CN107324710A - 一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，可有效解决污泥生产常规建筑用砖，单块砖的污泥含量低，污泥利用率低下，单独使用污泥或者污泥生物炭制砖强度不够的问题，其解决的技术方案是，脱水污泥经过淋洗去除部分重金属后，板框压滤，然后加入粉煤灰或者高炉渣混合均匀，造粒干燥之后，经高温裂解得到污泥生物炭，碎石骨料与处理过的废弃织物混合后，将搅拌好的混凝土和污泥生物炭一起装模、加压、成型，脱模，养护，即得到污泥生物炭透水砖，本发明方法制备的生物炭透水砖可以阻止地表径流中的重金属氮、磷、有机污染物等向地下水迁移，防治地下水污染，是废物协同处理与资源化利用方面的创新。

Description

一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法

技术领域

本发明涉及透水砖制备技术领域，特别是一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法。

背景技术

我国污水处理厂每天产生的污泥量在3000万吨左右，黑臭水体治理过程中也会产生大量的污泥，因其含水率高、重金属含量高的原因，其安全处置是一个巨大的难题。

生物炭是生物质在高温条件下热解的产物，具有多孔结构、特定官能团的稳定碳源，对多数污染物有较强的吸附能力，一般作为吸附剂和污水处理和土壤修复材料使用。

透水砖是当前黑臭水体治理、海绵城市建设过程中的一种常用材料，一般铺设在非机动车行驶的道路和河道沿岸。目前我国采用的透水性路面砖主要有水泥基透水砖、高分子透水混凝土砖、烧结透水砖。其中，高分子透水混凝±采用高分子树脂为胶结材料，耐候性差，在大气环境的作用下容易老化，且温度升高时容易软化，使透水性受到影响；烧结透水砖其烧结过程需要消耗能量，成本高，仅适用于用量小的高档地面铺装。比较而言，水泥基透水混凝±砖制作工艺简单，成本低廉且性能稳定，适合于大规模推广应用。但是，由于吸附性能较差，常规透水砖在透水的同时并不能对水质进行净化。

现有的污泥制砖技术主要是利用污泥生产常规建筑用砖，而且单块砖的污泥含量低，污泥利用率低下。同时，由于污泥中含水率和有机质含量过高，单独使用污泥或者污泥生物炭制砖强度不够，难以满足需要。因此，如何发明一种可以用于水质净化过程中的污泥生物炭砖是目前亟需解决的问题。

发明内容

针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，可有效解决污泥生产常规建筑用砖，单块砖的污泥含量低，污泥利用率低下；同时，由于污泥中含水率和有机质含量过高，单独使用污泥或者污泥生物炭制砖强度不够，难以满足需要的问题。

本发明解决的技术方案是，脱水污泥经过淋洗去除部分重金属后，板框压滤，然后加入一定比例的粉煤灰或者高炉渣混合均匀，造粒干燥之后，经高温裂解得到污泥生物炭，碎石骨料与处理过的废弃织物混合后，加入水搅拌，然后加入水泥和减水剂搅拌，再加水搅拌，将搅拌好的混凝土和污泥生物炭一起装模、加压、成型，脱模，养护，即得到污泥生物炭透水砖。

本发明方法制备的生物炭透水砖对重金属、氮、磷、有机污染物等都有很强的吸附能力，可以阻止地表径流中的重金属氮、磷、有机污染物等向地下水迁移，防治地下水污染，生物炭透水砖外层由混凝土材料包裹，保证了透水砖的耐压性能和强度，生物炭在透水砖内部不需要承受太大的压力，不易破碎流失，是废物协同处理与资源化利用方面的创新。

附图说明

图1为本发明的污泥生物炭砖制备流程图。

图2为本发明制成后透水砖的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1给出，本发明包括以下步骤：

1)城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加淋洗剂，每1kg污泥中淋洗剂用量为1-3L，淋洗去除部分重金属，所述的淋洗剂浓度在0.01-0.20mol/L之间，为柠檬酸、草酸、腐殖酸、乙二胺四乙酸、三氯化铁溶液中的一种或两种以上的混合；

