CN102060560A

CN102060560A - 一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法

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Publication number: CN102060560A
Application number: CN2010105487398A
Authority: CN
Inventors: 高亮; 张曙光; 徐朝阳; 郝永俊; 韩檬; 杨健; 董楠; 董珂
Original assignee: TIANJIN BOHAI ENVIRONMENT PROTECTION ENGINEERING Co Ltd; TAIDA ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd TIANJIN
Current assignee: TIANJIN BOHAI ENVIRONMENT PROTECTION ENGINEERING Co Ltd; TAIDA ENVIRONMENTAL PROTECTION CO Ltd TIANJIN
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明公开了一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，属于固体危险废物处理处置和资源化利用技术。本方法将含水率为75％～85％的市政污泥与焚烧飞灰、膨润土按比例混合均匀；混合物挤压成型得到陶粒坯料；将坯料干燥一定时间；将坯料预热一定时间；将坯料高温焙烧一定时间；自然冷却至室温，即得陶粒产品。本发明采用湿态污泥(含水率为75％～85％的市政污泥)直接与其他原料混合后成型造粒，不仅避开了污泥干化这一难题，又利用湿态污泥的粘性方便成型造粒。本发明具有流程简单、投资少、运行费用低，生产的陶粒产品需求量大等优点，因而拥有较好的发展前景和推广价值。

Description

一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法

技术领域

本发明涉及固体危险废物处理处置和资源化利用技术领域，尤其是涉及一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法。

背景技术

随着人口的急剧增加和城市化进程的加快，我国城市生活垃圾产生量和市政污水的排放量与日俱增。据统计，我国城市居民人均日产生垃圾约1.2kg，并以每年8％～10％的速度递增，2005年城市生活垃圾产生量已达1.56亿吨，预计到2010年将达到3.1亿吨。统计数据显示，我国污水排放量由2001年的432.9亿吨增长到2006年的536.8亿吨，年增长率达到4.39％，其中市政污水排放量增长30.1％。

目前，城市生活垃圾的处理处置技术主要以卫生填埋、堆肥和焚烧为主。垃圾焚烧技术不仅能够大大降低垃圾的体积，而且产生的热量可用于发电或供热，因此焚烧已成为当前世界上垃圾处理处置的主要方式。焚烧飞灰是指垃圾、污泥等焚烧的烟气净化系统收集的残余物。经测定，焚烧飞灰常含有较高浸出浓度的铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)等重金属，以及高浓度的二恶英(PCDDs/PCDFs)。飞灰的处理处置方法主要有：水泥固化、沥青固化、熔融固化、化学药剂固化稳定化等。这些传统的方法都是将飞灰作为固体危险废物进行处理，不仅没有实现飞灰的资源化利用，而且大幅增加了飞灰的体积，加大了后续处置的难度。

随着国家对污水处理行业的日益重视，污水处理率不断提高，污泥产量也不断攀升。据统计，全国城镇污水处理厂产生干污泥约180万吨/年(含水80％污泥900万吨)。污泥中含有病原微生物、多种有机和无机污染物及重金属等，属于危险废物。目前主要的污泥处置技术包括卫生填埋、农林利用、焚烧等。污泥卫生填埋占地广，耗时长，渗滤液易污染地下水，而且填埋场还会产生甲烷气体，易引起爆炸和燃烧。污泥的农林利用要求对污泥进行无害化预处理。污泥焚烧则需要高昂的投资和运行成本，且焚烧易造成重金属随烟尘扩散污染空气。

由于传统的焚烧飞灰和市政污泥处理处置技术存在诸多缺点，已经不能满足环境标准的要求，因此科研工作者正在努力寻求更好的处理处置技术。天津泰达环保有限公司的高亮的ZL200610013336.7号“利用垃圾焚烧飞灰为原料的陶粒及其制备方法”的发明专利，为焚烧飞灰的处理处置和资源化利用提供了新的思路。清华大学的金宜英的ZL200710121297.7号“城市生活污水污泥烧结陶粒的方法”的发明专利，为市政污泥的处理找到了新方法。目前利用传统焙烧工艺生产的粘土陶粒由于受粘土矿物价格的影响其生产成本较高，因而限制了粘土陶粒的产量，也制约了建筑行业的发展。而伴随着我国建筑行业的快速发展，对于高性能的陶粒产品需求量巨大。因此制备陶粒是焚烧飞灰和市政污泥非常具有发展前景的一种处理处置及资源化利用方式，但是上述专利所述方法也存在处置对象单一，适用范围局限等问题。目前，利用污泥制备陶粒的方法主要采用干燥污泥作为原料，但是污泥干化的流程复杂、投资运行费用高昂，严重限制了该方法的普及和推广。

