【摘要】： 城市生活污水處理將產(chǎn)生大量含水率非常高的污水污泥,已成為城市化快速發(fā)展過程中必須面臨的重大環(huán)境問題之一�，F(xiàn)有的污水污泥填埋、堆肥、焚燒等處置方式要么無害化不徹底,要么成本過高,難以處置排放量迅速增長的污水污泥,因此研究新的污水污泥資源化利用方式非常必要。本論文根據(jù)頁巖建筑材料對原材料的要求和燒制過程的特點(diǎn),將高含水率污水污泥與來源廣泛的頁巖進(jìn)行混合,以污水污泥中的水分作為頁巖建筑材料制品生產(chǎn)過程中必須外加的水分,同時利用污水污泥中有機(jī)物來補(bǔ)充頁巖建筑材料制品燒制過程中的熱值,使得污水污泥用于頁巖建筑材料制備具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保優(yōu)勢。 本文研究首先根據(jù)頁巖陶粒和燒結(jié)磚制備對于原材料的要求,選擇了不同處理工藝的污水處理廠經(jīng)過壓濾脫水后得到的高含水率污水污泥,研究了污泥粒徑分布范圍、化學(xué)與礦物組成等,并與頁巖進(jìn)行對比,還研究了污水污泥與頁巖混合后的塑性指數(shù),另外,還采用TG-DTA對污水污泥的熱值進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示污水污泥的化學(xué)、礦物組成與頁巖比較接近,顆粒非常細(xì)小,主要集中0.15mm以下,且具有較高的塑性指數(shù),與頁巖混合后可以明顯改善頁巖的塑性,適合頁巖陶粒的成球和頁巖燒結(jié)磚坯的制備,頁巖陶粒料球抗沖擊性能明顯增強(qiáng)。另外,污水污泥放熱量較大,在250℃~550℃的升溫過程放出熱量可超過3000J/g。 本文進(jìn)行了污水污泥頁巖燒結(jié)磚的研究,先固定污泥摻量,變化燒成溫度、升溫速率和保溫時間等因素,進(jìn)行實(shí)心和多孔污泥頁巖燒結(jié)磚的燒制。結(jié)果表明污泥摻量30%時可以燒制出體積密度1600 kg/m3左右,抗壓強(qiáng)度10MPa以上的實(shí)心磚,摻加污水污泥可明顯降低燒結(jié)磚的體積密度,但也同時增加燒結(jié)磚的收縮。通過測定不同污泥摻量和不同燒成溫度下的燒結(jié)磚收縮率變化,同時采用SEM進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析,結(jié)果表明污水污泥摻入后,較低溫度下頁巖燒結(jié)磚的微觀結(jié)構(gòu)從致密的塊狀轉(zhuǎn)為較為分散的層片狀結(jié)構(gòu),密實(shí)程度較低,隨著溫度升高到900℃時,顆粒堆積緊密程度明顯增加,但溫度過度升高則產(chǎn)生的液相完全浸潤包裹固體顆粒,微觀上表現(xiàn)為致密的板狀結(jié)構(gòu),宏觀上表現(xiàn)非常大的體積收縮。因此,污水污泥摻入后控制頁巖燒結(jié)磚的燒成溫度非常重要。對污水污泥頁巖磚性能分析還發(fā)現(xiàn)當(dāng)污泥摻量過高時會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的泛霜。 本文重點(diǎn)研究了污水污泥用于頁巖陶粒的燒制,通過改變污水污泥摻量、預(yù)熱溫度和時間、焙燒溫度和時間等因素,研究了陶粒的顆粒表觀密度、強(qiáng)度和吸水率等性能。結(jié)果顯示,污水污泥將明顯提高頁巖陶粒的燒脹性能,含水率80%左右的污水污泥摻量為20%~30%,燒脹溫度達(dá)到1150℃時,可獲得顆粒表觀密度500kg/m3左右的超輕陶粒。