摘要：以污水处理厂污泥为主要原料，粉煤灰和黏土为辅料，烧制陶粒。通过对原材料化学成分分析，确定了陶粒的最佳配合比为1∶1∶1（活性污泥︰粉煤灰︰黏土），分析了预热时间、预热温度、烧结时间、烧结温度对陶粒的吸水率、堆积密度和颗粒密度的影响，得出烧制陶粒的最佳工艺条件为：预热时间为15min，预热温度为550℃，烧结时间为10min，烧结温度为950℃。
关键词：污水处理厂污泥；粉煤灰；黏土；陶粒制备；工艺条件
中图分类号：TU992.1 文献标识码：B 文章编号：1008-486X（2016）01-0048-03
0引言
随着我国经济社会的发展和城市化进程的加快，城市污水排放量不断增加，污水处理厂的规模也越来越大，污泥的数量也不断增加。污泥中含有重金属、致病菌、寄生虫卵等有害物质。如果不能合理地处理污泥，将会造成二次污染和资源浪费。目前，我国污泥的主要处置方法有焚烧、填埋和堆肥。污泥焚烧耗能巨大，设备投资和运行费用都很高［1］；污泥填埋占地面积过大［2］；污泥堆肥影响土壤质量，造成二次污染［3］。因此，选择一种将污泥资源化的处理方法，具有十分重要的意义。污泥陶粒由于具有密度低、强度高、保温隔热效果好、耐化学腐蚀、耐细菌腐蚀、抗震性好及施工适应性强等优良性能，被广泛应用于污水处理、建筑、农业等领域。大量试验证明，污泥陶粒可以作为一种净水滤料［4～6］。本研究以生活污水处理厂的污泥为主要原料，电厂粉煤灰和黏土为辅料制备陶粒。通过分析不同预热时间、预热温度、烧结时间、烧结温度对陶粒性能的影响等，来确定陶粒的最佳制备条件［7］。
1试验部分
1.1试验原材料
本研究所用污泥来自于开封污水处理厂，粉煤灰和黏土分别来自于开封电厂和黄河开封段黄河滩。
1.2试验仪器
本试验用到的仪器主要有：TU－1810型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司生产）、AB204－L型电子天平（梅特勒－托利多公司生产）、HH－4型数显恒温水浴锅（河南诚智科技发展有限公司生产）、FW－80型万能破碎机（北京中兴伟业仪器有限公司生产）、101－1A型干燥箱（天津泰斯特有限公司生产）、SX－4－10型马弗炉（北京中兴伟业仪器有限公司生产）。
1．3试验步骤
将污泥、粉煤灰、黏土依照相应的质量比混合在一起，搅拌均匀后揉成球。然后，烘干24h，在马弗炉中预热一定时间后，烧结一定时间，待测。
1．4试验方法
试验中，陶粒原料的化学成分分析，陶粒的各项物理性评价指标及检测方法均按国家标准进行。根据陶粒的各项指标的优劣来确定试验的最佳工艺条件［8］。
2结果与讨论
2．1配合比的确定
制备陶粒的原材料成分分析如表1所示。由表1可以看出，活性污泥中的SiO2、A12O3及助溶剂成分的含量较低，其化学成分与制备陶粒所要求的材料相差很多。所以，试验选择粉煤灰和黏土为制备陶粒的辅料。制备陶粒的原料配合比暂定为1∶1∶1（活性污泥∶粉煤灰∶黏土）。经计算，陶粒原料中SiO2含量约占55％，A12O3含量占14％，Fe2O3，CaO，MgO等氧化物之和约占18％，符合Riley相图中SiO2含量占53％～79％，A12O3含量占10％～25％，Fe2O3，CaO，MgO等氧化物之和占13％～26％等制备陶粒的要求［9］。因此，确定制备陶粒的最佳配合比为1∶1∶1（活性污泥∶粉煤灰∶黏土）。
2．2最佳工艺条件的选择