发明内容

本发明公开了一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，有效实现了两种危险废物的同步处理处置和资源化利用。本发明通过以下技术方案予以实现：

(1)将含水率为75％～85％的市政污泥与焚烧飞灰、膨润土混合，搅拌；

(2)将步骤(1)搅拌后的混合物挤压成型得到陶粒坯料；

(3)将步骤(2)所得坯料加热至烘干温度并保持一定时间；

(4)将步骤(3)所得坯料加热至预热温度并保持一定时间；

(5)将步骤(4)所得坯料加热至焙烧温度并保持一定时间；

(6)将步骤(5)所得产品自然冷却至室温，即得陶粒产品。

本发明中的焚烧飞灰是指在生活垃圾焚烧厂、医疗垃圾焚烧厂、污泥焚烧厂等烟气净化系统收集而得的残余物；本发明中的市政污泥是指城市生活污水处理厂、工业污水处理厂等产生的脱水污泥，其含水率一般为75％～85％。

市政污泥中有机成分含量较高，在高温条件下能够燃烧放热，因此提高市政污泥在混合物中所占的比例，可以起到降低焙烧温度的作用；市政污泥中的CaO、MgO、K₂O、Na₂O等助熔成分的含量与膨润土等助熔剂含量相当，因此提高市政污泥在混合物中所占的比例，可以起到降低助熔剂使用量的作用。但是污泥含水率对于成型的影响较大，因此必须控制市政污泥在混合物中所占的比例。本发明中市政污泥、焚烧飞灰、膨润土的质量比为(30～50)∶(6～10)∶(1～4)。

坯料成型压力太小会造成坯料松散，陶粒产品的抗压强度不能满足作为建筑材料使用的要求；坯料成型压力过大会造成坯料紧实，焙烧时间加长，生产成本增加。本发明中挤压成型的压力为5～7MPa。

坯料的干燥过程能够使水分溢出，防止坯料在预热过程因水分大量溢出而发生破裂。本发明中坯料干燥温度为100～110℃，干燥时间60～120min。

坯料的预热过程能够使有机成分从内部溢出，不仅能够防止坯料在高温焙烧阶段发生爆裂，而且陶粒产品内部形成大量微小气孔，具有轻骨料建材的优点。本发明中坯料预热温度为300～400℃，预热时间20～40min。

坯料的焙烧温度越高，焙烧保持时间越长，陶粒产品的性能越好，但是必须考虑产生高温的所需的成本问题。本发明中坯料焙烧温度为1050～1150℃，焙烧时间10～30min。

本发明具有的优点和积极效果是：有效实现了焚烧飞灰和市政污泥两种危险废物的同步减量化、无害化处理处置和资源化利用；采用湿态污泥(含水率为75％～85％的市政污泥)直接与其他原料混合后成型造粒，不仅避开了污泥干化这一难题，又利用湿态污泥的粘性方便成型造粒；坯料的预热有效防止了高温焙烧的爆裂现象，降低了次品率；通过高温焙烧彻底杀灭了污泥中的病原微生物，飞灰中的二恶英等也被完全分解；飞灰和污泥中的重金属被熔融固化在陶粒中，浸出浓度远远低于相关标准要求；生产的产品为轻质高强度陶粒，具有轻骨料建材的优点，建筑行业需求量大。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的焚烧飞灰来源于天津市双港垃圾焚烧发电厂烟气净化系统，其主要化学成分见表1。

表1 天津市双港垃圾焚烧发电厂焚烧飞灰的主要化学成分

化学成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	SO₃	Cl-	烧失量
											含量(％)	45.05	15.84	4.27	13.28	3.36	2.81	2.26	3.23	1.72	8.28

本实施例中的市政污泥来源于天津经济技术开发区污水处理厂脱水污泥，含水率为79.6％，其主要化学成分见表2。

表2 天津经济技术开发区污水处理厂脱水污泥的主要化学成分

化学成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	烧失量
									含量(％)	24.37	7.95	6.09	10.68	10.69	2.46	3.21	43.28

