專利名稱：一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法
技術領域：
本發明涉及一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法。
背景技術：
利用固體廢棄物燒制普通陶粒或輕質陶粒，是近年來快速發展的一門技術。可供利用的固體廢棄物包括粉煤灰、工業污泥、礦渣、爐渣、污水污泥、河道淤泥等等，但以自來水廠脫水污泥為主要原料燒制陶粒的研究還很少見。來源于自來水廠或污水廠的固體廢棄物主要是以下幾種以地表水為水源的城市自來水廠，在生產自來水的過程中會產生大量污泥，污泥含有大量SS (懸浮固體)和從原水中去除的有機污染物，直接排放會對受納水體造成污染。 近年來我國各大中城市環保部門均要求自來水廠實施污泥處理，污泥處理后產生泥餅的處置目前仍是一個沒有很好解決的難題。城市污水處理廠同樣會產生大量富含有機質的生物污泥，污水污泥的處置目前在我國也是一個難題。目前污水污泥處置通常有焚燒、填埋及堆肥等幾條技術路線。例如上海石洞口污水處理廠產生的污泥就全部進行焚燒處置，但污泥焚燒后仍然會產生灰分，依然存在處置的問題。自來水廠污泥無論從化學組成成分還是顆粒粒徑分布來看，都近似于粘土或亞粘土，可以作為粘土資源加以利用。污水廠污泥含有大量有機物、少量礦物質元素。污水污泥焚燒灰均為礦物質成分，其中含有一定量的鐵質元素，可作為焙燒陶粒時形成外層熔融包覆材料的原料。以上三種固體廢棄物均在單獨處置方面存在困難，但它們都可以作為變廢為寶的替代資源而越來越受到人們的關注，將它們按一定比例進行配比燒制具有廣泛用途的輕質陶粒應用于建材行業，符合我國固體廢物處置的無害化、減量化和資源化原則，將有廣闊的發展前景。利用固體廢棄物燒制陶粒，通常需要原料配比和預處理、制球造粒、預熱和焙燒這幾道工序。原料的種類和配比決定了料球的化學成分組成，直接影響燒成陶粒的產品性能，預處理包括原料的磨細、均化等，也在一定程度上決定陶粒的質量。焙燒溫度的范圍也很重要，通常一個陶粒原料配比要實現燒制陶粒的生產應用，要求陶粒的燒成溫度范圍要 ^ 75°C，這樣才能保證生產窯爐控制的靈活性，確保燒成陶粒的質量符合產品質量要求。在申請號為200410093930. 2中公開了《一種用給水廠和污水廠污泥制備輕質陶粒的方法》，該專利申請中以自來水廠和污水廠污泥為原料，且兩種原料重量配比為水廠污泥70% 100% ；污水廠污泥0% 30% ；預熱溫度和時間條件為300°C 500°C，10 30min ；焙燒溫度和時間條件為1130°C 1170°C，5 15min。雖然該技術在理論上可以制備出陶粒，但是，由于陶粒焙燒溫度在1130°C 1170°C之間，溫度范圍只有40°C，因此，較難在生產上實現應用，從而造成難以確保燒成陶粒的質量符合產品質量要求的問題。
發明內容
為了解決上述現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，在得到性能優良的輕質陶粒甚至超輕陶粒以應用于建材行業的同時，不僅可以處置大量的自來水廠脫水污泥，還可以適量處置污水廠污泥及污水廠污泥焚燒產生的灰分，實現這三種廢棄物的資源化綜合利用。本發明所述的一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，包括原料配比步驟、均化步驟、造粒成球步驟、預熱步驟、焙燒步驟和冷卻步驟，在所述原料配比步驟中，選取的原料包括自來水廠脫水污泥、城市污水廠脫水污泥和城市污水廠污泥焚燒灰分，且各組成成分的干基質量比為自來水廠脫水污泥80% 95%、城市污水廠脫水污泥0% 10%、城市污水廠污泥焚燒灰分5% 15% ；所述預熱步驟是將經所述造粒成球步驟形成的料球在溫度范圍為250°C 400°C 的條件下，預熱20min 30min ；所述焙燒步驟是將經所述預熱步驟預熱的料球在溫度范圍為1100°C 1175°C的條件下，焙燒IOmin 15min。在上述的以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法中，在所述的造粒成球步驟之前還包括風干步驟，將經所述均化步驟形成的混合料風干至其含水率達到20% 30%。