一種超輕陶粒及其制備方法的研究

王云峰

（廈門市萬景霖科技有限公司，福建 廈門 361000）

1 背景技術(shù)

污泥是指用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法等處理廢水時(shí)產(chǎn)生的沉淀物、顆粒物和漂浮物。污泥一般指介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵輸送，但它很難通過沉降進(jìn)行固液分離。懸浮物濃度一般在1 %～10 %，低于此濃度常常稱為泥漿。由于污泥的來源及水處理方法不同，產(chǎn)生的污泥性質(zhì)不一，污泥的種類很多，分類比較復(fù)雜，目前，一般可以按以下方法分類：

（1）按污泥的來源分，主要分為給水污泥、生活污水污泥和工業(yè)廢水污泥三類。給水污泥是指城市生活用水的過濾、消毒過程中產(chǎn)生的污泥，其主要成分來源于城市給水原水所含顆粒、膠體和部分可溶性物質(zhì)，以無機(jī)物為主。生活污水污泥是指城市污水處理廠處理生活污水過程中產(chǎn)生的污泥，其主要成分為有機(jī)物。而工業(yè)廢水污泥是工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水處理時(shí)產(chǎn)生的污泥，以無機(jī)物為主，重金屬含量較高，且成分復(fù)雜，處理十分困難。

（2）按污泥的成分性質(zhì)分，可以分為有機(jī)污泥和無機(jī)污泥。以有機(jī)物為主要成分的稱為有機(jī)污泥，其主要特征是有機(jī)物含量高，易腐化發(fā)臭，比重較小，顆粒較細(xì)，含水率高，且不易脫水。它是呈膠狀結(jié)構(gòu)的親水性物質(zhì)，易用管渠輸送。其中往往還含有很多植物營養(yǎng)元素、寄生蟲卵、致病微生物及重金屬離子等。初次沉淀池、二次沉淀池的沉淀物均屬有機(jī)污泥。以無機(jī)物為主要成分的稱為無機(jī)污泥，又稱沉渣，其主要特性是顆粒較粗，比重較大，易于脫水，但流動(dòng)性差，不易用管渠輸送，也不易腐化。主要來自沉砂池、某些工業(yè)廢水的物理以及化學(xué)處理過程中的沉淀物。

（3）按污泥在不同的處理階段分，又可分為生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水干化污泥、干燥污泥以及污泥焚燒灰等。

（4）按水處理的階段分，還可分為初沉污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥與化學(xué)污泥 （深度處理污泥）等。

隨著各地城市污水處理設(shè)施的興建及污水處理率的提高，國內(nèi)污水廠污泥產(chǎn)量越來越大，且其成分相對(duì)于工業(yè)廢水污泥更為簡單，是國內(nèi)外在污泥無害化、資源化綜合利用領(lǐng)域的主要研究對(duì)象。污泥陶粒最早由Nakouzi S.等提出，是以污泥為主要原料，摻加適量輔料，經(jīng)過成球、焙燒而成的。由于陶粒密度小，內(nèi)部多孔，形態(tài)成分較均一，且具有一定強(qiáng)度和堅(jiān)固性，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍、抗震和良好的隔絕性等多功能特點(diǎn)，利用陶粒這些優(yōu)異的性能，可以將它廣泛應(yīng)用于建材、園藝、食品飲料、耐火保溫材料、化工、石油等部門。

國內(nèi)研究者對(duì)城市給水廠和生活污水處理廠污泥在陶粒制品方面的資源化利用技術(shù)已有較多報(bào)道，均不同程度涉及到配料種類、最佳配比、最佳燒成工藝、陶粒制品主要性能（堆積密度、筒壓強(qiáng)度、吸水率）等。

表1 （%）

2 制備內(nèi)容及方法

本發(fā)明的目的在于提供一種超輕陶粒及其制備方法。

所述超輕陶粒為堆積密度不大于500kg/m3的陶粒，粒徑為6～15mm。

所述超輕陶粒的制備方法包括以下步驟：

（1）將工業(yè)污泥、混合淤泥、廢石粉和添加劑混合，得混合物，按質(zhì)量百分比，由精對(duì)苯二甲酸沉淀污泥、海泥或混合淤泥、廢石粉和添加劑，按一定的配比制作

在步驟①中，所述工業(yè)污泥可為生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid，PTA）的沉淀污泥；所述混合淤泥為城市附近的江、河、湖、塘、池、溝、渠、水庫、碼頭及水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的淤泥的混合物；所述的海泥為某城市的海泥；所述廢石粉為石材加工產(chǎn)生的廢石粉；所述添加劑可選自鐵粉、粉煤灰等，所述鐵粉、粉煤灰。

（2）將混合物預(yù)熱；

在步驟②中，所述預(yù)熱的溫度為150℃，預(yù)熱的時(shí)間為2h。

（3）將預(yù)熱后的混合物焙燒，得超輕陶粒。

在步驟③中，所述焙燒的溫度可為1150～1200℃，焙燒的時(shí)間為4min。

精對(duì)苯二甲酸是化纖的上游產(chǎn)品，是生產(chǎn)滌綸短纖的主要原料，化纖則是紡織業(yè)的重要原料。精對(duì)苯二甲酸還是生產(chǎn)聚酯（PET）切片的原料，以聚酯切片為原料的滌綸纖維在目前化學(xué)纖維中使用量最大。精對(duì)苯二甲酸還應(yīng)用于容器、包裝材料、薄膜產(chǎn)品等領(lǐng)域。精對(duì)苯二甲酸的應(yīng)用比較集中，世界上90%的精對(duì)苯二甲酸用于生產(chǎn)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），其余用作聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）等其它聚酯樹脂或化學(xué)衍生物的原料。