2)板框压滤淋洗剂处理后的污泥，然后加入粉煤灰或者高炉渣，按照污泥：粉煤灰或高炉渣质量比为10-20：1的比例混合；

3)造粒干燥，制作成粒径为3-5mm的颗粒，自然风干，或干燥器干燥，含水率降至10％以下；

4)将步骤3)干燥后的材料置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至500-700℃，烧制3-4h后，降温到25-27℃，即可得到污泥生物炭；

5)按碎石骨料体积的2-3％取废弃织物，用剪刀剪成条状；

6)将碎石骨料与条状织物混合均匀，得第一混合物；

7)加入第一混合物体积的2-3％的水，搅拌15-25s；

8)加入水泥和减水剂，搅拌80-100s，水泥用量为碎石骨料质量的20-30％，减水剂用量为碎石骨料质量的1-2％，得第二混合物；

9)加入第二混合物体积6-10％的水，搅拌80-100s，得混凝土；

10)将步骤4)制得的污泥生物炭与步骤9)制得的混凝土按照体积比1：2-5的比例装入磨具，加压成型，22-26h后脱模，养护10-28天，即得。

为了保证使用效果，所述的污泥脱水处理为加药处理或机械脱水处理，含水率低于80％即可。

所述的淋洗剂为0.05-0.3mol/L草酸溶液、0.01-0.05mol/L乙二胺四乙酸溶液、0.05-0.2mol/L三氯化铁溶液、0.01-0.1mol/L腐殖酸溶液、0.01-0.1mol/L柠檬酸溶液中的一种或几种的组合；主要目的是活化或者螯合污泥中的重金属，使重金属与污泥不再紧密结合。

所述的废弃织物为被抛弃的旧衣物或者布料。

所述的减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂的一种。

实施例1

1)城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加0.05mol/L乙二胺四乙酸溶液、0.1mol/L腐殖酸溶液，每1kg污泥中淋洗剂用量为2L，淋洗去除部分重金属；

2)板框压滤淋洗剂处理后的污泥，然后加入粉煤灰或者高炉渣，按照污泥：粉煤灰或高炉渣质量比为15：1的比例混合；

3)造粒干燥，制作成粒径为5mm的颗粒，自然风干，或干燥器干燥，含水率降至10％以下；

4)将步骤3)干燥后的材料置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至600℃，烧制4h后，降温到27℃，即可得到污泥生物炭；

5)按7mm碎石骨料体积的2％取废弃织物，用剪刀剪成长5mm、宽2mm的条状；

6)将碎石骨料与条状织物混合均匀，得第一混合物；

7)加入第一混合物体积的2％的水，搅拌20s；

8)加入水泥和减水剂，搅拌90s，水泥用量为碎石骨料质量的25％，减水剂用量为碎石骨料质量的2％，得第二混合物；

9)加入第二混合物体积8％的水，搅拌90s，得混凝土；

10)将步骤4)制得的污泥生物炭与步骤9)制得的混凝土按照体积比1：2的比例装入磨具，加压成型，成型后结构如图2所示，1为混凝土、2为生物炭，24h后脱模，养护28天，即得。

本发明的使用情况是，实施案例1，人行道道路透水砖的制备，该类透水砖需要承受一定的压力，对砖体强度有一定要求，因此砖受力面的混凝土层厚度要加强，装模时混凝土比例应该尽量提高，按照生物炭:混凝土＝1：5的比例装模，透水砖表面覆盖混凝土厚度为2cm。

实施案例2，水体岸坡用透水砖的制备，该类透水砖主要功能是水质净化与交换，不需要有很高的强度。因此在装模时可以提高生物炭的比例至33.33％左右，按照生物炭:混凝土＝1：2的比例装模，降低砖表面混凝土层厚度至1cm。

本发明废弃织物的加入可以使污泥生物炭颗粒之间的连接更紧密，提升污泥生物炭砖的强度，减少污泥生物炭的破碎和流失，板框压滤目的在于，通过压滤将淋洗剂活化或者螯合的重金属从污泥中去除掉，碎石骨料、条状织物与水泥制成的混凝土材料保证了透水砖的耐压性能和强度，生物炭在透水砖内部不需要承受太大的压力，不易破碎流失，制得的污泥生物炭透水砖强度可以满足实际需要，不需要再添加别的砖类支撑，有效解决了透水砖强度、耐压性不够的问题。

