950℃。
按上述方案，所述的电石渣为浆体，含水量≤50wt.％。
按上述方案，所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
按上述方案，所述的养护是采用微波碳化养护，养护时间为2h，养护温度为200±5℃， CO2气体压力为0.4Mpa。
本发明的主要技术原理为：为处理污泥中的重金属和有机物这两大问题，
在重金属固化方面，1、催化与价态控制技术，利用污泥中的各种重金属与磷酸反应生成可溶性的金属盐，再用酸性阳离子交换树脂交换磷酸溶液中的重金属离子，以去除污泥中的重金属，并回收磷酸；2、利用蒸压养护技术，考虑到污泥中剩余的重金属离子会在成型养护时离子含量及溢出的情况，固采用微波养护和碳化养护技术；微波养护技术以其独特的无温度梯度的整体加热，使得板材浆体能快速、均匀的干燥，另一方面，微波产生的电磁场使得料中化学物质的结晶反应速率和结晶晶格的规则度得以极大的提高，使得料浆在短时间内即可出模，这样能在浆体中中剩余重金属溢出表面之前将其固化下来，稳定重金属；3、利用表面致密化技术，在养护仓内通入二氧化碳气体以后，二氧化碳能与浆体矿物发生反应，同时放出大量的热，在快速反应期所形成的反应物覆盖在未反应部分的表面而减慢了反应速率，所以碳化养护使得制品表面的致密性提高，这样既能增加板材的强度，又能减少重金属额溢出；
在污泥有机物处理方面，1、采用电石渣和污泥按照比例混匀后煅烧，在煅烧过程中电石渣和污泥在高温过程中可形成大量的具有活性的CaO-SiO2体系，为后期反应提供强度；2、污泥的低温碳化，主要通过碳化消除有机物对板材强度的影响，同时，污泥碳化形成的多孔结构，一方面可以讲降低材料的导热系数，另一方面又可具有吸收水分或有害气体的能力，为材料得功能化提供基础。
本发明所得到的有益效果如下：重金属固化效果好，用含双氧水的磷酸做处理剂去除污泥重金属效果良好，各种重金属的去除率大于90％，且不受重金属种类的限制；固体废弃物利用率高，本技术中大量采用城市污泥和电石渣为主体材料，对污泥进行改性处理，不仅利用了两种有害物，而且制得的板材能适用于广泛的生活生产使用中；材料性能好，具有功能性，在将污泥裂解碳化过程中，达到了其他板材所不具备的多孔结构，这样提高了***的保温性能和功能化运用，所采用的碎石渣，充当骨料的作用，在成型时传递压力，使坯体密实，减少产品后期体积变形和提高抗冻性。
具体实施方式
下面结合实例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。
实施例1：
本发明采用的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，电石渣为浆体，含水量≤50wt.％，所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
本发明涉及一种利用城市污泥和电石渣制备板材的的制备方法，按重量份数计，其原材料重量百分比为：40wt.％湿基城市污泥，20wt.％粉煤灰，30wt.％电石渣，10wt.％碎石渣，若干量2wt.％浓度的双氧水和42wt.％浓度的磷酸混合液。制备过程为：将湿基城市污泥与2％浓度的双氧水和42％浓度的磷酸溶液混合，经搅拌反应1h、静置24h后，经酸性阳离子交换树脂吸附回收重金属和磷酸溶液，取18wt.％污泥泥浆经温度为280℃、压力为15Mpa低温裂解碳化，余下82wt.％的污泥泥浆与占其质量百分比为20％的电石渣混合在950℃的隧道窑中烧结，烧结后经碾压机磨细备用，然后将各原料按照比例混合均匀后采用压力成型法在相应的成型模具中压制成型，成型压力为20Mpa，成型周期为17s，成型后在100℃环境中干燥，干燥时间24h，干燥完成后送入蒸压养护室中，抽取仓内真空后通入CO2，设定养护温度为200℃，功率3kw，温度上升90min，保温30min即可，所得到的板材抗压强度在60Mpa，抗拉伸强度28Mpa,重金属浸出毒性测定实验根据国家标准GB5086.2-1997《固体废弃物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》执行，得到个重金属浸出率如下，Zn：4mg/L，Hg：0.002mg/L，Pb：0.17mg/L,Cd：0.03mg/L,Cr(Ⅵ)：0.11mg/L；导热系数为0.14[W·(m·K)-1]。
实施例2：
本发明采用的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，电石渣为浆体，含水量≤50wt.％，所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
本发明涉及一种利用城市污泥和电石渣制备板材的的制备方法，按重量份数计，其原材料重量百分比为：50wt.％湿基城市污泥，15wt％粉煤灰，30wt％.电石渣，5wt.％碎石渣，若干量2％浓度的双氧水和42％浓度的磷酸混合液。制备过程为：将湿基城市污泥与2wt.％浓度的双氧水和42wt.％浓度的磷酸溶液混合，经搅拌反应1h、静置24h后，经酸性阳离子交换树脂吸附回收重金属和磷酸溶液，取15wt.％污泥泥浆经温度为270℃、压力为12Mpa低温裂解碳化，余下85wt.％的污泥泥浆与占其质量百分比为20％的电石渣混合在900℃的隧道窑中烧结，烧结后经碾压机磨细备用，将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合均匀后采用压力成型法在相应的成型模具中压制成型，成型压力为15Mpa，成型周期为17s，成型后在100℃环境中干燥，干燥时间24h，干燥完成后送入蒸压养护室中，抽取仓内真空后通入CO2，设定养护温度为200℃，功率3kw，温度上升90min，保温30min即可，所得到的板材抗压强度在58Mpa，抗拉伸强度34Mpa,重金属浸出毒性测定实验根据国家标准GB5086.2-1997《固体废弃物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》执行，得到个重金属浸出率如下，Zn：:6mg/L，Hg：0.003mg/L，Pb：0.2mg/L,Cd：0.06mg/L,Cr(Ⅵ)：0.18mg/L；导热系数 为0.12[W·(m·K)-1].