由于生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid，PTA）的沉淀污泥是生產(chǎn)PTA產(chǎn)生的廢液殘?jiān)?，屬于危險(xiǎn)廢物。但是現(xiàn)有的PTA殘?jiān)奶幚砺蕵O低，因此造成大量的廢液殘?jiān)荒苓M(jìn)行焚燒或直接運(yùn)出填埋，企業(yè)急需能夠?qū)TA污泥減量化、無害化、資源化綜合利用的技術(shù)。

經(jīng)分析，PTA污泥的化學(xué)成分如表1所示，主要成分仍為無機(jī)物，但燒失量較高，說明PTA污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高。

采用本發(fā)明提供的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以PTA污泥為主要原料，輔以適當(dāng)?shù)钠渌淞希ň鶠楣腆w廢渣）和少量添加劑，不需添加任何化學(xué)試劑，采用燒成工藝，即可得到堆積密度≤500kg/m3的不同密度等級(jí)的超輕陶粒，該超輕陶粒是建筑節(jié)能墻體材料急需的輕質(zhì)骨料，市場前景廣闊。在1150～1200℃燒成溫度時(shí)，污泥中的有害重金屬得到固化，表2給出某省建筑工程檢測(cè)中心有關(guān)超輕陶粒主要環(huán)保指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明完全可以滿足PTA污泥減量化、無害化、資源化綜合利用要求。

表3

表4 （%）

3 具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

按質(zhì)量百分比，分別稱取工業(yè)污泥、海泥、粉煤灰，按工業(yè)污泥、海泥、粉煤灰按一定的配比混合并攪拌均勻，得生料球，生料球的含水量控制在20%～30%，生料球的直徑小于15mm。生料球在150℃的烘箱中烘干2h，將高溫爐的溫度升至1150～1200℃，將烘干后的生料球放入高溫爐進(jìn)行焙燒，4min后取出冷卻，制得堆積密度≤500kg/m3的不同密度等級(jí)的超輕陶粒，該超輕陶粒強(qiáng)度高、吸水率低?；旌嫌倌喔鶕?jù)陶粒高溫熔脹理論對(duì)原材料化學(xué)成分的要求進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，補(bǔ)充污泥中某種氧化物成分的不足。選用大理石類石材加工產(chǎn)生的廢石粉。生產(chǎn)過程充分節(jié)能，可采用稻谷加工企業(yè)產(chǎn)生的固體廢棄物谷殼代替優(yōu)質(zhì)煤氣化產(chǎn)生的清潔能源為陶粒煅燒燃料。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1類似，其區(qū)別在于，添加劑采用鐵粉，鐵粉的粒徑≤80目，混合淤泥采用城市附近的江、河、湖、塘、池、溝、渠、水庫、碼頭及水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的淤泥的混合物，工業(yè)污泥、混合淤泥、鐵粉按質(zhì)量百分比進(jìn)行混合。

實(shí)施例3

與實(shí)施例1類似，其區(qū)別在于，添加劑采用鐵粉，鐵粉的粒徑為≤80目，按質(zhì)量百分比，工業(yè)污泥、海泥、廢石粉、鐵粉的配比進(jìn)行混合

將所得的超輕陶粒進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

本發(fā)明的主要原輔材料均采用固體廢渣，表4給出所用主輔原材料的化學(xué)成分?；旌嫌倌喔鶕?jù)陶粒高溫熔脹理論對(duì)原材料化學(xué)成分的要求進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，補(bǔ)充污泥中某種氧化物成分的不足。選用大理石類石材加工產(chǎn)生的廢石粉，因廢石粉密度大，無塑性，會(huì)增加原料塑性造粒的難度，并增加陶粒的密度，一般超輕陶粒生產(chǎn)技術(shù)中不會(huì)選用石粉作為原料，本發(fā)明技術(shù)制得陶粒堆積密度可低至（300～350）kg/m3，為提高陶粒強(qiáng)度和密度，有意識(shí)地加入大理石類廢石粉，因大理石主要成分是碳酸鈣，碳酸鈣在900～1000℃會(huì)分解產(chǎn)生CO2氣體，在減輕石粉重量得同時(shí)，還能幫助陶粒膨脹。因此，本發(fā)明不宜使用花崗巖類廢石粉。

[1]林云琴，周少奇. 我國污泥處理、處置與利用現(xiàn)狀[J].能源環(huán)境保護(hù)，2004，18（6）：15-18。

[2]許韶波.城市生活污泥制取陶粒的研究[D].福州大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2004.

[3]杜欣，金宜英，張光明，王興潤，聶永豐.城市生活污泥燒結(jié)制陶粒的兩種工藝比較研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，1（4）：109-114.

[4]金宜英，杜欣，王志玉，王興潤，聶永豐.采用污水廠污泥制陶粒的燒結(jié)工藝及配方研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，2009，29（1）：17-21.