河道底泥污水污泥烧结制陶粒配方研究

[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:取自苏州直龙潭港河道底泥。水污泥:取自苏州直老污水处理厂,含水率约80～85%。粉煤灰:取自苏州直镇热电厂。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℃,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30min1075℃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

图1 各配方对比表面积的影响

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。

表1 各配方组料配比

(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。

图2 各配方对密度的影响

(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、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15 min,预热温度350℃,预热时间为20 min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:

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