本实施例中使用的膨润土为粉末状，其主要化学成分见表3。

表3 膨润土的主要化学成分

化学成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	烧失量
									含量(％)	71.78	13.92	0.75	1.91	3.43	0.18	0.24	5.43

将脱水污泥、飞灰、膨润土按照质量比50∶7∶3混合均匀，然后用螺旋造粒机挤压成型；成型压力6.5MPa，得到直径约2cm，高约1cm的圆柱；成型后坯料经105℃干燥，干燥时间120min；经干燥的坯料加热至350℃预热，预热时间30min；经预热的坯料加热至1150℃焙烧，焙烧时间25min；冷却至室温即得陶粒产品A。

本实施例获得的陶粒产品呈铅灰色，其表面有一层致密的釉层，内部具有大量微小气孔，筒压强度5.91MPa，表观密度1.2g/cm³，吸水率12％，物理性能符合《轻集料及其试验方法》(GB/T 17431-1998)。采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(GB 5086.2-1997)处理陶粒样品，采用原子吸收分光光度法测试重金属浓度见表4。

表4 陶粒产品A的重金属浸出浓度

重金属种类	Cu	Zn	Pb	Cd	Cr	Hg
							浸出浓度(mg/L)	0.29	1.26	0.7	0.53	0.142	未检出
浸出标准(mg/L)	100	100	5	15	1	0.1

实施例2

本实施例中的市政污泥来源于天津市纪庄子污水处理厂脱水污泥，含水率为81.4％，其主要化学成分见表5。

表5 天津市纪庄子污水处理厂脱水污泥的主要化学成分

化学成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	烧失量
									含量(％)	20.75	7.10	8.55	4.19	3.42	1.33	0.68	52.98

本实施例中使用的膨润土为粉末状，其主要化学成分见表3。

将脱水污泥、飞灰、膨润土按照质量比15∶5∶2混合均匀，然后用螺旋造粒机挤压成型；成型压力6.5MPa，得到直径约2cm，高约1cm的圆柱；成型后坯料经105℃干燥，干燥时间180min；经干燥的坯料加热至350℃预热，预热时间30min；经预热的坯料加热至1100℃焙烧，焙烧时间25min；冷却至室温即得陶粒产品B。

本实施例获得的陶粒产品呈铅灰色，其表面有一层致密的釉层，内部具有大量微小气孔，筒压强度6.22MPa，表观密度1.3g/cm³，吸水率10％，物理性能符合《轻集料及其试验方法》(GB/T 17431-1998)。采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(GB 5086.2-1997)处理陶粒样品，采用原子吸收分光光度法测试重金属浓度见表6。

表6 陶粒产品B的重金属浸出浓度

重金属种类	Cu	Zn	Pb	Cd	Cr	Hg
							浸出浓度(mg/L)	0.13	0.87	0.1	0.28	0.045	未检出
浸出标准(mg/L)	100	100	5	15	1	0.1

本发明利用湿态污泥和焚烧飞灰制备陶粒，有效实现了两种危险废物的同步减量化、无害化处理处置和资源化利用。本发明流程简单、投资和运行费用低，生产的陶粒产品需求量大，具有较好的发展前景和推广价值。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：

(2)将步骤(1)搅拌后的混合物挤压成型得到陶粒坯料；

(3)将步骤(2)所得坯料加热至烘干温度并保持一定时间；

(4)将步骤(3)所得坯料加热至预热温度并保持一定时间；

(5)将步骤(4)所得坯料加热至焙烧温度并保持一定时间；

(6)将步骤(5)所得产品自然冷却至室温，即得陶粒产品。

2.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，市政污泥是指城市生活污水处理厂、工业污水处理厂等产生的脱水污泥，其含水率一般为75％～85％。

3.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，焚烧飞灰是指在生活垃圾焚烧厂、医疗垃圾焚烧厂、污泥焚烧厂等烟气净化系统收集得到的残余物。

4.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，市政污泥、焚烧飞灰、膨润土的质量比为(15～20)∶(4～5)∶(1～2)。

5.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，挤压成型的压力为5～7MPa。

6.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，坯料干燥温度为100～110℃，干燥时间120～180min。

7.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，坯料预热温度为300～400℃，预热时间20～40min。

8.根据权利要求1所述的一种利用湿态污泥与焚烧飞灰制备陶粒的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，坯料焙烧温度为1050～1150℃，焙烧时间10～30min。