污泥制輕質陶粒研究現狀及應用前景分析

陶粒,作為一種建筑用輕骨料,以其輕體、保溫、環保等特性受到了人們的極大重視。當前我國陶粒主要以粘土陶粒為主,而粘土原料的來源絕大部分取自于耕地,不符合可持續發展戰略。

因此以污水廠的污泥為主要原料,加以一定量的輔料、外加劑,經過脫碳和燒脹制成具有一定強度的輕質陶粒,可以大量的消耗脫水污泥,不但處理成本大大低于焚燒法,而且可以避免污泥二次污染,尤其符合我國固廢處理的無害化、減量化和資源化原則將有廣闊的發展前景。

1 輕質陶粒開發應用現狀

1.1輕質陶粒概述 輕質陶粒是陶粒中的一個品種,我國行業標準《超輕陶粒和陶砂》JC487-92將它定義為“堆 積密度不大于500kg/m3 的陶粒"。按其堆積密度分為200,300,400和500等4級。按其zui大粒徑分為10mm和20mm兩類。按其質量指標分為優等品(A)、一等品(B)和合格品(C)[2]。

輕質陶粒采用黏土、頁巖或粉煤灰為主要原料,通過回轉窯高溫焙燒,經膨化而成,是一種優良的混凝土輕骨料,由于其內部呈蜂窩狀結構,因而具有輕質、高強、導熱系數低、吸水率小等特點。

以它為原料制成的輕骨料混凝土空心砌塊、梁、板等已成為我國發展新型墻體材料、代替實心黏土磚的主導產品。其中“輕骨料混凝土空心砌塊"已列入科技部、財務部、國家稅務總局2000年9月15日發布的《中國高新技術產品目錄》中。

1.2污泥制陶粒國內外研究現狀

1.2.1國外研究現狀 近期,國外已有不少關于將污泥制成輕質建筑材料的報道。在日本,以燃燒過的污泥粉為主要原料,與污泥干粉或者粉煤等可燃性粉末,按需要的發熱量調配成混合料,加水造粒,在鏈式燒結機上燒成輕骨料。輕骨料的燒結溫度為1000～1100℃,燒結時間為25～30min。輕骨料的筒壓強度為3～4Mpa,吸水率為16%～18%。福航公司李聯盟介紹，在美國,NakouziS等人通過研究[3],發現回收或再利用染料污泥,將其轉變成制陶粒的制陶成分,代替了原有的土地填埋的處理方法,取得了一定經濟效益,并同時解決了污泥處置問題。

1.2.2國內研究現狀 20世紀90年代以來,我國學者也進行了大量污泥制輕質陶粒的研究,并取得了一定的成果。山東福航新能源環保股份有限公司采用城市污水廠污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質陶粒獲得成功，該企業以污泥為主要原料,摻以粘土和少量固體燃料研制生產出污泥陶粒,使污泥變廢為寶,有利于改善環境污染,具有較好的社會效益和經濟效益效益。

2 前景展望

2.1技術可行性分析

污水廠污泥是在一系列水處理工藝中從污水 中分離出來的生物固體。其無機成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3為主,類似粘土的主要成分。據福航公司李聯盟介紹，燒制陶粒時,原料的化學成分是致陶粒膨脹的主要因素。按其作用可分為3類:其一是成陶成分,有SiO2、Al2O3及Fe2O3,在原料中占3/4;其二是起助熔作用的熔劑氧化物,有Na2O、K2O、FeO、MgO等;其三是發氣物,在物料高溫時產生氣體,如H2O、O2、CO2、CO、H2等。經過上百件樣的試燒,不添加助脹劑的原料化學成分多在以下范圍(%):SiO2:48～68、Al2O3:12～18、Fe2O3:5～10、K2O+Na2O:2.5～7.0。原料的化學成分如能控制在上述 范圍內,多數料球都能燒脹。學者Riley在研究粘 土陶粒燒脹性時[8],發現在某溫度范圍內,當所用陶粒原料的化學成分處于某一范圍時,所得陶粒均具有良好的燒脹性。據此,他提出了用三元法表示原料化學成分的Riley三角形,并具體圈定形成適宜粘度的原料化學成分范圍%如圖2表示:適宜粘度的原料化學成分范圍為SiO2:53%～79%,Al2O3:10%～25%,Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等熔劑之和13%～26%[9]。

2.2經濟效益

以輕質陶粒代替礫石制成的超輕陶粒混凝土小型空心砌塊和隔墻板是性能優良的新型墻體材料,在建筑行業中有廣泛的應用。

根據測算,陶粒混凝土應用于高層建筑,可以減輕建筑物自重30%,減輕勞動強度20%,降低造價10%。云南省設計院曾對21M跨度的小型網架作過結構費用對比分析。當采用陶粒輕混凝土屋面板時網架自重比普通鋼筋混凝土材料減輕了1.78kg/m3,按網架造價5000元/t計算可減少網架結構費用8.9元/m3。工程應用結果表明,超輕陶粒應用于屋面其技術經濟指標較佳[10]。

2.3環境效益

以污水廠污泥制成輕質陶粒,變廢為寶,將大大減輕日益嚴峻的污泥處理問題。福航公司李聯盟介紹，在處理過程中,大量病原菌被高溫殺死,且重金屬固結在陶粒中,消除了污泥農用過程中,重金屬從農產品進入食物鏈,zui終進入人體,并在人體內富集的問題,避免了二次污染的產生,真正體現了固體廢物處理的無害化、減量化、資源化原則,環境效益顯著。

廣州綠燁環保設備公司