由于采用了上述的技術解決方案，本發明實現了以自來水廠脫水污泥為主料，城市污水廠脫水污泥及城市污水廠污泥焚燒灰分為輔料，資源化處理利用廢棄物以混合燒制輕質陶粒的目的，其具體的有益效果如下(1)本發明以自來水廠脫水污泥為主要原料，適量加入污水廠脫水污泥和污水廠污泥焚燒灰分，可以燒制各項指標均符合中華人民共和國國家標準GB/T 17431. 1-1998《輕集料及其試驗方法第1部分輕集料》中輕質或超輕陶粒的要求，該陶粒廣泛應用于建材；(2)以自來水廠污泥為主要原料，加入污水廠污泥和污水廠污泥焚燒灰分燒制的陶粒，應用價值高，不但處置了大量的自來水廠污泥、污水廠污泥和污水廠污泥焚燒灰分， 實現這三種固體廢棄物的綜合利用，同時還能得到性能較好的輕質陶粒；(3)污泥陶粒和粘土陶粒相比，具有利廢、節能、不毀壞土地，可以保護生態環境的優點，同時還實現了廢棄物的資源化循環利用，是綠色建材產品，是實現社會可持續發展的典型技術，具有顯著的環境效益、社會效益和經濟效益。
圖1是本發明一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明，即一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，包括原料配比步驟Si，通過稱量設備選取原料，并按適當干基質量比進行配比，即選取 80% 95%的自來水廠脫水污泥、0% 10%的城市污水廠脫水污泥和5% 15%的城市污水廠污泥焚燒灰分；均化步驟S2，通過拌料機將上述原料混合均勻，形成混合料，即燒制陶粒的原料；造粒成球步驟S3，將上述混合料在成球盤上或對輥造粒機上按要求的粒度制成料球；預熱步驟S4，將上述料球送入溫度為250°C 400°C的高溫爐中預熱20min 30min ；焙燒步驟S5，將上述預熱過的料球轉移至溫度為1100°C 1175°C的高溫爐內焙燒 IOmin 15min ；冷卻步驟S6，將上述經焙燒過的料球取出冷卻即可獲得陶粒產品。上述的預熱步驟S4、焙燒步驟S5和冷卻步驟S6，在生產上可通過直接將造粒成球步驟S3形成的料球送入雙筒回轉窯中實現，即在回轉窯的前段完成預熱步驟S4、中段完成焙燒步驟S5、末段完成冷卻步驟S6，冷卻后的陶粒最后進行篩分步驟S7,即通過滾筒篩分級，送入陶粒倉庫就得到可進入市場銷售的陶粒產品。另外，為了去除料球中的部分水分，防止焙燒過程中炸球，料球的含水率應控制在 20% 30%。自來水廠新鮮的脫水污泥含水率50% 70%之間，因此需將其自然風干至含水率約30%左右，外觀不至于結塊的程度，運送到陶粒廠；污水廠污泥可直接取自脫水機房的泥餅直接運送到陶粒廠；污泥焚燒灰分含水率極低，也可以直接運送到陶粒廠備用。 將這三種原料依據其化學成分的情況按干基質量配比并形成混合料后，視混合料的含水率情況，可能需要在造粒成球步驟之前進行風干步驟S20，即采用在堆場上自然風干或在烘箱中烘干的方式使混合料的含水率達到20% 30% ；達標后的混合料可送入料倉備用，也可直接送造粒機造粒。在陶粒生產過程中，配料的步驟非常重要，除保證混合料中的SW2含量在50%以上外，還需要保證其中含有5% 10%的有機成分和適量的!^e和Al的成分，它們有助于料球在焙燒過程中的膨脹，形成內部有豐富孔隙結構的輕質陶粒；而本發明中的原料配比步驟Sl正能實現上述要求。本發明中進行預熱步驟S4的目的有三方面1)進一步降低料球的含水率，防止焙燒時極速升溫水分汽化導致炸球；幻提升料球的溫度到一定水平；幻進一步調整生料球的化學組成，通過升溫的方式使料球中易揮發的有機成分揮發分解，降低燒脹前料球中碳的含量，以達到最佳的燒脹結果。陶粒生產在不同階段控制不同的溫度非常重要，尤其是焙燒步驟S5的溫度控制尤其重要，因為燒脹溫度是影響燒制陶粒的重要因素。若焙燒溫度過低，焙燒過程中的化學反應不完全，燒成的陶粒容重和吸水率高且強度低，陶粒表面的熔融相少，無法包裹和封閉內部產生氣體，料球不能膨脹，導致容重和吸水率的增大；若焙燒溫度過高，燒成的陶粒氣孔沖破液相，氣體散逸，在冷卻時會塌陷使容重增大，且表面形成聯通氣孔使吸水率增大， 陶粒質量不佳。陶粒生產必須有一定燒脹溫度范圍，通常這一范圍需要達到75°C，如果燒脹溫度范圍過窄，在生產過程中難以控制。同時，焙燒步驟持續時間的長短，會對陶粒容重產生很大的影響。若焙燒時間過長，陶粒容重反而會增加，這是由于熔融相比例增大，填充了陶粒在焙燒過程中產生的孔隙，使陶粒收縮，容重升高，吸水率下降。基于上述原因，本發明中焙燒步驟S5采用的溫度范圍為1100°C 1175°C，焙燒時間控制在IOmin 15min，并且經實踐表明，在該條件下，能有效確保陶粒質量。下面對本發明的實施例進行詳細說明。實施例1
