頁巖污泥陶粒焙燒制度影響因素的研究
據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部“公告2014年第26號”:2013年,全國投運(yùn)的城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施共4136座,總設(shè)計(jì)處理能力1.61億立方米/日,平均日處理水量1.26億立方米;另據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部2012年環(huán)境污染統(tǒng)計(jì)年報(bào)顯示:2012年城鎮(zhèn)生活污水排放量462.7億噸,比上年增加8.1%;占廢水排放總量的67.6%,比上年增加2.7個(gè)百分點(diǎn)。按照萬噸污水污泥產(chǎn)生量的平均值7.5t(80%水分)計(jì)算,2012年污泥產(chǎn)生量約為3500萬噸(80%水分)。顯而易見,隨著污水處理行業(yè)的快速發(fā)展,作為城鎮(zhèn)污水處理的必然副產(chǎn)物,污泥的處理處置問題變得前所未有的嚴(yán)峻和迫切。
以污水廠的污泥作為主要原料,適量添加頁巖作為輔料,燒制成具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)陶粒和高強(qiáng)陶粒,不但可以消耗大量的污泥,而且可以降低處理成本,同時(shí)避免污泥二次污染,尤其符合固廢處理的無害化、減量化和資源化原則,具有廣闊的發(fā)展前景。
頁巖污泥陶粒生產(chǎn)過程中的影響因素較多,除了生產(chǎn)管理等因素外,主要有原材料性能(即原料配比)、預(yù)燒溫度和預(yù)燒時(shí)間、燒成溫度和燒成時(shí)間的影響。本研究通過不同污泥摻加量的配合比設(shè)計(jì),不同預(yù)燒制度和燒成制度下的陶粒成品性能變化,提出適宜于頁巖污泥陶粒的焙燒制度。
1 實(shí)驗(yàn)原料和方法
1.1實(shí)驗(yàn)原料及基本性能
本實(shí)驗(yàn)采用污水處理廠經(jīng)干燥處理的污泥和遼寧朝陽頁巖原料,原料基本性能如表1所示。
表1 原料的基本性能
1.2實(shí)驗(yàn)方法
分別將破碎處理后的原料按照重量比進(jìn)行配料,加入18%~22%的水拌合均勻,經(jīng)手工制成7mm~10mm的生料球;生料球在100℃±5℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干至恒重,隨后轉(zhuǎn)至事先設(shè)定并升至預(yù)定溫度的箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行要求時(shí)間的預(yù)燒處理;預(yù)燒處理后的料球再轉(zhuǎn)入預(yù)定溫度的箱式高溫爐內(nèi)進(jìn)行要求時(shí)間的燒制,燒制好的陶粒自然冷卻至室溫。按照GB/T17431.2-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法 第二部分:輕集料試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試,測試內(nèi)容包括:堆積密度、1h吸水率。
陶粒的制備過程如圖1所示:
圖1 實(shí)驗(yàn)室陶粒制備流程圖
2 配合比設(shè)計(jì)
配合比設(shè)計(jì)旨在研究在污泥頁巖陶粒生產(chǎn)過程中,實(shí)現(xiàn)污泥的最佳摻加量的工藝參數(shù)。試驗(yàn)中污泥(75%的含水率)的摻加量分別為30%、40%、50%和60%。設(shè)計(jì)的配合比例如2所示。
表2污泥頁巖陶粒配合比設(shè)計(jì)
3 預(yù)燒溫度、預(yù)燒時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)
本試驗(yàn)將表2-1中的配合比1-1~1-5分別在400℃、500℃、600℃的電阻爐中分別預(yù)燒5min、10min、15min、20min后,置于焙燒溫度為1150℃的高溫爐中燒制10min,取出進(jìn)行陶粒性能測試。預(yù)燒時(shí)間對陶粒性能的影響見圖2~圖6,預(yù)燒溫度對陶粒性能的影響見圖7~圖11。
