申请日2021.10.21
公开日期2021.12.21
IPC分类C04B38/00;C02F1/28;C02F101/20;C04B38/06;B01J20/30;C04B33/132;C04B33/135;B01J20/08;B01D39/06
摘要
本发明公开了一种一种生物质污泥陶粒、制备方法及应用，生物质污泥陶粒按重量百分比计，由以下原料组成：生物质原料31.5％～37.5％，粉煤灰10％～15％，绝干污泥47.5％～58.5％，所述粉煤灰为在1400～1600℃高温下烧结形成的Shell煤气化粉煤灰。本发明的生物质污泥陶粒以污水处理厂剩余污泥、生物质混烧灰、煤气化粉煤灰为原料，不仅可以有效地解决现有陶粒的原料来源问题，污泥处理问题，而且还使Shell煤气化粉煤灰得到了合理的利用。并且，本发明制备的生物质污泥陶粒，作为滤料处理工业废水吸水率高，筒压强度强，破碎率和损率低，孔隙率大、比表面积大，可以达到较好的吸附效果且耐压不易碎，适用于处理工业废水。
权利要求
1.一种生物质污泥陶粒，其特征在于，按重量百分比计，由以下原料组成：生物质原料31.5％～37.5％，粉煤灰10％～15％，绝干污泥47.5％～58.5％，所述粉煤灰为在1400～1600℃高温下烧结形成的Shell煤气化粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的一种生物质污泥陶粒，其特征在于，所述生物质原料为木屑或稻壳中的一种以上，所述污泥为市政污水处理厂产生的二沉污泥。
3.根据权利要求1所述的一种生物质污泥陶粒，其特征在于，生物质污泥陶粒的孔隙率为48.9％～49.4％，比表面积为18.5×104～18.7×104，吸水率为36.024％～37.003％，筒压强度为5.6Mpa～5.7Mpa。
4.权利要求1～3任意一项所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将城市污水处理厂的污泥完全烘干并充分破碎至小颗粒后过筛；
S2：将生物质原料完全烘干并研磨成粉末状后过筛；
S3：将步骤1所得污泥颗粒和步骤2所得的生物质粉末按比例混合均匀后过筛；
S4：将步骤3所得的混合物在700～850℃的马弗炉中加热2～3小时得到混烧灰；
S5：将步骤4所得混烧灰冷却至室温，并研磨过筛；
S6：将Shell煤气化粉煤灰完全烘干并研磨过筛；
S7：将步骤5所得混烧灰、步骤6所得粉煤灰、步骤1所得污泥颗粒按比例混合均匀并研磨过筛；
S8：将步骤7所得混合物加入造粒机制备成生料球，并将所述生料球烘干；
S9：将烘干后的生料球在马弗炉中高温焙烧得到生物质污泥陶粒。
5.根据权利要求4所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，步骤3中，污泥颗粒和生物质粉末的比例为：50～55:45～50。
6.根据权利要求4所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，步骤7中，混烧灰、粉煤灰、污泥颗粒的比例为：70％～75％：10％～15％：15％～20％。
7.根据权利要求4所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，在步骤8中，造粒过程中以水为粘接剂，造粒机转速为30～45r/min，造粒时间为5～10min。
8.根据权利要求4所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，在步骤9中，将生料球置于450～500℃的马弗炉中预热20～25min，然后升温至1100～1150℃焙烧，焙烧完成后保温10～15min。
9.根据权利要求4所述的一种生物质污泥陶粒的制备方法，其特征在于，步骤1～7中，过筛所用的筛网孔径为100～140目。
10.权利要求1～3任意一项所述的一种生物质污泥陶粒的使用方法，其特征在于，作为工业废水处理滤料，用于吸附工业废水中的重金属。
说明书
一种生物质污泥陶粒、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及污泥处理技术领域，具体涉及一种生物质污泥陶粒、制备方法及应用。
背景技术
随着城市化和工业化的迅猛发展，人口的不断增加，城市污泥总产量也急剧增加。城市污水处理中产生的污泥主要是固体废弃物，所述固体废弃物为由有机残渣、无机颗粒、细菌菌体及胶体等组成的极其复杂的非均质体。
目前国内外污泥处置的主要方式有填埋、焚烧、投海和土地利用等方法。虽然这些方法都能容纳大量的污泥，是污泥处置的有效途径，但也存在诸多问题。由于污泥中含有大量的有机物和大量的氮，磷等物质，如果排入水中，势必会导致水体中的氧的含量大量减少，从而引起水质恶化。除此之外，污泥中还有多种有毒物质，重金属和致病菌，寄生虫卵等有害物质。所以污泥的妥善处理，以便实现减量化、稳定化、无害化和资源化的目标。因此污泥的合理处理和处置，对可持续发展具有极大的意义。
Shell煤气化粉煤灰是在1400～1600℃的高温下烧结形成的，与普通燃煤电厂在1000℃左右产生的粉煤灰相比，前者的烧结程度更高，这直接导致了Shell煤气化粉煤灰难以进行资源化利用。由于壳牌煤气化粉煤灰在高温下烧结，烧结程度较高，微观形态与玻璃体相似。因为煤气化粉煤灰基本属于惰性物质，它的表面活性很低，缺少发达的孔道结构，所以也很难直接把Shell煤气化粉煤灰用作催化剂载体。Shell煤气化粉煤灰如何妥善合理地处置一直都是煤气化工艺中的亟待解决的问题。
