市政污泥制备蓄水陶土工业化生产技术与工艺
发布时间：2022-10-31整理：成都科林环保有限公司
污泥是污水处理过程中产生的半固体或固体物质(不含栅渣、浮渣、沉砂)，浓缩并收集污水中30%~50%的污染物和有机物，具有污染和资源的双重属性。据统计，我国每日污水处理总量超过2亿立方米，年污泥排放量已达6000万吨，约占污水处理总量的1/5。预计2025年我国市政污泥年产量将超过9000万吨。污泥具有含水量高（可达99%以上）、有机物含量高的特点。减少、稳定、无害、资源化污泥处理是开展污染防治斗争的重要任务，也是污水处理行业未来减少污染展方向。现有主流污泥处理处理技术存在明显的缺点和缺点：（1）明确禁止污泥堆肥；（2）无害处理和经济成本；（3）干焚烧已成为常用的方法，但能耗高、投资大、资源低，温度难以控制，容易产生二恶英，重金属无法控制，剩余灰烬需要填埋。因此，市政污泥处理已成为城市的难点和痛点，迫切需要有效的新技术来解决。
与传统的污泥处理技术相比，污泥制备蓄水陶土的生产技术和工艺结合了污泥的无害处理和资源利用。在生产过程中，底泥中的有机物充分转化为热值，烟气通过循环热有效回收，充分节能降耗。重金属在整个处理过程中得到有效的物理晶体固化，由于采用特殊技术，炉内材料稳定燃烧，温度场均匀，避免了二恶英等空气污染物的产生，直接形成了高附加值的新型蓄水材料产品，有效解决了污泥的无害化处理和污泥回收问题。本研究以污泥、秸秆为主要原料，添加少量功能外加剂，可广泛应用于海绵城市、水环境治理、生态绿化等行业。
01 制备技术
储水陶土制备的核心技术和工艺包括:(1)高含水量直接成型技术，污泥含水量达到60%时掺量达到70%；(2)基于重金属固化和功能设计的成分调节技术，通过功能成分和烧结工艺控制，在蓄水材料中实现重金属固化；(3)模块化静态烧结技术，有效保证蓄水材料的孔隙连接；(4)系列应用技术。实现蓄水材料的长期功能应用。如图1所示。
与其他技术不同，蓄水陶土制备技术的特点是：（1）与传统污泥干燥制备建筑材料技术不同，直接成型、余热干燥、静态烧结，不仅工艺简单，成本低，能耗低；（2）与传统建筑材料不同，蓄水材料具有吸水快、净水、储水量大、释水缓慢等特点。
02 蓄水陶土性能分析
蓄水陶土的制备采用专用网袋窑的设计和工况原理，污泥中含有大量有机物，其中SiO2和Al2O三等成陶成分含量高，采用两段加热，400-500℃随着温度的进一步升高，有机质热解气化在材料内形成大量的内孔结构，高于900℃材料中专有配方的无机发泡剂开始反应，气体溢出时形成大量介孔，如图2所示，内孔结构进一步丰富，内孔结构丰富，具有良好的吸水性。
如图3所示，蓄水陶土的吸水率为93.2%，每立方米可吸水400~5000kg，综合蓄水率可达110%。主要原因是连通孔为水分子的进入提供了桥梁，水分子通过连通孔进入大孔后，通过毛细孔渗透到介孔和微孔。进入孔结构的水与晶格之间的O原子结合，产生不同的表面羟基吸附点。此外，多孔材料中不同金属和氧原子的结合使多孔材料呈电负值，提高了材料的亲水性。
此外，蓄水陶土中介孔结构的存在增加了表面羟基的吸附位点，表面羟基与水分子之间容易形成氢键。氢键可逆，使蓄水陶土具有更好的吸释能力。在分析材料的晶相时，发现材料中的主要晶相是石英、莫来石、钙长石、赤铁矿和尖晶石相。重金属可以通过金属与铁原子结合的尖晶石相固化，达到重金属溶出率几乎为零的效果。如图4所示，污泥原料在蓄水陶土制备过程中的重金属结晶率超过99%。经检测分析发现，蓄水陶土在酸性、碱性土壤或不同温度条件下几乎没有重金属溶解物。
03 技术对比
目前，国内外同类技术包括污泥焚烧发电、污泥陶粒、污泥砖等，如表1所示。从对比结果来看，本文以污泥、秸秆为主要原料，添加少量功能性外加剂，制备工艺简单，制备周期短，制备工艺能耗低，污泥含水量达到60%燃烧设备为移动集成设备，竣工运行投资低，制备工艺对环境无污染。
目前，国内外同类技术包括污泥焚烧发电、污泥陶粒、污泥砖等，如表1所示。从对比结果来看，本文以污泥、秸秆为主要原料，添加少量功能性外加剂，制备工艺简单，制备周期短，制备工艺能耗低，污泥含水量达到60%燃烧设备为移动集成设备，竣工运行投资低，制备工艺对环境无污染。
与污泥砖技术相比，污泥掺量大，产品制备工艺简单，处理周期短，设备占地面积小，移动一体化设备，投资低，产品使用范围广，产品附加值高；与焚烧发电相比，处理制备工艺简单，制备周期短，制备系统简单，技术要求相对较低，竣工运行成本低，项目综合燃烧设备占地面积小，可移动，能耗低；与污泥堆肥相比，制备工艺无污染，设备灵活，占地面积小，制备工艺简单，控制方便，产品附加值高。
04 结论
本文研究了以污泥、秸秆为主要原料制备蓄水陶土的关键技术，得出以下结论:(1)污泥制备的蓄水陶土体积孔隙率可达80%，吸水率可达93.2%，每立方米可吸水400~500kg，综合蓄水率可达110%。(2)蓄水陶土污泥原料中的重金属可通过金属与铁原子结合的尖晶石相固化，重金属结晶率在99%以上。(3)蓄水陶土制备工艺简单，制备周期短，制备工艺能耗低，污泥含水量达到60%时掺量达到70%。烧制设备为移动一体化设备，竣工运行投资低，对环境无污染。
来源：中国给水排水
