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CN113461356B - 一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法 - Google Patents

一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，采用包括以下质量份的原料：干化污泥100份，工程渣土10～22份，石灰3～10份，激发剂1.5～5.0份，助磨剂0.15～0.50份；将干化污泥、工程渣土及石灰混合后进行焚烧获得焚烧灰渣，并对焚烧灰渣浸水急冷，最后通过加入激发剂与助磨剂粉磨制得本发明产品。本发明具有工艺简单、固废利用且产品活性高等优点，可解决污泥焚烧灰渣填埋处置占用土地且经济性差等缺点，所制备产品可作为水泥及混凝土的活性掺合料，具有良好的社会、环境及经济效益。

Description

一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法
技术领域
本发明属于污泥处理技术领域，具体涉及一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法。
背景技术
城市给排水设施在城市现代化进程的发展中起着举足轻重的作用，它是保护人类生存环境，提高人民物质生活水平的重要前提，是衡量现代化城市水平的重要标志之一。随着我国城镇化进程的不断推进，我国污水处理能力得到了快速提高，而在此过程中，污水处理厂污泥也同步大幅增加。污水处理厂污泥是经城市污水处理厂多级处理形成的含水率为75％～99％的流体状废弃物，呈黑色或黑褐色，水分和有机物含量很高，易腐败产生刺鼻恶臭味，此外污泥还含有大量的病原体、寄生虫卵、重金属和多种有害的有机污染物。截至2019年6月底，全国设市城市累计建成污水处理厂5500多座，污水处理能力达2.1亿立方米/日，年产生含水量80％的污泥5000多万吨(不含工业污泥4000多万吨)，这些体量庞大的污泥因含水率高、组分复杂且存在污染风险等特点而难以直接利用，目前多以填埋处置为主，不仅占用大量土地资源，还极易造成二次污染。
针对我国水处理行业目前“重水轻泥”的现状，国家及地方相继发布相关规定以推进污泥的减量化、无害化及资源化处理处置水平。其中，污泥焚烧作为一种污泥热处理技术，具有减量化程度高且能源可回收利用等优点，对于土地资源紧缺的城市而言较为适宜。但焚烧后仍有近焚烧量10％的灰渣产生，这些灰渣目前仍以填埋处置为主，仅少量作为原料用于建材产品中。不过，由于其较低的活性，污泥焚烧灰渣在建材中的掺入比例极低(通常少于10％)，因此资源化利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高污泥焚烧灰渣活性的制备方法，主要通过污泥与渣土协同调质，提高焚烧灰渣中的活性组分，并通过粉磨与化学激发等改性处理方法，制备活性掺合料。
本发明的一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其采用包括以下重量份的原料及工艺制成：
干化污泥：100份；
工程渣土：10～22份；
石灰：3～10份；
激发剂：1.5～5.0份；
助磨剂：0.15～0.50份；
所述污泥协同渣土制备活性掺合料的方法具体包括如下步骤：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为700～850℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，并按配方量加入激发剂及助磨剂，粉磨至物料比表面积不小于480m2/kg，即得本发明产品。
所述步骤(2)将出炉后焚烧灰渣立即倒入水中急冷可显著提高灰渣中无定形组分含量，同时灰渣中的石灰遇水形成碱液，并在负压作用下迅速进入灰渣内部多孔结构中，进一步提高焚烧灰渣的活性。
所述步骤(3)中添加助磨剂可提高粉磨效率，并在粉磨过程释放焚烧灰渣内部更多的活性位点，激发剂与焚烧灰渣充分接触，提高焚烧灰渣表面活性位点处的激发组分含量，以提高粉磨后产物的整体活性。
如所述的污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，所述干化污泥为污水处理厂污泥脱水干化后粒料，可改善焚烧效果，提高焚烧温度。
如所述的污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，所述工程渣土为塑性指数大于18的黏土，其质量份为烘干样，与污泥混合焚烧可实现调质效果，且高温焚烧可增加黏土中的活性组分。
如所述的污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，所述石灰为钙质石灰，其氧化钙与氧化镁总含量不低于70％，在焚烧过程中可提高污泥焚烧灰渣与烧黏土的活性，并一定程度降低烧成温度，降低能耗。
