CN108706950A - 一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，以污水处理厂的城市污泥为主要原材料，加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，经过发泡处理后，得到保温砖。为达到污泥的无害化处理，本发明对城市污泥进行了预处理，采用特制污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理，将硝态氮或者亚硝态氮转化为氮气；在反硝化处理后再在污泥中加入生石灰，主要作用是杀灭污泥中的各种病菌，同时可以提升污泥温度，蒸发水分，从而为后续降低含水率的脱水环节降低难度，节能降耗。本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖，在解决了城市污水处理厂污泥的处理难题的同时，保护了耕地资源，实现了污水处理厂污泥的无害化处理和循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及保温砖技术领域，尤其涉及一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
背景技术
污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理***的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。存在的主要环境问题如下：
(1)污泥含水率高。未脱水污泥含水率大于90％，初步脱水污泥含水率也高达80％，造成运输成本高、堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容，堵塞垃圾渗滤液管等问题；
(2)细菌滋生。不仅造成视觉污染，而且为其他有害生物的滋生提供了场所；
(3)大气污染。污泥堆放在露天散发出臭气和异味，日晒风刮，污染物颗粒会造成大气污染；
(4)污染水体。经水浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，进入地下水；
(5)含有重金属。如不加以控制，则可能污染土地。
将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水分，转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后，污泥含水率可降低到55-80％，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。污泥的进一步脱水则称污泥干化，干化污泥的含水率低于10％。脱水的方法，主要有自然干化法、机械脱水法和造粒法。自然干化法和机械脱水法适用于污水污泥。造粒法适用于混凝沉淀的污泥。
目前，我国城市污水处理厂普遍采用污泥脱水机进行脱水，形成含水率 75-80％的脱水污泥，目前的市污水处理厂脱水污泥处置方法中，污泥农用占 44.8％、陆地填埋占31％、其他处理约10.5％、没有处理约13.7％。
未来几年是我国污水处理市场的黄金时代，将建成上千座污水处理厂。每座污水处理厂每天要排放含水率约99.2％的剩余污泥数百乃至上万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。污泥处理技术包括了污泥的浓缩、脱水和干燥三方面的技术。国内现有的基本是污泥浓缩和脱水技术，污泥经浓缩和脱水后，一般含水率只能降低到80％左右，而发达国家正逐步要求污泥的含水率降低到20-30％。因此，高效、经济的污泥处理技术包括脱水和干燥技术将有巨大的市场。
随着污水处理率的提高，污泥产量也不断增加，污泥的处理处置问题愈加突出。全国城镇污水处理厂产生干污泥约180万t/年(含水80％污泥900万t)；预计未来五年内，每年将产生干污泥540万t(含水80％污泥2700万t)；现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。有些地方的污泥没有得到合理的处理和处置便直接排放，造成了严重的二次污染。专家认为，目前迫切需要制定和完善配套系列标准，如污泥资源化用途的肥料、建材、施工用土等有关标准，需要细致研究污泥的安全性问题等等。
污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面：
(1)减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；
(2)通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；
(3)达到污泥的无害化与卫生化；
(4)在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。
污泥稳定化处置以厌氧消化为主，发达国家广泛采用，欧美、日本、独联体等国家，用厌氧消化处理污泥占污泥量的一半以上。欧洲各个国家污泥处理方式所占比例，厌氧平均占58％，发达国家六十年代，对污水处理厂污泥处理处置***的装备已达到先进的成套产业化水平，如污泥消化***设备、污泥浓缩脱水设备、污泥干燥焚化设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥***装备以及污泥固化工业利用技术与设备，八十年代末又应用湿式氧化技术处置污泥。我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，八十年代中期建设城市大型污水厂，污泥处理也采用中温厌氧消化，引进先进技术的同时也引进了设备，尤其是借助国外贷款建设项目中，污泥处理***装备几乎全部需要进口。近十多年来，我国城市污水厂污泥处理技术和某些单项专用设备有较大发展，积累了中温厌氧消化技术的丰富经验，而在污泥处置和最终出路方面尚属试验研究阶段。
污泥无害化主要包括杀死虫卵，减少病菌和消除重金属的污染，后者只能从上游污染源的严格控制来解决，污泥处置和综合利用方法有填埋、焚烧、排海、制造建筑材料等途径。
据美国环保署估计，美国15300个城市污水处理厂中，年产干固体污泥769 万吨，45％的污泥用于农林业，21％进行填埋，30％用于投弃海洋。焚烧法由于能耗高，所以只占3％。原西德年产干污泥约200万吨，农田利用占32％，填埋占 59％，焚烧占8％。日本55％的污泥进行焚烧，35％的污泥进行填埋，约9％的污泥进行农田利用。污泥排海处置，由于对海洋越来越高的要求，许多国家已停止使用。污泥焚烧以日本、德国、奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通过焚烧无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高，但焚烧投资巨大，操作管理复杂，能耗和运行费均很高，近期内我国还不能全面推广采用。据报导，日本拟研究污泥焚烧后残渣融铸成块石堆砌的处置方法。总之，在大多数国家中，特别是发展中国家土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径，而随着可填埋范围的日益减少，土地利用将是一个主要的发展方向。我国是一个发展中的国家，又是一个农业大国，城市污水污泥的土地利用应是一项重要的途径。
随着社会发展，建筑节能的要求越来越高，相应地对建筑材料的保温和隔热功能要求也越来越高。轻质保温砖是一种体积密度低、气孔率高、导热率低的保温隔热材料，其低密度、低导热率的特点决定了它在工业窑炉应用上的不可替代性。根据国家建筑节能方面的有关要求，研制开发节能轻质保温砖具有十分重要意义。现在使用的轻质保温砖需要使用大量的耕地粘土，这不符合建立节约型社会的国家政策。故有必要研究一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
发明内容
本发明提出了一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法。
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1-2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