实施例3
本发明采用的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，电石渣为浆体，含水量≤50wt.％，所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
本发明涉及一种利用城市污泥和电石渣制备板材的的制备方法，按重量份数计，其原材料重量百分比为：50wt％.湿基城市污泥，10wt％.粉煤灰，35wt％.电石渣，5wt％.碎石渣，若干量2％浓度的双氧水和42％浓度的磷酸混合液。制备过程为：将湿基城市污泥与2wt.％浓度的双氧水和42wt.％浓度的磷酸溶液混合，经搅拌反应1h、静置24h后，经经酸性阳离子交换树脂吸附回收重金属和磷酸溶液，取20wt.％污泥泥浆经温度为300℃、压力为15Mpa低温裂解碳化，余下80wt.％的污泥泥浆与占其质量百分比为20％的电石渣混合在950℃的隧道窑中烧结，烧结后经碾压机磨细备用，将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合均匀后采用压力成型法在相应的成型模具中压制成型，成型压力为15Mpa，成型周期为17s，成型后在100℃环境中干燥，干燥时间24h，干燥完成后送入蒸压养护室中，抽取仓内真空后通入CO2，设定养护温度为200℃，功率3kw，温度上升90min，保温30min即可，所得到的板材抗压强度在50Mpa，抗拉伸强度31Mpa,重金属浸出毒性测定实验根据国家标准GB5086.2-1997《固体废弃物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》执行，得到个重金属浸出率如下，Zn：:4mg/L，Hg：0.002mg/L，Pb：0.15mg/L,Cd：0.04mg/L,Cr(Ⅵ)：0.13mg/L；导热系数为0.11[W·(m·K)-1].
实施例4
本发明采用的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，电石渣为浆体，含水量≤50wt.％，所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
本发明涉及一种利用城市污泥和电石渣制备板材的的制备方法，按重量份数计，其原材料重量百分比为：45wt％.湿基城市污泥，10wt％.粉煤灰，40wt％.电石渣，5wt％.碎石渣，若干量2％浓度的双氧水和42％浓度的磷酸混合液。制备过程为：将湿基城市污泥与2wt.％浓度的双氧水和42wt.％浓度的磷酸溶液混合，经搅拌反应1h、静置24h后，经酸性阳离子交换树脂吸附回收重金属和磷酸溶液，取12wt.％污泥泥浆经温度为240℃、压力为10Mpa低温裂解碳化，余下88wt.％的污泥泥浆与占其质量百分比为20％的电石渣混合在900℃的隧道窑中烧结，烧结后经碾压机磨细备用,将各种原材料按照要求预处理后分别计量，按照比例混合 均匀后采用压力成型法在相应的成型模具中压制成型，成型压力为10Mpa，成型周期为17s，成型后在100℃环境中干燥，干燥时间24h，干燥完成后送入蒸压养护室中，抽取仓内真空后通入CO2，设定养护温度为200℃，功率3kw，温度上升90min，保温30min即可，所得到的板材抗压强度在56Mpa，抗拉伸强度30Mpa，重金属浸出毒性测定实验根据国家标准GB5086.2-1997《固体废弃物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》执行，得到个重金属浸出率如下，Zn：:5mg/L，Hg：0.003mg/L，Pb：0.17mg/L,Cd：0.05mg/L,Cr(Ⅵ)：0.14mg/L；导热系数为0.13[W·(m·K)-1]。

Claims (6)

1.利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，将基础材料湿基城市污泥、粉煤灰、电石渣和碎石渣分别计量，所述的基础材料的质量组成为：湿基城市污泥40～60％，粉煤灰10～20％，电石渣25～40％，碎石渣5～10％；首先对湿基城市污泥中的重金属离子进行固化，其中一部分固化处理后的城市污泥进行裂解碳化预处理，剩余部分固化处理后的城市污泥与电石渣进行混合烧结法预处理，然后将预处理后的基础材料与未处理的基础材料混合，再采用压力成型法成型，成型后干燥至恒重，然后将坯体放入微波烧结设备中，抽取真空，通入CO2使***内压力恒定，养护后即可制得板材。
2.根据权利要求1所述的利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，其特征在于，所述的固化处理是首先向湿基城市污泥中，加入浓度为2wt.％双氧水和浓度为42wt.％的磷酸混合溶液，搅拌1h，静置反应24h，通过吸附柱和吸附罐回收重金属，回收处理后的污泥泥浆备用。
3.根据权利要求1所述的利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，其特征在于，所述的湿基城市污泥，其初期含水量≥50wt.％，其中，裂解碳化预处理的污泥量≤20wt.％，低温裂解时温度在240～300℃，压力10～15Mpa；混合烧结法预处理的污泥量≥80wt.％，电石渣的含量12wt.％≤θ≤20wt.％，烧结温度为900～950℃。
4.根据权利要求1所述的利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，其特征在于所述的电石渣为浆体，含水量≤50wt.％。
5.根据权利要求1所述的利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，其特征在于所述的碎石渣粒径5mm≤r≤30mm。
6.根据权利要求1所述的利用城市污泥和电石渣制备低污染板材的方法，其特征在于所述的养护是采用微波碳化养护，养护时间为2h，养护温度为200±5℃，CO2气体压力为0.4Mpa。
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