還進(jìn)一步研究燒制工藝參數(shù)對陶粒性能的影響,結(jié)果表明預(yù)熱時適當(dāng)降低溫度和縮短時間,焙燒時適當(dāng)提高溫度和延長時間有利于獲得輕質(zhì)污泥頁巖陶粒。 為了更好了解污水污泥在頁巖陶粒燒脹過程中的作用,本文還采用SEM、XRD、IR和TG-DTA手段,研究了摻加污水污泥的頁巖陶粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、礦物組成、Si-O四面體聚合度以及高溫焙燒熔融變化情況。結(jié)果顯示,污水污泥頁巖陶粒的主要礦物為α-石英(α-SiO2)、藍(lán)晶石(Al2O3·SiO2)及鈣長石(CaO·2Al2O3·2SiO2)等,隨著污水污泥摻量增加時,陶粒中Fe的價態(tài)由赤鐵礦(Fe2O3)向方鐵礦(FeO)轉(zhuǎn)變,反映了陶粒料球焙燒時還原環(huán)境的增強(qiáng),此時,陶粒礦物中的Si-O對稱伸縮振動波數(shù)降低明顯,Si-O四面體的聚合度明顯降低,架狀結(jié)構(gòu)的橋氧大量斷裂,從而表現(xiàn)為焙燒時陶粒的熔融溫度降低和熔融程度增加;污水污泥能促使陶粒內(nèi)部產(chǎn)生大量孔結(jié)構(gòu),污泥摻量過多時會出現(xiàn)孔結(jié)構(gòu)的連通和坍縮,隨預(yù)熱溫度提高,陶粒表層殼結(jié)構(gòu)增厚,焙燒溫度越高,焙燒時間越長,陶粒內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)尺寸變大,并逐漸由孤立到連通,最后合并成大孔。 本文最后研究了污水污泥中的重金屬在陶粒和燒結(jié)磚燒制過程中的揮發(fā)情況以及在使用過程中的浸出情況。考慮到污水污泥中重金屬可能的含量范圍,選取具有代表性的重金屬Zn、Cu、Cr、Pb、Ni,通過外摻重金屬化合物以擴(kuò)大污水污泥中的重金屬含量,研究最為不利條件下污水污泥頁巖建筑材料生產(chǎn)和使用過程中的環(huán)境特性。結(jié)果顯示,在相同燒成溫度下,與純污水污泥焚燒相比,污水污泥頁巖陶粒和燒結(jié)磚的重金屬揮發(fā)量明顯降低;另外,污水污泥頁巖陶粒和燒結(jié)磚中的重金屬浸出濃度都非常低,符合浸出毒性的安全標(biāo)準(zhǔn);相比而言,陶粒比燒結(jié)磚對污水污泥中的重金屬有更好的固化能力。 可以認(rèn)為高含水率的污水污泥與頁巖混合制備陶粒和燒結(jié)磚不僅可以充分消納污水污泥,還能提高頁巖建筑材料制品的性能,是污水污泥資源化最為有效和最為環(huán)保的技術(shù)途徑;本研究條件下,污水污泥用于燒制頁巖陶粒優(yōu)勢更為明顯。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703
【圖文】：

16圖1.2 污水污泥頁巖建筑材料技術(shù)方案Figure 1.2 Technical proposal for building material made of sewage sludge and shale重金屬病菌粘土質(zhì) 粘土質(zhì)頁 巖燒結(jié)、熔融(?

原狀污水污泥照片

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳偉;錢覺時;劉軍;謝從波;雷一楠;羅暉;;污水污泥頁巖燒結(jié)制品的重金屬固化與水環(huán)境浸出穩(wěn)定性[J];硅酸鹽學(xué)報;2012年10期

2 趙懷霞;楊雷;羅樹瓊;管學(xué)茂;;燒成溫度對污水處理用陶粒的性能影響[J];硅酸鹽通報;2015年02期

本文編號：2740360