本發(fā)明屬于制磚技術領域，特別涉及一種污泥與淤泥燒結磚及其制備方法。
背景技術：
隨著我國大規(guī)模土木工程建設的不斷推進，僅2015年建筑業(yè)房屋竣工面積就達到42.08億m2，磚作為圍護結構材料的需求量也日益增大。傳統(tǒng)的粘土燒結磚，由于取粘土為材料，造成了大量的土地被毀，嚴重破壞耕地資源，為保護耕地資源，國家已三令五申禁止和使用粘土燒結磚。隨著國家“禁實限粘”政策的深入貫徹和落實，粘土燒結磚的生產(chǎn)和采用將受到限制，開發(fā)生產(chǎn)各類非粘土質墻體材料，特別是利用固體廢棄物來生產(chǎn)墻體材料是勢所必然。
污泥是廢水處理過程的副產(chǎn)品，是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，污泥含有大量的有機物、豐富的氮磷等營養(yǎng)物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理的任意排放會對環(huán)境造成嚴重的污染。厭氧消化是一種在實現(xiàn)固體有機廢棄物的穩(wěn)定化，同時產(chǎn)生作為能源的沼氣的技術，可以作為污泥處理的適合選擇，但市政污泥厭氧消化仍存在著厭氧消化效率及產(chǎn)氣量低、消化后脫水性能差等問題。
鑒于消化污泥中的礦物成分是許多建材的主要組分，將污泥作為一種資源加以有效利用，是實現(xiàn)其無害化的有效處置方式，且污泥量有保證，可實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。同時，近年來河道淤泥的清理量很大，若不加以有效處置亦將占用大量田地，造成二次污染。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的是提供一種污泥與淤泥燒結磚，將市政污泥先通過熱水解處理，以提高厭氧消化效能，減少污泥氮磷等營養(yǎng)物和有機物的含量，并顯著改善污泥的流變特性和脫水性能，并與河湖淤泥、粉煤灰和添加劑混合燒結制磚，實現(xiàn)污泥和河湖淤泥的資源化利用，變廢為寶、保護環(huán)境。
本發(fā)明的第二目的是提供上述污泥與淤泥燒結磚的制備方法，將市政污泥先通過熱水解處理，以提高厭氧消化效能，減少污泥氮磷等營養(yǎng)物和有機物的含量，并顯著改善污泥的流變特性和脫水性能；并與河湖淤泥、粉煤灰和添加劑混合燒結制磚，實現(xiàn)污泥和河湖淤泥的資源化利用，變廢為寶、保護環(huán)境。
本發(fā)明的技術方案如下：
一種污泥與淤泥燒結磚，按絕干重量計，包括由以下質量分數(shù)的燒結原料制得：依次經(jīng)熱水解預處理和厭氧消化處理后的城市污泥30％-45％、含固率為60-70％的河湖淤泥35％-60％、粉煤灰5％-10％和添加劑5％-10％；
所述的添加劑為調(diào)整塑性指數(shù)的膨潤土下腳料和改善燒結性能的工業(yè)廢棄物。
進一步優(yōu)選，所述的工業(yè)廢棄物為硫酸渣、煤研石或爐渣中的一種或幾種。
本發(fā)明還公開了一種上述的污泥與淤泥燒結磚的制備方法，包括以下步驟：
(1)城市污泥的前處理
向市政污水處理廠的脫水污泥加水，含固率(TS)調(diào)節(jié)至為10％，通過泵送至熱水解段漿化罐進行漿化處理，然后經(jīng)螺桿泵輸送至熱水解閃蒸一體罐，并從蒸汽鍋爐由反應釜上部向其內(nèi)注入1.8-2.3MPa的飽和蒸汽，當溫度升至在160-180℃停止注入飽和蒸汽，并保持20min，排汽泄壓并排出所述泥漿，污泥經(jīng)冷卻后輸送至厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)進行中溫厭氧消化T＝35℃，停留時間(SRT)＝20d，再將消化后的泥漿直接進入板框壓濾機實現(xiàn)固液分離，分離后的固相含水率降低至40％；
(2)河湖淤泥的前處理
河湖底泥經(jīng)板框壓濾機泥水分離后，得到含固率為60-70％的河湖淤泥；
(3)混合料的配制
以質量分數(shù)計，將前處理后的城市污泥30％-45％和河湖淤泥35％-60％與粉煤灰5％-10％、添加劑5％-10％分別置于箱式給料機混合，然后經(jīng)皮帶機傳送到雙軸攪拌機中強力攪拌均勻，混合后陳化兩個星期，直至含水率達到20％；
(4)磚坯成型
混合料陳化后，用雙級真空擠磚機擠壓制成不同形狀和尺寸的磚坯；
(5)干燥
在干燥窯對磚坯進行干燥，使磚坯含水率在10％以下；
(6)焙燒成品
將干燥好的磚坯在隧道窯中以900℃-1000℃高溫焙燒，焙燒時間為35h，即獲得燒結磚產(chǎn)品。
進一步優(yōu)選，步驟(1)中，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)干法脫硫后通過管道連接到磚窯和蒸汽鍋爐使用，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于供給熱水解段漿化罐和熱水解閃蒸一體罐所需的熱能。
