水处理污泥陶粒砂实验分析

导读:　　1.原料的热重分析.　　3种原料的TGA曲线，污泥样品的干基中可烧出有机成分的含量达到40%，这些有机成分如果在配料中充当部分燃分，可以起到降低陶粒砂烧成能耗的作用。

随着我国社会经济发展和城市人口增加，城市污水处理厂的数量、规模都在日益增大，污水处理过程所产生的大量剩余污泥的处置问题也尤显突出，成为亟待解决的环保问题。

剩余污泥中含有大量有机质，病原菌、寄生虫以及重金属等有毒有害物，且常伴有恶臭，如果将这些污泥不加处理地任意排放，将会对环境造成二次污染。

污泥也被用作陶粒砂配料，但一般只占10%左右，如果直接将湿态剩余污泥大比例地用于陶粒砂配料组成，再通过塑性成型法加工陶粒砂料球，将会直接免去剩余污泥的脱水环节（该环节因成本高成为了剩余污泥资源化中的制约环节），但是陶粒砂配料中污泥比例过大后，重金属成分可否通过高温烧结的方式被固定，还需进一步考察。

以湿态污泥为主要原料、辅以建筑集料洗选后的尾泥（即集料尾泥，以下简称“尾泥”）和粉煤灰进行配料制备高性能陶粒砂的研究，并表征了污泥陶粒砂结构对重金属的固定作用，陶粒砂制备中还模拟了工业回转窑的加工过程。

　　1.原料的热重分析. 　　3种原料的TGA曲线，污泥样品的干基中可烧出有机成分的含量达到40%，这些有机成分如果在配料中充当部分燃分，可以起到降低陶粒砂烧成能耗的作用。

与污泥样品相比，粉煤灰的组成在900℃以下较为稳定，热失重值可忽略不计，可以作为陶粒砂结构中的骨架。

从尾泥的热失重曲线可看出，这是一个典型黏土矿物绿脱石的失重曲线，说明尾泥中主要成分为黏土质矿物，这也从集料尾泥的结合性能得到证明：加入25%的集料尾泥后，获得的陶粒砂生料球在烧成升温速度为40℃/min时不发生溃散。

　　2.陶粒砂样品的形貌。

　　https://www.flowerba.com/陶粒砂的外观形貌：陶粒砂样品的外观形貌，不掺污泥的陶粒砂样品表面无釉，粗糙度较大；掺加50%污泥的陶粒砂样品表面出现了玻璃釉质层。

这说明污泥所含的有机成分在高温氧化后，所释放的热量能使该物料体系出现足够的液相并降低其黏度，即能降低样品的烧结温度，这也表明污泥中的有机成分可替代部分燃料。

　　https://www.flowerba.com/陶粒砂的微观形貌：介绍了作为轻骨料的陶粒砂，其微观形貌直接受配料组成是否有高温发胀作用影响：在一个以SiO2、Al2O3和熔融物质为3个组成顶点的相图中，当陶粒砂坯体的化学组成位于相图上SiO2为53%~79%、Al2O3为10%~25%、熔融物总和为13%~26%的范围内，烧成时生成的液相量和液相黏度能满足陶粒砂坯体中高温生成气体的发胀要求，从而可以获得有多孔微观形貌的轻质陶粒砂；如果坯体化学组成在该范围之外，则高温生成的液相量及其黏度值，将不利于高温气体的发胀作用。

高温发胀气体主要由下列反应产生。

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陶粒砂在废水除磷的效果

众所周知，在全球经济发展的浪潮中，资源与环境是人类遇到的两大难题，节约资源、保护环境的要求越来越 高。

因此，寻找适应这种形势发展的新材料具有十分重要的意义。

而多孔陶粒砂正是适应了这种形势发展需求的新材 料，它能够提高效率、节约能源、变废为宝，在环境保护方面发挥着越来越大的作用。

以天然陶土为主要原料，掺 加适量的化工原料，生产出一种较理想的水处理滤料—球形轻质陶粒砂，用于曝气生物滤池处理城市废水；某江水中 有机污染物较多，AOC（可同化有机碳）浓度高达619μg/L，常规处理工艺对原水中AOC的去除率为，而用生物 陶粒砂预处理对AOC的去除率为54%，有效减小了后续单元的负担。

