申请日2017.02.28
公开(公告)日2017.07.07
IPC分类号C04B38/10; C04B38/08; C04B33/132; C04B33/13; C04B28/00; B01J20/02
摘要
本发明公开了一种利用剩余污泥制备泡沫混凝土用泡沫液和具有吸附重金属功能的水处理用多孔陶瓷滤料的方法。其涉及剩余污泥的综合利用和水处理材料的制备。包括如下步骤：(1)取新鲜的剩余污泥，加入硫酸溶液和纳米钛酸钙粉体，搅拌反应，再加入硅藻土，加热反应，固液分离，得到液体A和固体A;(2)于固体A中加入氢氧化钠溶液，加热反应，固液分离，得到液体B和固体B，将液体A和液体B混合，调整pH值为5‑8，固液分离，得到固体C和泡沫液;(3)将固体B和固体C球磨，混合，成型，干燥，煅烧，即可得到多孔陶瓷材料，可用作重金属吸附剂或具备吸附重金属功能的陶瓷滤料。本发明工艺简单，稳定性好，处理和利用剩余污泥的同时，得到了泡沫液和陶瓷滤料，成本低，无二次污染，具有良好的经济效益和环境效益。
权利要求书
1.一种利用剩余污泥制备泡沫液和多孔陶瓷滤料的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80-95%，按照质量比污泥:硫酸溶液:纳米钛酸钙为1:0.5-2:0.01-0.2的比例，取污泥、硫酸溶液和纳米钛酸钙混合，其中硫酸溶液的浓度为0.1-1mol/L，搅拌反应20-60min，再加入污泥质量的10%-50%的硅藻土，搅拌均匀，加热保持微沸反应15-60min，冷却到室温，静置反应12小时后，固液分离，得到液体A和固体A，备用;
(2)将固体A水洗至中性，加入固体A质量的1-2倍的浓度为0.01mol/L-0.5mol/L的氢氧化钠溶液，混合均匀，加热保持微沸15-60min，冷却到室温，静置反应12h以上，固液分离，得到液体B和固体B，将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，调整pH值为5-8，静置12h以后，固液分离，得到固体C和泡沫混凝土用泡沫液;
(3)将步骤2中得到的固体C和固体B混合，球磨0.5-6h，混合均匀，调整含水率，成型，105℃干燥，于烧成温度为950-1300℃下煅烧，即可得到多孔陶瓷滤料。
2.根据权利要求1所述的一种利用剩余污泥制备泡沫液和多孔陶瓷滤料的方法，其特征在于：步骤三煅烧升温程序为：以3℃/min的升温速度升到300 ℃, 并在此温度下保温30min，再以5℃/min的速度继续升温到烧成温度，并在烧成温度下保温20-60min。
说明书
一种利用剩余污泥制备泡沫液和多孔陶瓷滤料的方法
技术领域
本发明属于环境技术和建筑材料领域，具体涉及一种利用剩余污泥制备泡沫混凝土用泡沫液和具有吸附重金属功能的多孔陶瓷滤料的方法。
技术背景
污水处理厂在生化法处理废水的同时会产生大量的剩余污泥，污泥中含有大量有毒有害物质，必须及时的处理处置。目前，对于剩余污泥的处理和处置方法主要有填埋、焚烧和堆肥等。填埋法需要大量的土地，同时也存在着安全隐患;焚烧法能耗高，易产生二噁英等有害废气;而堆肥时污泥中的有害物质不能彻底去除，这些有害物质进入环境生态系统，对生物造成危害。污泥的资源化利用是最理想的方案，目前已经有很多报道，如利用污泥提取蛋白质，制备蛋白质发泡液(相玉琳，60Co C-ray/H2O2 法与化学法对污泥蛋白发泡液性能的改善研究，天津大学，硕士论文，2011年;李亚东，用污泥水解蛋白质生产泡沫混凝土的方法，发明专利， CN 100441545C;污泥蛋白提取资源化技术研究进展，唐霞 等，广东化工，2013.12:97);将污泥作为一种成分添加烧制建筑用砖，制水泥，制陶瓷和制备活性炭等(李鸿江 等，污泥资源化利用技术，冶金工业出版社，2010年;周中德，发明专利，污泥环保砌块，授权公告号 CN 102627433 B)。