進一步優(yōu)選，步驟(5)中，所述的干燥窯的熱源來自磚窯的余熱。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果如下：
一、本發(fā)明的一種污泥與淤泥燒結磚，實現(xiàn)將消化后的污泥和經(jīng)干化處理的河道淤泥混合配制燒結制磚，既解決了兩種污泥的出路又解決了兩種污泥堆置產(chǎn)生的二次污染，實現(xiàn)了污泥與淤泥資源化利用；
二、本發(fā)明的一種污泥與淤泥燒結磚，所得的燒結磚產(chǎn)品外觀無裂紋、無缺角、無壓痕；具有較好的物理力學性能：表觀密度為1300～1600kg/m3，抗壓強度為15～17MPa，當量導熱系數(shù)為0.5W/(m·K)左右，5h沸煮吸水率為18％左右；
三、本發(fā)明的一種污泥與淤泥燒結磚的制備方法，通過在厭氧消化之前增加熱水解處理步驟，使得有機物完全釋放出來，使得厭氧消化完全，比傳統(tǒng)厭氧消化SRT縮短和提高了反應器的容積負荷(TS增高)；
四、本發(fā)明的一種污泥與淤泥燒結磚的制備方法，將厭氧消化產(chǎn)生的沼氣利用在磚窯和鍋爐上，實現(xiàn)能源回收合理利用，綠色環(huán)保。
當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種污泥與淤泥燒結磚的制備工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應該理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而不用于限定本發(fā)明的保護范圍。在實際應用中本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明做出的改進和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明考慮到市政污泥富含豐富的氮磷等營養(yǎng)物和有機物，而現(xiàn)有僅通過厭氧消化很難達到充分消化的目的，鑒于此，本發(fā)明在制備污泥與淤泥燒結磚時，在厭氧消化處理步驟之前，增加熱處理步驟以提高厭氧消化的效率。熱水解是一種有效的市政污泥預處理技術，經(jīng)過熱水解處理后，微生物絮體解體，微生物細胞破碎，細胞中的有機物質(蛋白質、脂肪、碳水化合物等)釋放出來，因此，可提高厭氧消化的效能，既增加了甲烷產(chǎn)量，又能顯著提高污泥的流變特性和脫水性能。
如圖1所示，本發(fā)明的一種上述的污泥與淤泥燒結磚的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)城市污泥的前處理
向市政污水處理廠的脫水污泥加水，TS調(diào)節(jié)至為10％左右，通過泵送至熱水解段漿化罐進行漿化處理，然后經(jīng)螺桿泵輸送至熱水解閃蒸一體罐，并從蒸汽鍋爐由反應釜上部向其內(nèi)注入1.8-2.3MPa的飽和蒸汽，當溫度升至在160-180℃停止注入飽和蒸汽，并保持20min，排汽泄壓并排出所述泥漿，污泥經(jīng)冷卻后輸送至厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)進行中溫厭氧消化T＝35℃，SRT＝20d，再將消化后的泥漿直接進入板框壓濾機實現(xiàn)固液分離，分離后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前處理
河湖底泥經(jīng)板框壓濾機泥水分離后，得到含固率為60-70％左右的河湖淤泥；
(3)混合料的配制
以質量分數(shù)計，將前處理后的城市污泥30％-45％和河湖淤泥35％-60％與粉煤灰5％-10％、添加劑5％-10％分別置于箱式給料機混合，然后經(jīng)皮帶機傳送到雙軸攪拌機中強力攪拌均勻，混合后陳化兩個星期，直至含水率達到20％左右；
(4)磚坯成型
混合料陳化后，用雙級真空擠磚機擠壓制成不同形狀和尺寸的磚坯；
(5)干燥
在干燥窯對磚坯進行干燥，使磚坯含水率在10％左右以下；
(6)焙燒成品
將干燥好的磚坯在隧道窯中以900℃-1000℃高溫焙燒，焙燒時間為35h，即獲得燒結磚產(chǎn)品。
進一步，步驟(1)中，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)干法脫硫后通過管道連接到磚窯和蒸汽鍋爐使用，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于供給熱水解段漿化罐和熱水解閃蒸一體罐所需的熱能。
進一步，步驟(5)中，所述的干燥窯的熱源來自磚窯的余熱，。