目前，将陶粒砂应用于水源水去除微污染物的研究也 已相继开展。

　　多孔陶粒砂粒度均匀，强度高，表面多微孔，内部网纵横交错，不易板结，具有很强的吸附能力，使用寿命长。

陶粒砂中含有一定的CaO、Al2O3和Fe2O3等，CaO对磷有沉淀作用，Al2O3和Fe2O3有吸收磷的能力。

采用回转窑在 1200℃烧成的球状陶粒砂做了吸收磷的实验，发现最高吸收率可达3465mg/kg。

制备出了多种陶粒砂，对陶粒砂有了初步的 认识，并通过静态试验和动态试验对陶粒砂的性能及其除磷的效果进行了测试。

　　主要研究陶粒砂去除水中磷酸盐的各个影响因素：包括陶粒砂的种类、振荡时间等，分析陶粒砂除磷的最佳种类以及最佳反应时间。

　　以自制模拟废水为原水，通过静态烧杯试验，考察了自制多孔陶粒砂在一定的升温速率和保温时间下，添加剂的成份和含量对陶粒砂除磷效果的影响以及对出水pH值的影响。

　　（1）钙的含量对除磷效果的影响。

（2）镁的含量对除磷效果的影响。

（3）铁的含量对除磷效果的影响。

　　综上所述，陶粒砂的种类不同，其对废水中磷酸盐的去除率不同。

　　废水中的陶粒砂随着振荡时间的增加，其吸附量不断增大，溶液中残余磷浓度不断降低，水体中磷酸盐去除率不断增大。

在振荡时间为5h时，含钙陶粒砂对磷的去除率达到90%以上，含钙镁、钙铁陶粒砂在振荡18h时，对磷的去除率也可达到80%以上，去除效果较好。

在试验的过程中，发现含钙陶粒砂的锥形瓶中有絮状物产生，这可能也是其处理效果好于其余几种陶粒砂的原因之一。

　　（1）陶粒砂对出水pH的影响。

（2）陶粒砂对废水中磷酸盐的动态吸附。

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尾矿砂、废矿页岩转变高强陶粒砂实验

1.尾矿砂、废矿页岩的膨胀性能试验。

　　分别对尾矿砂和废矿页岩单独试烧、按不同比例搭配试烧、固定比例添加不同的外加剂试烧,以了解它们在不同条件下的膨胀性能。

　　在试验过程中发现: 　　1)尾矿砂较粗,塑性极差,几乎无法成球;废矿页岩粉煤灰的塑性比尾矿砂好,但比粘土差,所以料球的强度也不高,难以达到生产要求;料球强度随着废矿页岩比例的增大而逐步提高。

　　2)尾矿砂基本不膨胀,表面粗糙,有明显的细砂颗粒,软化温度较高,粗细不同的颗粒软化温度有明显差别;废矿页岩的膨胀性能较好,粉磨成球后在实验室可以烧制出颗粒密度约400kg/m3的陶粒砂,陶粒砂表面比较光滑,挂釉明显,内部气孔的大小和分布都比较均匀,但烧成温度范围比较窄。

　　3)尾矿砂和废矿页岩搭配后烧制的陶粒砂颗粒密度偏高,表面粗糙,废矿页岩的比例越大,膨胀性能越好,表面越光滑,但烧成温度仍然偏高,烧成温度范围较窄。

　　4)添加适量外加剂后,陶粒砂的烧成温度有明显降低,膨胀性能也有不同程度的好转。

　　2.强度性能试验在。

　　节膨胀性能试验的基础上,分别对废矿页岩进行配方单烧、对尾矿砂和废矿页岩搭配后添加粘土作为粘结剂进行配方试烧,先验证其膨胀性能,再了解其强度性能。

　　添加的粘土虽然不膨胀,但较好的塑性可以增强料球的强度。

通过测试料球强度,确定每100g主原料加入10~20克的粘土即可达到要求。

　　1)利用配制的矿物掺合料取代水泥来配制C30混凝土,分析发现,A,B组的后期强度比基准混凝土有所提高,而C组无论早期还是后期的强度都低于基准混凝土.说明A,B两组复合掺合料的各组分活性在配制混凝土过程能够得到充分发挥,并且发生了叠加效应,从而大大提高混凝土的强度,也说明矿物掺合料等量取代水泥的合适量为35%~40%。

　　2)该研究说明利用新型矿物掺合料配制的混凝土的工作性能和力学性能指标优于基准混凝土,并与利用双掺(粉煤灰与矿渣)和叁掺(粉煤灰,矿渣,天然矿粉)矿物掺合料配制的混凝土的性能相当。

这说明利用上述四种矿物相掺的新型复合矿物掺合料来配制混凝土是可行的。

　　3)用新型复合矿物掺合料等量取代部分水泥后,配制出目前工程中常用的C30级混凝土,不仅可以节约水泥,改善混凝土的各项性能,同时还可达到保护环境,减少污染,即达到节约资源和能源的目的,具有较好的经济效益和社会效益。

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