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鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料及其制備方法

發布時間:2019-12-17 11:51:37  中國污水處理工程網

  申請日2019.09.11

  公開(公告)日2019.11.22

  IPC分類號C04B38/06; C04B38/00; C04B33/32; C04B33/132; C04B33/13

  摘要

  本發明公開了一種鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料及其制備方法,該方法包括如下步驟:1)經干化工藝,將污泥含水率降低至10%~15%;2)向干化后的污泥中加入熔劑輔料和造孔劑并混合均勻,其中污泥占65%~85%,熔劑輔料占10~30%,造孔劑占2%~5%;3)干燥預熱,使物料含水率降低到2%以下,溫度升高到240~350℃;4)進行燒結,燒結時間為10~20min,溫度為800~1150℃;5)冷卻,破碎,篩分,所得粒徑小于16mm的物料即為本發明所提供的鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料。本發明保水材料所采用的制備原料絕大部分為廢水污泥,污泥摻量高,成本低;產品孔隙率高,功能性好,無污染,附加值高,可廣泛應用,具有良好的技術經濟性。

  權利要求書

  1.一種鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料的制備方法,其特征在于:包括如下步驟:

  1)以鋼鐵廠綜合廢水污泥為原料,經干化工藝,將含水率降低至10%~15%;

  2)向干化后的污泥中加入熔劑輔料和造孔劑并混合均勻,其中污泥占混合后物料總重的65%~85%,熔劑輔料占混合后物料總重的10~30%,造孔劑占混合后物料總重的2%~5%;

  3)對混合后物料進行干燥預熱,使物料含水率降低到2%以下,并使物料溫度升高到240~350℃;

  4)對干燥預熱后物料進行燒結,燒結時間為10~20min,燒結溫度為800~1150℃;

  5)將燒結后的物料冷卻至200℃以下,再送入破碎機進行破碎,隨后進行篩分,將粒徑大于16mm的物料返回破碎機,粒徑小于16mm的自然級配作為保水材料產品。

  2.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟1)中,鋼鐵廠綜合廢水污泥按干基重量百分比計包括如下化學成分:21%≤Fe2O3≤45%,5%≤CaO≤15%,MgO≤5%,15%≤SiO2≤30%,5%≤Al2O3≤20%,K2O≤2%,Na2O≤2%。

  3.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟2)中,熔劑類輔料包括生石灰、消化石灰中的一種或兩種的混合物。

  4.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟2)中,造孔劑為淀粉、碳酸氫銨、尿素、PMMA中的一種或幾種的混合物。

  5.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟2)中,混合時間為30~60s。

  6.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟3)中,采用鏈篦機進行干燥預熱,其步驟為:3.1)通過布料器將混合后物料散布在鏈篦機的進料口,料層厚度為50~70cm;3.2)通過鏈篦機進行干燥預熱,鏈篦機入口溫度為130~170℃,出口溫度為240~350℃,鏈篦機內加熱時間為2~4min。

  7.根據權利要求1所述的制備方法,其特征在于:所述步驟4)中,燒結溫度為850~1050℃。

  8.根據權利要求1~7中任一項所述的制備方法,其特征在于:所述步驟5)中,冷卻所采用的冷卻設備包括環形爐或豎爐;所述破碎機包括顎式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、對錕破碎機或立軸破碎機中的一種或幾種的組合。

  9.根據權利要求1~7中任一項所述的制備方法,其特征在于:所述步驟5)中,保水材料產品的粒度特征是小于1mm的顆粒質量不大于10%。

  10.一種采用如權利要求1~9中任一項所述的制備方法制得的鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料。

  說明書

  鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料及其制備方法

  技術領域

  本發明涉及一種保水材料,特別是指一種鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料及其制備方法。

  背景技術

  鋼鐵廠綜合廢水水站在污水處理回用及排放過程中產生大量廢水污泥,缺乏有效資源化利用手段,對周邊環境造成污染。

  海綿城市,國際上稱為“低影響開發雨水系統構建”,是新一代城市雨洪管理概念,它是指城市能夠像海綿一樣,下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時將蓄存的水釋放并加以利用,實現雨水在城市中自由遷移。在海綿城市的建設過程中,種植土層透水與保水性矛盾突出。一方面,種植土需要有一定的滲透速率,以滿足海綿城市雨水下滲排水需求,另一方面,種植土過高的滲透率造成土體水分、營養流失影響植物存活和生長,澆水、補肥量大,維護困難。

  無機保水材料是一種具有較大孔隙率和吸水性能的陶質材料,在保水材料干燥,外界濕潤時可從外界吸收大量水分,而在外界干燥時又能將吸收的水分釋放。在雨水花園等設施中,無機保水材料可鋪設在植物根系周圍,從而實現在下雨時保水保肥,在干燥時向植物提供水和養分的功能。

  水處理污泥作為保水材料已有大量研究。比如,羅艷麗等人研究了城市污泥做保水劑的功能,通過土培實驗,在砂土、壤土和粘土中加入不同質量的污泥,研究污泥對不同質地土壤的保水效果,結果表明污泥可顯著提高土體持水能力。陳曉蓉等研究了污泥保水功能及放置方式的保水效果,獲得了污泥具有較強保水性實驗結論。這些研究主要針對將污泥直接混入土體內做保水材料使用,但是由于污泥本身顆粒細,直接應用雖然具有保水效果,但同時降低了土體滲透速率,難以滿足海綿城市雨水花園等排水要求。