本发明的优点体现在以下几个方面，第一，生物炭对重金属、氮、磷、有机污染物等都有很强的吸附能力，可以阻止地表径流中的重金属氮、磷、有机污染物等向地下水迁移，防治地下水污染，第二，生物炭透水砖外层由混凝土材料包裹，保证了透水砖的耐压性能和强度，生物炭在透水砖内部不需要承受太大的压力，不易破碎流失。第三，本发明属于废物协同处理与资源化利用方面的创新，其实施将会产生巨大的环境效应和社会效益。

Claims (6)

1.一种具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加淋洗剂，每1kg污泥中淋洗剂用量为1-3L，淋洗去除部分重金属，所述的淋洗剂浓度在0.01-0.20mol/L之间，为柠檬酸、草酸、腐殖酸、乙二胺四乙酸、三氯化铁溶液中的一种或两种以上的混合；

2）板框压滤淋洗剂处理后的污泥，然后加入粉煤灰或者高炉渣，按照污泥：粉煤灰或高炉渣质量比为10-20：1的比例混合；

3）造粒干燥，制作成粒径为3-5mm的颗粒，自然风干，或干燥器干燥，含水率降至10%以下；

4）将步骤3）干燥后的材料置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至500-700℃，烧制3-4h后，降温到25-27℃，即可得到污泥生物炭；

5）按碎石骨料体积的2-3%取废弃织物，用剪刀剪成条状；

6）将碎石骨料与条状织物混合均匀，得第一混合物；

7）加入第一混合物体积的2-3%的水，搅拌15-25s；

8）加入水泥和减水剂，搅拌80-100s，水泥用量为碎石骨料质量的20-30%，减水剂用量为碎石骨料质量的1-2%，得第二混合物；

9）加入第二混合物体积6-10%的水，搅拌80-100s，得混凝土；

10）将步骤4）制得的污泥生物炭与步骤9）制得的混凝土按照体积比1：2-5的比例装入磨具，加压成型，22-26h后脱模，养护10-28天，即得。

2.根据权利要求1所述的具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，所述的污泥脱水处理为加药处理或机械脱水处理，含水率低于80%即可。

3.根据权利要求1所述的具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，所述的淋洗剂为0.05-0.3mol/L草酸溶液、0.01-0.05mol/L乙二胺四乙酸溶液、0.05-0.2mol/L三氯化铁溶液、0.01-0.1mol/L腐殖酸溶液、0.01-0.1mol/L柠檬酸溶液中的一种或几种的组合；主要目的是活化或者螯合污泥中的重金属，使重金属与污泥不再紧密结合。

4.根据权利要求1所述的具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，所述的废弃织物为被抛弃的旧衣物或者布料。

5.根据权利要求1所述的具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，所述的减水剂为木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高高效减水剂、聚羧酸高效减水剂的一种。

6.根据权利要求1所述的具备高吸附性能的污泥生物炭透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）城市污水处理厂污泥或水体疏浚污泥经过脱水处理后，添加0.05mol/L乙二胺四乙酸溶液、0.1mol/L腐殖酸溶液，每1kg污泥中淋洗剂用量为2L，淋洗去除部分重金属；

2）板框压滤淋洗剂处理后的污泥，然后加入粉煤灰或者高炉渣，按照污泥：粉煤灰或高炉渣质量比为15：1的比例混合；

3）造粒干燥，制作成粒径为5mm的颗粒，自然风干，或干燥器干燥，含水率降至10%以下；

4）将步骤3）干燥后的材料置于热解装置内，在绝氧条件下，升温至600℃，烧制4h后，降温到27℃，即可得到污泥生物炭；

5）按7mm碎石骨料体积的2%取废弃织物，用剪刀剪成长5mm、宽2mm的条状；

6）将碎石骨料与条状织物混合均匀，得第一混合物；

7）加入第一混合物体积的2%的水，搅拌20s；

8）加入水泥和减水剂，搅拌90s，水泥用量为碎石骨料质量的25%，减水剂用量为碎石骨料质量的2%，得第二混合物；

9）加入第二混合物体积8%的水，搅拌90s，得混凝土；

10）将步骤4）制得的污泥生物炭与步骤9）制得的混凝土按照体积比1：2的比例装入磨具，加压成型，24h后脱模，养护28天，即得。