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污泥湿法制砖关键技术研究

污泥湿法制砖关键技术研究


高德明
【摘要】:随着城镇污水处理率的快速提升,污水处理后的污泥问题也随之而来。由于污泥中的成分极其复杂,传统的污泥填埋、污泥农用、污泥焚烧都无法彻底避免二次污染问题,急需一种既可资源化利用污泥又不会对环境造成二次污染的处置方法。污泥制砖是长期以来污泥资源化研究及应用的重点。但是总结发现,大多研究是利用干化污泥或污泥焚烧灰进行制砖,污泥干化和焚烧需要消耗大量的能量,不利于大规模污泥制砖厂的建设和推广。本文通过研究生活污泥、工业污泥的的理化特性;污泥湿法制砖的工艺参数以及工业污泥中的重金属通过高温焙烧后的稳定性。得出了如下结论:(1)污泥的理化性质:生活污泥含水率在80%-90%之间,污泥中主要成分是Al_2O_3、Fe_2O_3、SiO_2和CaO等矿物,与粘土成分相似,符合建材制砖的要求;干污泥的烧失量在600 g/kg左右,干污泥平均热值主要在14000 kJ/kg,燃煤的平均热值主要在22000kJ/kg,可替代制砖时添加的内燃剂;工业污泥中烧失量主要在120-300 g/kg之间,主要成分和生活污泥相似,不同种类的污泥热值不同,重金属含量很高。(2)湿污泥、粘土混拌技术研究。本文直接采用湿污泥与粘土混合进行制砖,通过500 r/min的小型搅拌机进行剪切、打碎、混匀,混合物的均匀度和塑形指数满足制砖坯要求。(3)湿污泥制砖砖坯水分调配。将含水率为80%的湿污泥与含水率8%的粘土混合制砖,当湿污泥掺量为20%时,混匀后的含水率为22.4%,经过短时间内陈化,混合料含水率可降到17%-20%,满足制坯水分要求;湿污泥最大掺量可添加到40%,混合后的含水率为36.8%,经过陈化60天,混合料含水率能降到18.4%,满足制坯要求。(4)湿污泥(含水率以80%计)最大掺量为40%时,转化为干污泥掺量为14%,以砖厂日生产30万块砖计算,日节煤57.75 t,日节水462.0 t,日节土115.50 t。(5)湿污泥制砖配方及制作工艺研究。以烧结砖抗压强度、吸水率为标准,研究了污泥掺量、成型压力、烧结温度和保温时间四个因素对砖体物理学性能的影响,在此基础上设计正交试验得到了湿污泥与粘土混合制砖的最佳条件,结果显示:污泥掺量25%,烧结温度1100℃,成型压力15 MPa,保温时间2 h时所制得的烧结砖抗压强度可达12.54 MPa、吸水率19.83%,满足国家三级砖标准。(6)工业污泥工艺参数研究。根据以上湿污泥制砖得到的最佳条件,利用工业污泥制砖。研究结论显示:工业污泥掺量最大可掺入50%,其抗压强度为14.38 MPa,吸水率为21.87%;但掺量全部是工业污泥时,烧结砖抗压强度高达24.59 Mpa,吸水率为13.96%。(7)工业污泥中重金属固化情况研究。本研究采用工业污泥掺量为30%进行制砖,通过模拟酸雨重金属浸出实验,以烧结砖在去离子水中的重金属浸出结果为对比,探究工业污泥中的重金属是否被完全固化。烧结砖在酸性溶液里(pH=5.6)浸出结果:Cu:0.234 mg/L、Zn:0.006 mg/L、Ni:未检出、Cd:0.021 mg/L、Cr:0.086 mg/L、Pb:0.065 mg/L;烧结砖在去离子水中的重金属浸出结果:Cu:0.198 mg/L、Zn:未检出、Ni:未检出、Cd:0.008 mg/L、Cr:0.057 mg/L、Pb:0.005 mg/L。通过对比,重金属在两溶液里的浸出结果相差不大,远低于国家标准,因此采用工业污泥制砖安全可靠。总之,采用湿污泥与粘土直接混合制砖,有效避免了污泥干法制砖的干化工艺和污泥干化后泥块的破碎工艺带来的能源消耗、粉尘污染和臭气扩散等弊端,同时又节约了水资源、粘土资源、煤炭资源。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X703

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