  馬小鵬等人提供了一種海綿性綠色無機蓄水材料及其制備方法(申請號CN201610323603.4),以鉬尾礦、關中黃土為主要原料,制造工藝包括混合、燒結、破碎等過程。蹇守衛等人提供了一種高性能蓄水材料的制備方法(申請號CN201610323603.4),利用黏土質原料、生物質原料、高溫液相促進劑,高溫發泡劑,塑性增強劑等原料制備,實現河道淤泥的資源化利用。但是,由于原料成分和性質區別,這些方法不能實現對鋼鐵廠綜合廢水污泥的大量利用。

  發明內容

  本發明的目的在于提供一種兼具良好保水性與透水性的鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料及其制備方法。

  為實現上述目的,本發明所提供的鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料的制備方法,包括如下步驟:

  1)以鋼鐵廠綜合廢水污泥為原料,經干化工藝,將含水率降低至10%~15%(本發明中的百分數,凡未特別指出,均為重量百分數);

  2)向干化后的污泥中加入熔劑輔料和造孔劑并混合均勻,其中污泥占混合后物料總重的65%~85%,熔劑輔料占混合后物料總重的10~30%,造孔劑占混合后物料總重的2%~5%;

  3)對混合后物料進行干燥預熱,使物料含水率降低到2%以下,并使物料溫度升高到240~350℃;

  4)對干燥預熱后物料進行燒結,燒結時間為10~20min,燒結溫度為800~1150℃;

  5)將燒結后的物料冷卻至200℃以下,冷卻時可以回收余熱用于干化工藝或者發電;物料再送入破碎機進行破碎,隨后進行篩分,將粒徑大于16mm的物料返回破碎機,粒徑小于16mm的自然級配作為保水材料產品。

  優選地,所述步驟1)中,干化工藝采用自然干燥和/或強制干燥。

  優選地,所述步驟1)中,鋼鐵廠綜合廢水污泥按干基重量百分比計包括如下化學成分:21%≤Fe2O3≤45%,5%≤CaO≤15%,MgO≤5%,15%≤SiO2≤30%,5%≤Al2O3≤20%,K2O≤2%,Na2O≤2%,余量為結晶水、有機物及其它不可避免的成分。

  優選地,所述步驟2)中,熔劑輔料包括生石灰、消化石灰中的一種或兩種的混合物。

  優選地,所述步驟2)中,造孔劑為淀粉、碳酸氫銨、尿素、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一種或幾種的混合物。

  優選地,所述步驟2)中,混合時間為30~60s。

  優選地,所述步驟3)中,采用鏈篦機進行干燥預熱,其步驟為:3.1)通過布料器將混合后物料散布在鏈篦機的進料口,料層厚度為50~70cm;3.2)通過鏈篦機進行干燥預熱,鏈篦機入口溫度為130~170℃,出口溫度為240~350℃,鏈篦機內加熱時間為2~4min。鏈篦機工藝穩定性好,不易發生堵料,預熱能力強,不易發生預熱不均勻等情況,工作效率高。

  優選的,所述步驟4)中,燒結溫度為850~1050℃。

  優選地,所述步驟5)中,冷卻所采用的工藝設備包括環形爐或豎爐;所述破碎機包括顎式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、對錕破碎機或立軸破碎機中的一種或幾種的組合(這里的組合是指先后經過不同破碎機進行破碎)。

  優選地,所述步驟5)中,保水材料產品的粒度特征是小于1mm顆粒質量不大于10%。

  本發明還提供了經由上述方法制備得到的鋼鐵廠綜合廢水污泥基保水材料。

  與現有技術相比,本發明的有益效果在于:

  1)本發明中綜合廢水污泥摻量達到65~85%,可大量消納難利用的廢水污泥,解決鋼鐵廠綜合廢水污泥資源化利用問題,降低企業環境風險;

  2)本發明提供的保水材料產品蓄水能力達到70%以上,比干化污泥具有更好的保水效果,同時產品顆粒大,直接應用于海綿城市雨水花園種植土層,可改善種植土滲透率,即保證了雨水下滲又為植物生長提供了水分;

  3)本發明針對鋼鐵廠綜合廢水污泥本身成分特性,添加石灰類物質作為熔劑輔料,一方面,石灰的加入使得混合物熔點降低,易于形成液相,有利于燒結,另一方面,補充了污泥中石灰等堿性物質不足,在高溫燒結過程中石灰與污泥中的Fe2O3、SiO2等成分反應生成鐵酸鈣、硅酸鈣等物質形成黏結相,提高產物強度;

  4)本發明保水材料制備原料絕大部分為廢水污泥,污泥摻量高,成本低;產品孔隙率高,功能性好,無污染,附加值高,可廣泛應用,具有良好的技術經濟性。(發明人康凌晨;劉瑛;李麗坤;趙春輝;林義)

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