提取污泥中的蛋白质制备发泡剂主要采用酶催化水解法，酸高压热催化水解法和碱高压热催化水解法等。这些方法中，酶法成本高，酸或碱热解法都需要高温和高压条件，这在实际应用中成本高，对设备工艺要求高，而且水解后还会产生大量的固体废弃物，还需进一步处理。在烧制水泥、制砖和烧制陶粒应用技术中，都是将干缩污泥直接加入，这样受产品有害物质限量的影响，使用过程中污泥的添加量有限，而且污泥中有用的蛋白质类物质直接烧掉，没有得到利用。梁林华和梁彬采用生石灰改性污泥，直接与水泥混合，加入发泡剂，制备污泥发泡轻质混凝土(发明专利：ZL200810171725.1，污泥处理方法和该方法生产的污泥发泡轻质混凝土及用途)。该方法虽然综合利用了污泥制备了轻质发泡混凝土，但是该方法需要额外添加发泡剂，成本高;而且，污泥成分复杂，杂质未去除，会影响混凝土的强度和耐久性;同时污泥中的重金属等有害物质未去除、也未很好地固化，混在混凝土中，随着混凝土材料的风化脱落和日后的拆除，会进入环境，存在严重的环境污染风险。
在现有的生物滤池使用的滤料中，陶粒滤料具有微孔丰富、比表面积高、挂膜性能好和截污能力强等优点，越来越受到业界的重视。目前，陶粒滤料主要包括黏土陶粒滤料、页岩陶粒滤料、粉煤灰陶粒滤料和污泥陶粒滤料等。这些陶粒滤料，烧制材料都使用粘土等不可再生资源作为粘合剂;虽然污泥陶粒滤料能够利用一部分污泥，但是添加的污泥量有限。同时，在水处理实践过程中，很多时候废水中重金属与有机物同时存在，生化法虽然能很好地去除有机物，但是对重金属的处理能力有限，一般还需要进一步处理重金属，制备一种具有吸附重金属功能的陶瓷滤料即可解决这一问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用剩余污泥制备泡沫液和具有吸附重金属功能的多孔陶瓷滤料的方法。本发明利用污泥制备出泡沫混凝土用泡沫液和多孔陶瓷滤料，成本低，有利于环境综合治理，且有显著的经济和社会效益。
采用的技术方案是：
一种利用剩余污泥制备泡沫液和多孔陶瓷滤料的方法，包括下述步骤：
1)、取新鲜的剩余污泥，调整含水率80-95%，按照质量比污泥:硫酸溶液:纳米钛酸钙为1:0.5-2:0.01-0.2，取污泥、硫酸溶液和纳米钛酸钙，并混合，硫酸溶液浓度为0.1-1mol/L，搅拌反应20-60min，再加入污泥质量的10%-50%的硅藻土，搅拌均匀，加热保持微沸反应15-60min，冷却到室温，静置反应12小时后，固液分离，得到液体A和固体A，备用;
2)、将步骤1得到的固体A水洗至中性，加入固体A质量的1-2倍的浓度为0.01mol/L-0.5mol/L的氢氧化钠溶液，混合均匀，加热保持微沸15-60min，冷却到室温，静置反应12h以上，固液分离，得到液体B和固体B，将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，调整pH值为5-8，静置12h以后，固液分离，得到固体C和泡沫混凝土用泡沫液;
3)、将步骤2中从液体A和液体B混合液中分离出来的固体C和步骤2中得到的固体B混合，球磨0.5-6h，混合均匀，调整含水率，成型，105℃干燥，于烧成温度为950-1300℃下煅烧，煅烧升温程序为：以3℃/min的升温速度升到300 ℃, 并在此温度下保温30 min，再以5℃/min的速度继续升温到烧成温度，并在烧成温度下保温20-60min。即可得到多孔陶瓷滤料，可用作重金属吸附剂或具备吸附重金属功能的陶瓷滤料。
上述步骤二中调整pH值为5-9时，用到的酸为硫酸溶液，用碱为氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液中的一种或两种。
本发明的优点：
本发明无害化综合利用城市污水处理厂剩余污泥的同时，得到了廉价的泡沫混凝土用泡沫液和具有吸附功能的多孔陶瓷滤料，过程中无需添加粘结剂，成本低，工艺简单，无二次污染，具有良好的经济效益和环境效益。