陶粒,作為一種建筑用輕骨料,以其輕體、保溫、環(huán)保等特性受到了人們的極大重視。當(dāng)前我國(guó)陶粒主要以粘土陶粒為主,而粘土原料的來(lái)源絕大部分取自于耕地,不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

因此以污水廠的污泥為主要原料,加以一定量的輔料、外加劑,經(jīng)過(guò)脫碳和燒脹制成具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)陶粒,可以大量的消耗脫水污泥,不但處理成本大大低于焚燒法,而且可以避免污泥二次污染,尤其符合我國(guó)固廢處理的無(wú)害化、減量化和資源化原則將有廣闊的發(fā)展前景。

1 輕質(zhì)陶粒開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1輕質(zhì)陶粒概述 輕質(zhì)陶粒是陶粒中的一個(gè)品種,我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《超輕陶粒和陶砂》JC487-92將它定義為“堆 積密度不大于500kg/m3 的陶粒"。按其堆積密度分為200,300,400和500等4級(jí)。按其zui大粒徑分為10mm和20mm兩類(lèi)。按其質(zhì)量指標(biāo)分為優(yōu)等品(A)、一等品(B)和合格品(C)[2]。

輕質(zhì)陶粒采用黏土、頁(yè)巖或粉煤灰為主要原料,通過(guò)回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒,經(jīng)膨化而成,是一種優(yōu)良的混凝土輕骨料,由于其內(nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),因而具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小等特點(diǎn)。

以它為原料制成的輕骨料混凝土空心砌塊、梁、板等已成為我國(guó)發(fā)展新型墻體材料、代替實(shí)心黏土磚的主導(dǎo)產(chǎn)品。其中“輕骨料混凝土空心砌塊"已列入科技部、財(cái)務(wù)部、國(guó)家稅務(wù)總局2000年9月15日發(fā)布的《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》中。

1.2污泥制陶粒國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 近期,國(guó)外已有不少關(guān)于將污泥制成輕質(zhì)建筑材料的報(bào)道。在日本,以燃燒過(guò)的污泥粉為主要原料,與污泥干粉或者粉煤等可燃性粉末,按需要的發(fā)熱量調(diào)配成混合料,加水造粒,在鏈?zhǔn)綗Y(jié)機(jī)上燒成輕骨料。輕骨料的燒結(jié)溫度為1000～1100℃,燒結(jié)時(shí)間為25～30min。輕骨料的筒壓強(qiáng)度為3～4Mpa,吸水率為16%～18%。福航公司李聯(lián)盟介紹，在美國(guó),NakouziS等人通過(guò)研究[3],發(fā)現(xiàn)回收或再利用染料污泥,將其轉(zhuǎn)變成制陶粒的制陶成分,代替了原有的土地填埋的處理方法,取得了一定經(jīng)濟(jì)效益,并同時(shí)解決了污泥處置問(wèn)題。

1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了大量污泥制輕質(zhì)陶粒的研究,并取得了一定的成果。山東福航新能源環(huán)保股份有限公司采用城市污水廠污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質(zhì)陶粒獲得成功，該企業(yè)以污泥為主要原料,摻以粘土和少量固體燃料研制生產(chǎn)出污泥陶粒,使污泥變廢為寶,有利于改善環(huán)境污染,具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益效益。

2 前景展望

2.1技術(shù)可行性分析

污水廠污泥是在一系列水處理工藝中從污水 中分離出來(lái)的生物固體。其無(wú)機(jī)成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3為主,類(lèi)似粘土的主要成分。據(jù)福航公司李聯(lián)盟介紹，燒制陶粒時(shí),原料的化學(xué)成分是致陶粒膨脹的主要因素。按其作用可分為3類(lèi):其一是成陶成分,有SiO2、Al2O3及Fe2O3,在原料中占3/4;其二是起助熔作用的熔劑氧化物,有Na2O、K2O、FeO、MgO等;其三是發(fā)氣物,在物料高溫時(shí)產(chǎn)生氣體,如H2O、O2、CO2、CO、H2等。經(jīng)過(guò)上百件樣的試燒,不添加助脹劑的原料化學(xué)成分多在以下范圍(%):SiO2:48～68、Al2O3:12～18、Fe2O3:5～10、K2O+Na2O:2.5～7.0。原料的化學(xué)成分如能控制在上述 范圍內(nèi),多數(shù)料球都能燒脹。學(xué)者Riley在研究粘 土陶粒燒脹性時(shí)[8],發(fā)現(xiàn)在某溫度范圍內(nèi),當(dāng)所用陶粒原料的化學(xué)成分處于某一范圍時(shí),所得陶粒均具有良好的燒脹性。據(jù)此,他提出了用三元法表示原料化學(xué)成分的Riley三角形,并具體圈定形成適宜粘度的原料化學(xué)成分范圍%如圖2表示:適宜粘度的原料化學(xué)成分范圍為SiO2:53%～79%,Al2O3:10%～25%,Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等熔劑之和13%～26%[9]。

2.2經(jīng)濟(jì)效益

以輕質(zhì)陶粒代替礫石制成的超輕陶粒混凝土小型空心砌塊和隔墻板是性能優(yōu)良的新型墻體材料,在建筑行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)測(cè)算,陶粒混凝土應(yīng)用于高層建筑,可以減輕建筑物自重30%,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度20%,降低造價(jià)10%。云南省設(shè)計(jì)院曾對(duì)21M跨度的小型網(wǎng)架作過(guò)結(jié)構(gòu)費(fèi)用對(duì)比分析。當(dāng)采用陶粒輕混凝土屋面板時(shí)網(wǎng)架自重比普通鋼筋混凝土材料減輕了1.78kg/m3,按網(wǎng)架造價(jià)5000元/t計(jì)算可減少網(wǎng)架結(jié)構(gòu)費(fèi)用8.9元/m3。工程應(yīng)用結(jié)果表明,超輕陶粒應(yīng)用于屋面其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較佳[10]。

2.3環(huán)境效益

以污水廠污泥制成輕質(zhì)陶粒,變廢為寶,將大大減輕日益嚴(yán)峻的污泥處理問(wèn)題。福航公司李聯(lián)盟介紹，在處理過(guò)程中,大量病原菌被高溫殺死,且重金屬固結(jié)在陶粒中,消除了污泥農(nóng)用過(guò)程中,重金屬?gòu)霓r(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入食物鏈,zui終進(jìn)入人體,并在人體內(nèi)富集的問(wèn)題,避免了二次污染的產(chǎn)生,真正體現(xiàn)了固體廢物處理的無(wú)害化、減量化、資源化原則,環(huán)境效益顯著。

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