按最佳配合比例制成生料球，以吸水率、堆积密度和颗粒密度为指标，考察制备陶粒的最佳工艺条件。2．2．1预热时间和预热温度对陶粒性能的影响分别选择预热时间为10min、15min、20min，预热温度为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃烧制陶粒。测定不同条件下陶粒的吸水率、堆积密度和颗粒密度，研究不同时间下预热温度对陶粒的影响，结果如图1～图3所示。由图1可以看出，陶粒的吸水率随预热温度的增加而不断减小，且当预热温度为550℃，预热时间超过15min时，陶粒的吸水率明显降低。当预热时间为15min和20min时，陶粒的吸水率差异不大。由图2和图3可以看出，在预热时间为10min、15min和20min，预热温度小于550℃时，陶粒的堆积密度和颗粒密度均不断减小。当预热温度超过550℃时，陶粒的堆积密度又在迅速增加，且预热时间为15min，预热温度为550℃时，达到最低；当预热温度超过550℃时，陶粒的颗粒密度在预热时间10min和20min下缓慢增加，而在预热时间为15min下迅速增加，且在预热时间为15min，预热温度为550℃时，达到最低。因此，确定制备陶粒的最佳预热时间为15min，预热温度为550℃。2．2．2烧结时间和烧结温度对陶粒性能的影响分别选择烧结时间为5min、10min、15min，烧结温度为850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃烧制陶粒。分别测定不同条件下陶粒的吸水率、堆积密度和颗粒密度，研究不同时间下烧结温度对陶粒的影响，结果如图4～图6所示。由图4～图6可以看出，在烧结温度小于950℃时，陶粒的吸水率、堆积密度和颗粒密度都随着烧结温度的升高而不断减小；当烧结温度超过950℃时，它们随着烧结温度的升高而不断增加。当烧结时间为10min，烧结温度为950℃时，陶粒的吸水率达到最低，为11．3％；陶粒的堆积密度和颗粒密度也达到最低，分别为425kg／m3和718kg／m3。因此，确定制备陶粒的最佳烧结时间为10min，烧结温度为950℃。
3结语
（1）以生活污水处理厂污泥为主要原料，粉煤灰和黏土为辅料，可以烧制成较好性能的陶粒。污水处理厂污泥与辅料的最佳质量配比为1∶1∶1，烧制陶粒的最佳预热时间为15min，预热温度为550℃，烧结时间为10min，烧结温度为950℃。（2）在最佳工艺条件下烧制的陶粒吸水率为11．3％，堆积密度为425kg／m3，颗粒密度为718kg／m3，均符合国家标准要求。
参考文献：
［1］余杰，田宁宁．中国城市污水处理厂污泥处理处置问题探讨分析［J］．环境工程学报，2007（1）：85．
［2］甄广印，赵由才，宋玉，曹先艳．城市污泥处理处置技术研究［J］．有色冶金设计与研究，2010，31（5）：41－45．
［3］白莉萍，伏亚萍．城市污泥应用于陆地生态系统研究进展［J］．生态学报，2009，29（1）：416－422．
［4］XuGR，ZouJL，DaiY．Utilizationofdriedsludgeformakingceramsite［J］．WaterScienceandTechnology，2006，54（9）：69－79．
［5］韩术鑫．新型填料———污泥粉煤灰陶粒在生物滤池中处理合成废水的效果研究［D］．济南：山东大学，2010．
［6］吴苏清．超轻污泥陶粒曝气生物滤池深度处理工业废水的研宄及应用［D］．济南：山东大学，2012．
［7］章金骏．污泥烧制陶粒的技术路径与控制因子研究［D］．杭州：浙江大学，2012．
［8］翁焕新，章金骏，曹彦圣，等．污泥陶粒的性能特征与烧制工艺［J］．浙江大学学报：工学版，2011，45（10）：1877－1883．
［工商管理论文9］RileyCM．RelationofChemicalPropertiestotheBloatingofClays［J］．AmericanCeramicSociety，195l，34（4）：121－128．
作者：赵文涛 占攀科 李坤坤 崔鹏 单位：黄河水利职业技术学院