實施例1：本實施例1的一種污泥與淤泥燒結磚的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)城市污泥的前處理：市政污水處理廠的脫水污泥(TS＝20％)加水調(diào)節(jié)TS為10％左右，通過泵送至漿化罐進行漿化處理，然后經(jīng)螺桿泵輸送至熱水解閃蒸一體罐，并從蒸汽鍋爐由反應釜上部向其內(nèi)注入1.8-2.3MPa的飽和蒸汽，當溫度升至在160-180℃之間停止注入飽和蒸汽，并保持20min，排汽泄壓并排出所述泥漿，污泥經(jīng)冷卻后輸送進入?yún)捬跸到y(tǒng)內(nèi)進行中溫厭氧消化(T＝35℃，SRT＝20d)，上述泥漿直接進入板框壓濾機實現(xiàn)固液分離，分離后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前處理：運用板框壓濾機將河湖底泥進行泥水分離后達到60-70％的含固率，成為制磚的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：將處理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照質量比30％∶60％∶5％∶5％進行配制，其中硫酸渣粒徑不得大于3mm，送入箱式給料機混合，然后通過皮帶機傳送到雙軸攪拌機中強力攪拌均勻，混合后陳化兩個星期，直至含水率達到20％左右；
(4)磚坯成型：將上述混合料陳化后用雙級真空擠磚機擠壓制成不同形狀和尺寸的磚培，擠出壓力為3MPa；
(5)干燥：在干燥窯對磚坯進行干燥，使磚坯含水率在10％以下；
(6)焙燒成品：將干燥好的磚坯在隧道窯中以970℃高溫焙燒，焙燒時間為35h左右獲得燒結磚產(chǎn)品；
所得的燒結磚產(chǎn)品外觀無裂紋、無缺角、無壓痕，物理力學性能指標見表1。
表1實施例1消化污泥淤泥燒結磚物理力學性能
實施例2：本實施例2的一種污泥與淤泥燒結磚的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)城市污泥的前處理：市政污水處理廠的脫水污泥(TS＝20％)加水調(diào)節(jié)TS為10％左右，通過泵送至漿化罐進行漿化處理，后通過螺桿泵輸送至熱水解閃蒸一體罐，并從蒸汽鍋爐由反應釜上部向其內(nèi)注入1.8-2.3MPa的飽和蒸汽，當溫度升至在160-180℃之間停止注入飽和蒸汽，并保持20min，排汽泄壓并排出所述泥漿，污泥經(jīng)冷卻后輸送進入?yún)捬跸到y(tǒng)內(nèi)進行中溫厭氧消化(T＝35℃，SRT＝20d)，。上述泥漿直接進入板框壓濾機實現(xiàn)固液分離，分離后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前處理：運用板框壓濾機將河湖底泥的進行泥水分離后達到60一70％的含泥率，成為制磚的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：將處理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照質量比40％∶40％∶10％∶10％進行配制，其中硫酸渣粒徑不得大于3mm，送入箱式給料機混合，然后通過皮帶機傳送到雙軸攪拌機中強力攪拌均勻，混合后陳化兩個星期，直至含水率達到20％左右；
(4)磚坯成型：將上述混合料陳化后用雙級真空擠磚機擠壓制成不同形狀和尺寸的磚培，擠出壓力為3MPa；
(5)干燥：在干燥窯對磚坯進行干燥，使磚坯含水率在10％以下；
(6)焙燒成品：將干燥好的磚坯在隧道窯中以1000℃高溫焙燒，焙燒時間為34h左右，即獲得燒結磚產(chǎn)品；
所得的燒結磚產(chǎn)品外觀無裂紋、無缺角、無壓痕，物理力學性能指標見表2。
表2實施例2消化污泥淤泥燒結磚物理力學性能
實施例3：本實施例3的一種上述的污泥與淤泥燒結磚的制備方法，具體包括以下步驟：
(1)城市污泥的前處理：市政污水處理廠的脫水污泥(TS＝20％)加水調(diào)節(jié)TS為10％左右，通過泵送至漿化罐進行漿化處理，后通過螺桿泵輸送至熱水解閃蒸一體罐，并從蒸汽鍋爐由反應釜上部向其內(nèi)注入1.8-2.3MPa的飽和蒸汽，當溫度升至在160-180℃之間停止注入飽和蒸汽，并保持20min，排汽泄壓并排出所述泥漿，污泥經(jīng)冷卻后輸送進入?yún)捬跸到y(tǒng)內(nèi)進行中溫厭氧消化((T＝35℃，SRT＝20d)，上述泥漿直接進入板框壓濾機實現(xiàn)固液分離，分離后的固相含水率降低至40％左右；
(2)河湖淤泥的前處理：運用板框壓濾機將河湖底泥進行泥水分離后達到60-70％的含泥率，成為制磚的河湖干化底泥；
(3)混合料的配制：將處理后污泥、淤泥、粉煤灰、硫酸渣按照質量比40％∶50％∶5％∶5％進行配制，其中硫酸渣粒徑不得大于3mm，送入箱式給料機混合，然后通過皮帶機傳送到雙軸攪拌機中強力攪拌均勻，混合后陳化兩個星期，直至含水率達到20％左右；
(4)磚坯成型：將上述混合料陳化后用雙級真空擠磚機擠壓制成不同形狀和尺寸的磚培，擠出壓力為3MPa；
(5)干燥：在干燥窯對磚坯進行干燥，使磚坯含水率在10％以下；
(6)焙燒成品：將干燥好的磚坯在隧道窯中以1000℃高溫焙燒，焙燒時間為32h左右，即獲得燒結磚產(chǎn)品。
所得的燒結磚產(chǎn)品外觀無裂紋、無缺角、無壓痕，物理力學性能指標見表3。
表3實施例3消化污泥淤泥燒結磚物理力學性能
以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。