將含水率約60 %自來水廠脫水污泥，經晾曬到含水率約40 %的污水廠污泥和污泥廠污泥焚燒灰分按干重比為8 1 1的配比，手工混合均勻后，放入105°C的烘箱中烘干約lOOmin，至混合料含水率約30%，取出冷卻后繼續手工拌料至均勻且混合料具有一定塑性，在造粒機上造粒成球，之后將料球送入300°C 士 12°C的箱式爐內預熱20min，最后將預熱的料球立即轉移至1150°C 士2°C的高溫爐內，焙燒lOmin。焙燒完成的料球取出后經冷卻可得到表觀密度為740kg/m3、堆積密度為410kg/m3、筒壓強度為1. 5Mpa的超輕陶粒(1# 陶粒)。實施例2 將含水率約60 %自來水廠脫水污泥，經晾曬到含水率約40 %的污水廠污泥和污泥廠污泥焚燒灰分按干重比為18 1 1的配比，手工混合均勻后，放入105°C的烘箱中烘干約lOOmin，至混合料含水率約30%后取出冷卻，繼續手工拌料至均勻且混合料具有一定塑性后，在造粒機上造粒成球，之后將料球送入300°C 士 12°C的箱式爐內預熱20min，最后將預熱的料球立即轉移至1150°C 士 2°C的高溫爐內，焙燒lOmin。焙燒完成的料球取出后經冷卻可得到表觀密度為600kg/m3、堆積密度為390kg/m3、筒壓強度為1. 4Mpa的超輕陶粒
陶粒)。依據中華人民共和國國家標準《輕集料及其試驗方法第1部分》GB/ T17431. 1-1998，《輕集料及其試驗方法第2部分》GB/T17431. 2-1998，對1#陶粒和2#陶粒主要性能指標進行測試，結果見表1 表1陶粒主要性能測定結果
權利要求
1.一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，包括原料配比步驟、均化步驟、造粒成球步驟、預熱步驟、焙燒步驟和冷卻步驟，其特征在于在所述原料配比步驟中，選取的原料包括自來水廠脫水污泥、城市污水廠脫水污泥和城市污水廠污泥焚燒灰分，且各組成成分的干基質量比為自來水廠脫水污泥80 % 95%、城市污水廠脫水污泥0% 10%、城市污水廠污泥焚燒灰分5% 15% ；所述預熱步驟是將經所述造粒成球步驟形成的料球在溫度范圍為250°C 400°C的條件下，預熱20min 30min ；所述焙燒步驟是將經所述預熱步驟預熱的料球在溫度范圍為1100°C 1175°C的條件下，焙燒IOmin 15min。
2.根據權利要求1所述的以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，其特征在于， 在所述的造粒成球步驟之前還包括風干步驟，將經所述均化步驟形成的混合料風干至其含水率達到20% 30%。
全文摘要
本發明涉及一種以自來水廠污泥為主料燒制輕質陶粒的方法，包括原料配比步驟、均化步驟、造粒成球步驟、預熱步驟、焙燒步驟和冷卻步驟，在所述原料配比步驟中，選取的原料包括自來水廠脫水污泥、城市污水廠脫水污泥和城市污水廠污泥焚燒灰分，且各組成成分的干基質量比為自來水廠脫水污泥80％～95％、城市污水廠脫水污泥0％～10％、城市污水廠污泥焚燒灰分5％～15％。發明所用原料均為城市產生的固體廢棄物，不僅可以處置大量的自來水廠脫水污泥，還可以適量處置污水廠污泥及污水廠污泥焚燒產生的灰分，實現這三種廢棄物的資源化綜合利用，同時，還能得到性能優良的輕質陶粒甚至超輕陶粒以應用于建材行業。
文檔編號C04B35/622GK102199031SQ20101013042
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者葉輝, 吳今明, 康蘭英, 王海亮, 陸在宏, 顧金山 申請人:上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司