优选的，所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24-36h，搅拌速度为180-250rpm。
优选的，所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
优选的，所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
优选的，所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
优选的，所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65-80％、6-12％和余量。
优选的，所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2-0.5％。
优选的，所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥50-65％
水玻璃1-2％
复合填料12-20％
强化填料6-10％
发泡剂2-3％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
本发明的有益之处在于：
1、本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，以污水处理厂的城市污泥为主要原材料，加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，经过发泡处理后，得到保温砖。为了达到污泥的无害化处理，本发明对城市污泥进行了预处理，主要的处理方法包括：一是采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理，将硝态氮或者亚硝态氮转化为氮气；二是在反硝化处理后再污泥中加入生石灰，主要作用是杀灭污泥中的各种病菌，同时还可以提升污泥温度，蒸发水分，从而为后续降低含水率的脱水环节降低难度，节能降耗。
2、针对目前城市污泥中重金属含量较高，而大部分反硝化细菌对重金属的适应性较差的问题，本发明精选了对重金属耐受性非常好的一种厌氧反硝化细菌，并在混合菌剂中添加了耐重金属细菌，从而使混合菌剂有更好的普适性。
3、综上所述，本发明的以城市污泥为主要原材料的保温砖，在解决了城市污水处理厂污泥的处理难题的同时，保护了耕地资源，实现了污水处理厂污泥的无害化处理和循环利用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1.5h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为30h，搅拌速度为225rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为75％、8％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.35％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥60％
水玻璃1.5％
复合填料18％
强化填料8％
发泡剂2.5％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
实施例2
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为36h，搅拌速度为180rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为80％、6％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.5％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥50％
水玻璃2％
复合填料12％
强化填料10％
发泡剂2％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
实施例3
一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24h，搅拌速度为250rpm。
所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65％、12％和余量。
所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2％。
所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥65％
水玻璃1％
复合填料20％
强化填料6％
发泡剂3％
硅酸盐水泥余量。
所述的复合填料由粉煤灰和陶瓷废渣组成；所述强化填料由多晶莫来石纤维棉和短切玻璃纤维组成；所述复合发泡剂由二丁酸二辛酯磺酸钠、烷基聚葡糖苷、季戊四醇硬脂酸酯组成。
对比例1
将实施例1中的污泥处理菌剂替换为厌氧反硝化细菌单一菌种。
对比例2
将实施例1中的反硝化混合菌剂中的耐重金属细菌去除。
以下对实施例1-3和对比例1-2的反硝化处理效果进行对比测试，得到如下结果：
| 氨氮去除率％ | COD去除率％ | |
| 实施例1 | 98.4 | 95.2 |
| 实施例2 | 98.2 | 95.1 |
| 实施例3 | 98.2 | 94.8 |
| 对比例1 | 68.9 | 65.2 |
| 对比例2 | 74.6 | 71.4 |
由以上测试数据可以知道，本发明的污泥处理菌剂对污泥的处理效果非常好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将污水处理厂里的城市污泥进行浓缩，使其含水率控制在60-80％；
B、在搅拌条件下，采用特制的污泥处理菌剂对城市污泥进行反硝化处理；
C、加入生石灰，继续搅拌1-2h，然后对城市污泥进行脱水处理，将其含水率控制在30-40％；
D、在城市污泥中加入水玻璃、复合填料、强化填料、发泡剂和硅酸盐水泥，混合均匀，得到砖坯；
E、浇注入模，静停，硬化；拆模后，进行自然养护5-7日，得到保温砖。
2.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，在反硝化处理过程中，进行厌氧处理，反硝化处理时间为24-36h，搅拌速度为180-250rpm。
3.如权利要求2所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的厌氧处理方式为：在反硝化处理环境中通入氮气。
4.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中，所述的污泥处理菌剂，包括以下成分：厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌。
5.如权利要求4所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的厌氧反硝化细菌为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia)CM-NRD3，保藏编号为CCTCC No：M2012455。
6.如权利要求5所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的污泥处理菌剂中，厌氧反硝化细菌、产絮菌和耐重金属细菌的重量百分比分别为65-80％、6-12％和余量。
7.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤C中，生石灰的加入量为0.2-0.5％。
8.如权利要求1所述的以城市污泥为主要原材料的保温砖的制备方法，其特征在于，所述的步骤D中，所述的砖坯中，各原材料的重量百分比如下：
城市污泥 50-65％
水玻璃 1-2％
复合填料 12-20％
强化填料 6-10％
发泡剂 2-3％
硅酸盐水泥 余量。
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