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1、河道底泥污水污泥烧结制陶粒配方研究作者：张旭刘建国李中和冯戈 [摘要]本文以河道底泥、污水污泥和粉煤灰三种废物为原料探索制备陶粒,以废治废,对三种废物进行高效协同处理,不但有效地解决了三种废物的处理难题,而且实现了资源的循环利用,有很好的环境效益和经济效益。 [关键词]河道底泥污水污泥陶粒配方 本研究以苏州市甪直镇河道底泥和污水厂脱水污泥作为主要原料,添加少量的粉煤灰,用“干化-烧结”法探索利用河道底泥污水污泥制备陶粒,通过配方实验,以陶粒的吸水率、密度、比表面积、抗压强度为评价指标分析并确定了陶粒的最优配方。 一、材料与方法 1.试验原料 河道底泥:取自苏
2、州甪直龙潭港河道底泥。水污泥:取自苏州甪直老污水处理厂,含水率约80～85%。粉煤灰:取自苏州甪直镇热电厂。污水污泥30%～50%、粉煤灰10%～30%,在三角形ABC内进行试验布点设计各试验点的物料配比见表1。 2.试验步骤 污水污泥和河道底泥用烘箱在105℃烘干,然后用FW-100小型万能粉碎机粉碎。按表1中规定的比例将各试验点的物料混匀,其中污泥重量按干重计算,放在翻滚式振荡机上振荡30min,使物料混合均匀,然后使用769YP-24B粉末压片机成型,压力8.0MPa,保压30秒,得到直径2cm,高约1.5cm,重约6g的圆柱。预热温度定为350℃,烧结温度定为1075℃
3、,将该坯料放入SK2-6-12管式电阻炉中烧结,烧结升温程序为:350℃预热30min→1075℃焙烧10min→自然冷却。 二、结果与讨论 1.试验结果 陶粒的性能指标很多,本研究通过测试抗压强度、比表面积、密度三个指标来考察产品性能。采用“ZWICKZ005型电子万能材料试验机”测试产品抗压强度;密度通过测量产品尺寸来计算体积后计算。每批产品都取多个样品测试并取平均值。 滤料是生物膜的载体,它必须具有的基本性能是:表面粗糙,机械强度好,耐磨擦,破损率低比表面积大,密度适中分布和运行,以球状为最佳形状,水流阻力小,不易结球堵塞。 正交试验中采用以比表面积和堆积密
4、度为基本因素的综合指标来作为陶粒的考核指标。因此:综合指数=比表面积/堆积密度×1000,作为试验结果考核的考核指标,综合指数越大,试验效果越好。堆积密度值为密度的0.53倍计算得出。 2.辅料配方对产品性能的影响 (1)比表面积 2 各配方的比表面积值如图1所示。参考水处理人工陶粒滤料国家标准《CJ/T299-2008》,比表面积要大于0.5×104cm2/g,经过配方试验,15组配方试验中所有的陶粒样品均符合要求,经过测试,底泥的烧失率为13.5%,污水污泥的烧失率为59.14%,河道底泥和污水污泥中有机物的含量较高,在烧结过程中变成气体而在陶粒内部和表面形
5、成微孔,所以有机物含量大小对陶粒的比表面积和密度影响明显。 (2)密度 各配方的表观密度分布如图2所示。从上图中可以发现各个配方组分中密度差别不大,密度值在1.0～1.3g/cm3之间,并且其较高值分布与强度相似,烧结反应充分发生时,坯料中空隙减少而变得致密,密度也随之增大。密度增大会使陶粒产品的容重等级升高,不利于生产出轻骨料。 (3)抗压强度 各配方的抗压强度分布如图3所示。按照粉煤灰陶粒和陶砂标准《GB2838-81》,700级陶粒的抗压强度要求为4.0MPa,15组配比中5号、9号、12号、14号样品不足4.0MPa要求,其他均满足要求,并且1号、2号
6、、3号、4号样品远远超过这个数值,达到10MPa以上,产品拥有较好的抗压强度,说明此时配料发生了充分的烧结反应。 图3各配方对抗压强度的影响 经过对比分析,15号配方生产出来的陶粒综合指数最大,最终选择15号配方,即河道底泥:污泥:粉煤灰的比例为4:5:1,对此配方下烧结出来的陶粒产品进行性能测试,并参考GB/T17431-1998《轻集料及其试验方法》及CJ/T299-2008《水处理用人工陶粒滤料行业标准》,各性能指标均符合要求之规定。三、结论 对以河道底泥和污泥为原料,利用“干化-烧结”法,通过配比试验,在烧结温度为1075℃,烧结时间为15min,预热温度350℃,预
7、热时间为20min的烧结工艺条件下,河道底泥:污泥:粉煤灰的最佳质量比例为4:5:1,陶粒性能指标完全符合国标规定之要求,具有较好的应用前景和推广价值。 参考文献: [1]MartinMJ,ArtolaA,BalaguerDM,etal.ActivatedCarbonsDevelopedfromSurplusSewageSludgefortheRemovalofDyesfromDiluteAqueousSolutions[J].Chem.Eng.J.2003,