陶粒作为一种建筑用轻骨料，以其轻体、保温、环保等特性受到了人们的极大重视。当前我国陶粒主要以粘土陶粒为主，而粘土原料的来源绝大部分取自于耕地，不符合可持续发展战略。
另外，工业废水包括生产废水、生产污水及冷却水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失污染物，由于工业废水中常含有多种有毒物质，会加剧环境污染，对人类健康有很大危害，因此要根据废水中污染物成分和浓度，采取相应的净化措施进行处置后，才可排放。目前，采用滤料吸附废水中重金属成为处理工业废水的重要手段。因此，开发一种经济实用、吸附效果好的滤料对本领域与重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种物质污泥陶粒、制备方法及应用，本发明以污水处理厂剩余污泥、生物质混烧灰、煤气化粉煤灰为原料制备生物质污泥陶粒，不仅可以有效地解决现有陶粒的原料来源问题，污泥处理问题，而且还使Shell煤气化粉煤灰得到了合理的利用。并且，将本发明作为滤料处理工业废水，可以有效地降低废水中的重金属含量。
本发明采用的技术方案是：
一种生物质污泥陶粒，按重量百分比计，由以下原料组成：生物质原料31.5％～37.5％，粉煤灰10％～15％，绝干污泥47.5％～58.5％，所述粉煤灰为在1400～1600℃高温下烧结形成的Shell煤气化粉煤灰。
优选所述生物质原料为木屑或稻壳中的一种以上，所述污泥为市政污水处理厂产生的二沉污泥。
优选生物质污泥陶粒的孔隙率为48.9％～49.4％，比表面积为18.5×104～18.7×104，吸水率为36.024％～37.003％，筒压强度为5.6Mpa～5.7Mpa。
上述任意一项一种生物质污泥陶粒的制备方法，包括以下步骤：
S1：将城市污水处理厂的污泥完全烘干并充分破碎至小颗粒后过筛；
S2：将生物质原料完全烘干并研磨成粉末状后过筛；
S3：将步骤1所得污泥颗粒和步骤2所得的生物质粉末按比例混合均匀后过筛；
S4：将步骤3所得的混合物在700～850℃的马弗炉中加热2～3小时得到混烧灰；
S5：将步骤4所得混烧灰冷却至室温，并研磨过筛；
S6：将Shell煤气化粉煤灰完全烘干并研磨过筛；
S7：将步骤5所得混烧灰、步骤6所得粉煤灰、步骤1所得污泥颗粒按比例混合均匀并研磨过筛；
S8：将步骤7所得混合物加入造粒机制备成生料球，并将所述生料球烘干；
S9：将烘干后的生料球在马弗炉中高温焙烧得到生物质污泥陶粒。
作为优选地，步骤3中污泥颗粒和生物质粉末的比例为：50～55:45～50。
作为优选地，步骤7中混烧灰、粉煤灰、污泥颗粒的比例为：70％～75％：10％～15％：15％～20％。
作为优选地，在步骤8中，造粒过程中以水为粘接剂，造粒机转速为30～45r/min，造粒时间为5～10min。
作为优选地，在步骤9中，将生料球置于450～500℃的马弗炉中预热20～25min，然后升温至1100～1150℃焙烧，焙烧完成后保温10～15min。
作为优选地，步骤1～7中的过筛所用的筛网孔径为100～140目。
上述任意一项的一种生物质污泥陶粒的使用方法，作为工业废水处理滤料，用于吸附工业废水中的重金属。
本发明的有益效果：
1、本发明采用污水处理厂的污泥为主要原料，经过高温烘干处理，得到污泥粉，再辅以干燥的稻壳粉和木屑粉制成混烧灰，混烧灰再与煤气化粉煤灰及污泥粉混合，经过造粒、干化、高温焙烧制得污泥陶粒，可以大量消耗污泥，且可固定住污泥中的大部分重金属元素，能有效防止重金属元素的浸出，可实现污泥的无害化和减量化。
2、污泥粉辅以干燥的稻壳粉和木屑粉制成混烧灰，污泥与生物质一起形成复合燃料，复合燃料中含有较多的Si和Al元素，这使得生物质混烧灰具有较高的火山灰活性。生物质混烧灰粒径较小，比表面积较大，相应的活性越大，也能够更容易得激发反应活性。生物质混烧灰与煤气化粉煤灰及干污泥混合造粒，污泥在陶粒烧制过程中作为发气剂，起到造孔的作用，煤气化粉煤灰中的不定形态物质丰富有利于降低陶粒烧成的温度。生物质混烧灰、粉煤灰及干污泥混合，使得陶粒内部形成了较为粗糙且密集的孔状结构，进一步增强生物质污泥陶粒对污水中重金属离子的吸附性能。
3、本发明以Shell煤气化粉煤灰为粘结剂，Shell煤气化粉煤灰的硅铝元素含量较高，与烧制陶粒所需的粘土成分相似，因此完全可以代替传统的粘土作为陶粒烧结的生料。本发明用煤气化粉煤灰代替传统烧制陶粒所需的粘土作为粘合剂，不仅实现了粉煤灰的资源化利用，而且还节省了制作陶粒的成本。
4、本发明在陶粒烧制过程中，污泥中的有机质和污泥灰渣中剩余的有机质灼烧放出气体，内部气体的逸出过程会使陶粒表面形成了许多小的微小气孔，这些气孔可以很大程度上提高陶粒的比表面积。孔间壁主要由烧结时形成的玻璃体与晶体矿物组成，孔间壁结构致密，这样的陶粒具有一定的强度同时又可以保证陶粒具有较大的比表面积和吸水率。本发明制备的生物质污泥陶粒具有吸水率高，筒压强度强，破碎率和损率低，孔隙率大、比表面积大，可以达到较好的吸附效果且耐压不易碎，适用于作为水处理滤料使用，实现污泥的资源化利用。
（发明人：石靖雯; 武克亮; 关晓琳; 王怀林）