如所述的污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，所述激发剂为脱硫石膏与氯化钙的混合物，两者质量比为60～75：40～25。
如所述的污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，所述助磨剂为三乙醇胺、三异丙醇胺或丙三醇中的一种，所述助磨剂的溶液浓度为10％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)在不显著改变污泥焚烧工艺及设备的前提下，显著提高污泥焚烧灰渣中的活性组分含量；
(2)利用助磨剂提高粉磨效率，降低粉磨能耗，同时添加化学激发剂，进一步提高粉磨产物活性，所制得产品可作为水泥混凝土的活性掺合料使用，提高产品附加值及资源化利用率；
(3)本发明所用原材料多为固体废弃物，且制备工艺简单，所得产品可用于建材制备领域，推广应用价值高。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。
本发明的一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其采用包括以下重量份的原料及工艺制成：
干化污泥：100份；
工程渣土：10～22份；
石灰：3～10份；
激发剂：1.5～5.0份；
助磨剂：0.15～0.50份；
污泥协同渣土制备活性掺合料的方法具体包括如下步骤：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为700～850℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，并按配方量加入激发剂及助磨剂，粉磨至物料比表面积不小于480m2/kg，即得本发明产品。
步骤(2)将出炉后焚烧灰渣立即倒入水中急冷可显著提高灰渣中无定形组分含量，同时灰渣中的石灰遇水形成碱液，并在负压作用下迅速进入灰渣内部多孔结构中，进一步提高焚烧灰渣的活性。
步骤(3)中添加助磨剂可提高粉磨效率，并在粉磨过程释放焚烧灰渣内部更多的活性位点，激发剂与焚烧灰渣充分接触，提高焚烧灰渣表面活性位点处的激发组分含量，以提高粉磨后产物的整体活性。
在本案的优选实施例中，干化污泥为污水处理厂污泥脱水干化后粒料，可改善焚烧效果，提高焚烧温度。工程渣土为塑性指数大于18的黏土，其质量份为烘干样，与污泥混合焚烧可实现调质效果，且高温焚烧可增加黏土中的活性组分。石灰为钙质石灰，其氧化钙与氧化镁总含量不低于70％，在焚烧过程中可提高污泥焚烧灰渣与烧黏土的活性，并一定程度降低烧成温度，降低能耗。激发剂为脱硫石膏与氯化钙的混合物，两者质量比为60～75：40～25。助磨剂为三乙醇胺、三异丙醇胺或丙三醇中的一种，助磨剂的溶液浓度为10％。
以某污水处理厂干化污泥为原料，开展如下实施例：
实施例1
一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其原材料质量份如下：
干化污泥：100份；
工程渣土：10份；
石灰：3份；
激发剂：1.5份；
助磨剂：0.15份；
污泥协同渣土制备活性掺合料应按如下步骤进行：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按上述配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为700℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，按配方量加入激发剂与助磨剂，粉磨至物料比表面积达485m2/kg。
其中，工程渣土塑性指数为19.6，钙质石灰中氧化钙及氧化镁总含量为82％，激发剂按脱硫石膏与氯化钙质量比为60：40进行配制，助磨剂选用10％浓度的三乙醇胺溶液，最终所得产品积为S1。
实施例2
一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其原材料质量份如下：
干化污泥：100份；
工程渣土：16份；
石灰：7份；
激发剂3.3份；
助磨剂：0.29份；
污泥协同渣土制备活性掺合料应按如下步骤进行：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按上述配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为800℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，按配方量加入激发剂与助磨剂，粉磨至物料比表面积达536m2/kg。
其中，工程渣土塑性指数为21.3，钙质石灰中氧化钙及氧化镁总含量为76％，激发剂按脱硫石膏与氯化钙质量比为68：32进行配制，助磨剂选用10％浓度的丙三醇溶液，最终所得产品积为S2。