由圖2~圖6可知,以頁巖單獨(dú)為原料的配比1-1,隨著預(yù)燒時(shí)間增長陶粒樣品的堆積密度逐漸增大。
同一預(yù)燒溫度下,隨著污泥摻加量的增加,預(yù)燒時(shí)間逐漸加長。
在400℃預(yù)燒溫度下,污泥摻加量為30%、40%、50%、60%(配比1-2、1-3、1-4、1-5)時(shí)的最佳預(yù)燒時(shí)間為10min、15min、15min和20min。
在500℃預(yù)燒溫度下,污泥摻加量為30%、40%、50%、60%(配比1-2、1-3、1-4、1-5)時(shí)的最佳預(yù)燒時(shí)間為10min、10min、10min和20min。
在600℃預(yù)燒溫度下,污泥摻加量為30%、40%、50%、60%(配比1-2、1-3、1-4、1-5)時(shí)的最佳預(yù)燒時(shí)間為10min、10min、15min和15min。
由圖7~圖11可知, 同一預(yù)燒時(shí)間下,隨著污泥摻加量的增加,預(yù)燒溫度趨于提高。
污泥摻加量為30%、40%(配比1-2、1-3)的最佳預(yù)燒溫度為500℃。
污泥摻加量為50%、60%(配比1-4、1-5)的最佳預(yù)燒溫度為600℃。
由此可見,以頁巖為輔助原料,隨著污泥原料摻加量的增加,需適當(dāng)提高預(yù)燒溫度,延長預(yù)燒時(shí)間,以保證陶粒的膨脹性能。頁巖污泥陶粒各配比預(yù)燒制度優(yōu)化確定見表3。
[Page]
表3 頁巖污泥陶粒的預(yù)燒制度
4 焙燒溫度、焙燒時(shí)間單因素實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)將表2中的配合比1-1~1-5分別在各自的預(yù)燒制度下預(yù)燒,預(yù)燒后的生料球在1050℃、1080℃、1100℃、1130℃、1150℃、1180℃、1200℃的溫度下進(jìn)行焙燒時(shí)間為5min、10min、15min、20min的單因素實(shí)驗(yàn),焙燒好的陶粒樣品進(jìn)行陶粒性能測試。焙燒時(shí)間對陶粒性能的影響見圖12~圖16,焙燒溫度對陶粒性能的影響見圖17~圖21。
通過頁巖污泥的焙燒溫度、焙燒時(shí)間單因素試驗(yàn)結(jié)果顯示,配比1-1~配比1-5的陶粒性能均呈相同的趨勢,即在同一燒成溫度下,隨著燒成時(shí)間的延長,陶粒堆積密度和1h吸水率呈逐漸降低的趨勢,當(dāng)燒成時(shí)間超過15分鐘后,陶粒將會(huì)產(chǎn)生熔融現(xiàn)象,形成過燒;在同一燒成時(shí)間下,隨著燒成溫度的逐漸增加,陶粒的堆積密度和1h吸水率逐漸降低,當(dāng)燒成溫度高于1150℃時(shí),陶粒的堆積密度有的會(huì)提高,此時(shí)陶粒產(chǎn)生熔融,形成過燒現(xiàn)象。
綜合燒成時(shí)間、燒成溫度與堆積密度、吸水率的關(guān)系,配比1-1的較佳的燒成時(shí)間為10分鐘,較佳的燒成溫度尾1120℃,其他配比的較佳燒成時(shí)間和燒成溫度分別為15分鐘和1120℃,燒成溫度范圍在1050℃~1150℃。
不同燒成溫度與燒成時(shí)間下的陶粒堆積密度為300~500級。
5 結(jié)論
(1)以含水率75%計(jì)算的污泥為主要原料,摻配適宜性質(zhì)、摻配量的頁巖為輔助原料,可燒制出符合GB/T17431.2-2010《輕集料及其試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)密度等級要求的陶粒。
(2)采用實(shí)驗(yàn)中選取的頁巖為輔助原料,污泥(以含水率75%計(jì)算)的最高摻加量可達(dá)60%,可燒制成密度等級為300級~500級的陶粒。
(3)通過實(shí)驗(yàn)研究,提出實(shí)驗(yàn)室頁巖污泥陶粒的焙燒工藝參數(shù),如表4所示。
表4 頁巖污泥陶粒焙燒工藝參數(shù)
編輯:陳宗勤
監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com