实施例3
一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其原材料质量份如下：
干化污泥：100份；
工程渣土：20份；
石灰：10份；
激发剂4.2份；
助磨剂：0.43份；
污泥协同渣土制备活性掺合料应按如下步骤进行：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按上述配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为850℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，按配方量加入激发剂与助磨剂，粉磨至物料比表面积达513m2/kg。
其中，工程渣土塑性指数为18.9，钙质石灰中氧化钙及氧化镁总含量为79％，激发剂按脱硫石膏与氯化钙质量比为75：25进行配制，助磨剂选用10％浓度的三异丙醇胺溶液，最终所得产品积为S3。
实施例4
一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其原材料质量份如下：
干化污泥：100份
工程渣土：22份
石灰：10份
激发剂5.0份
助磨剂：0.50份
所述污泥协同渣土制备活性掺合料应按如下步骤进行：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按上述配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为750℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，按配方量加入激发剂与助磨剂，粉磨至物料比表面积达556m2/kg。
其中，工程渣土塑性指数为27，钙质石灰中氧化钙及氧化镁总含量为73％，激发剂按脱硫石膏与氯化钙质量比为72：28进行配制，助磨剂选用10％浓度的三乙醇胺溶液，最终所得产品积为S4。
测试实施例
对实施例1～4的四组产品进行活性指数测试，并与市售一级粉煤灰进行对比，试验方法参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB 1596-2017中有关规定执行，即选用42.5强度等级的硅酸盐水泥，ISO标准砂，按规定配比进行胶砂试件成型，标准养护28d后进行抗压强度测试，并以试验组与对照组的强度比作为活性指数，具体试验配比及测试结果如表1所示。
表1实施例产品活性指数试验对比
Figure GDA0003241632360000061
注：S-0～S-4所用试验样品分别为市售一级粉煤灰、S1、S2、S3及S4。
由表1可知，实施例1～4产品活性指数远高于市售一级粉煤灰，掺加S3及S4两种产品的胶砂28d强度甚至高于基准组。由此表明，按上述公开的配方量及制备工艺可实现污泥协同渣土制备活性掺合料的目标。
本发明对传统污泥焚烧工艺进行改进，并对焚烧灰渣进行粉磨、激发等改性处理，可显著提高焚烧灰渣的活性，所制备的发明产品可作为活性掺合料使用，进而显著提高其资源化利用率及经济效益。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其特征在于，采用包括以下质量份的原料制成：
干化污泥：100份，所述干化污泥为污水处理厂污泥脱水干化后粒料；
工程渣土：10～22份，所述工程渣土为塑性指数大于18的黏土，其质量份为烘干样；
石灰：3～10份；
激发剂：1.5～5.0份；
助磨剂：0.15～0.50份；
所述污泥协同渣土制备活性掺合料的方法具体包括如下步骤：
(1)焚烧活化：将干化污泥、工程渣土及石灰按配方量进行混合均匀，在焚烧炉中进行焚烧，焚烧温度为700～850℃；
(2)灰渣急冷：将步骤(1)焚烧所得的灰渣出炉后立即倒入水中进行急冷，随后过滤并沥干；
(3)粉磨制备：将步骤(2)沥干后物料加入球磨机中，并按配方量加入激发剂及助磨剂，粉磨至物料比表面积不小于480m2/kg。
2.根据权利要求1所述污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其特征在于，所述石灰为钙质石灰，其氧化钙与氧化镁总含量不低于70％。
3.根据权利要求1所述污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其特征在于，所述激发剂为脱硫石膏与氯化钙的混合物，两者质量比为60～75：40～25。
4.根据权利要求1所述污泥协同渣土制备活性掺合料的方法，其特征在于，所述助磨剂为三乙醇胺、三异丙醇胺或丙三醇中的一种，所述助磨剂的溶液浓度为10％。
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