技术摘要：
本发明属于水污染净化材料技术领域，特别涉及一种污泥灰渣陶粒滤料及其制备方法。该陶粒滤料的原料包括10‑40wt％的污泥灰渣及60‑90wt％的工程弃土；该陶粒的制备方法包括如下步骤：将污泥灰渣和工程弃土按照配比破碎后混合；混合料粉磨至80μm筛余15％‑30％，用圆盘 全部
背景技术：
陶粒滤料是以硅铝质原料为成陶组分，添加适量粘结剂和外加剂，经配料混合、造 粒成球、焙烧而成，按原料组成可分为：黏土陶粒滤料、页岩陶粒滤料、粉煤灰陶粒滤料和污 泥陶粒滤料等。传统滤料主要有：(1)石英砂、火山岩等无机滤料，其比表面积低，挂膜少； (2)玻璃钢、聚苯乙烯等有机滤料，其表面光滑，生物膜附着力差，易老化，且价格昂贵。相比 于传统滤料，陶粒滤料具有多微孔、比表面积高、挂膜性能好和截污能力强等优点，而且原 材料价廉易得。因此研究发展高效价廉的陶粒滤料对于曝气生物滤池污水处理工艺的推广 与应用具有重要意义。 中国专利(申请号200810230795.X)公开了一种主要以60-80％的废玻璃、25-45％ 的污泥、3-10％的添加剂混合后焙烧制备陶粒滤料的方法，其陶粒滤料容重为419Kg/m3，抗 压强度5.2Mpa，酸溶解率9.5％。中国专利(申请号201010249977201210159253.4)，公开了 一种以30-50％的冶金综合污泥，18-30％的煤矸石，8-20％的冶金电力厂粉煤灰，以及10- 40的煤粉组合烧结而成的陶粒滤料，其陶粒滤料抗压强度10.4-14.1MPa，比表面积1-1.96* 104cm2/g，盐酸可溶解率2.24-2.84；中国专利(申请号200610010355.4)公开了一种利用30- 40％的页岩，30-45％的粉煤灰，10-20％的污泥，3-8％的成孔剂和0.5-2％的粘结剂制备而 成的陶粒滤料。其陶粒滤料容重为900-1200Kg/m3，抗压强度5.2MPa，比表面积2-15*104cm2/ g。中国专利(申请号201510985517.5)公开了一种利用50％的给水污泥，25％的污水污泥， 25％的粘土组合配料制备而成的陶粒滤料。其陶粒滤料容重为710-790Kg/m3，空隙率42.3- 53.21％，比表面积0.55-0.74*104cm2/g。 由于《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中对陶粒滤料的相关性能都有具体的指标。 综上所述，现有技术存在的问题如下： (1)现有技术制备的陶粒滤料筒压强度达不到标准《陶粒滤料QB/T4383-2012》标 准中≥8MPa最低要求，或者筒压强度符合标准后其比表面积达不到标准中最低要求≥2* 104cm2/g，或者盐酸可溶解率高于标准的最高限值2％。 (2)陶粒滤料酸溶解率打不到标准《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中≤2％的最低 要求标准要求。 (3)大多采用含水率30-80％的湿污泥，污泥使用量≦50％，污泥干基占比更小，限 制了对污泥的大量使用。 (4)部分专利主要原料是天然的页岩和粘土，目前国内已经禁止开采天然页岩和 粘土。此外还要添加造孔剂和粘结剂，增加了原料成本。 为此申请人设计开发解决上述问题解决上述技术问题的难度和意义： 由于页岩和粘土是一种宝贵的天然资源，大力发展此类陶粒滤料必将导致大量优 4 CN 111574193 A 说 明 书 2/7 页 质耕地的破坏和流失，而用页岩生产陶粒会破坏自然植被和环境，并在一定程度上打破生 态系统的平衡。因此，利用城市污泥焚烧后的污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤 料，不仅为城市污泥的综合利用开辟了的新途径，使城市污泥变废为宝，还可以减少对环境 的污染程度。同时也克服了工程弃土对城市环境和水土流失造成的影响。目前为止，尚未见 利用污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤料的公开报道。
技术实现要素：
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种污泥灰渣陶粒滤料及其制 备方法。本发明充分利用污泥灰渣中的剩余有机碳提高陶粒滤料内部的孔隙结构，以及污 泥灰渣中的铁钙镁等具有助融功能的元素来降低陶粒滤料的烧成温度；制备的陶粒滤料具 有多微孔、比表面积高、挂膜性能好和截污能力强等优点，而且原材料价廉易得，可以应用 在城镇污水处理、水环境治理等。使用城市污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤料， 不仅无害化利用了固废和减少对环境的危害，同时具有较好的社会效益和环境效益。 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种污泥灰渣陶粒滤料，所述陶粒滤料的原料配方包括0-40wt％的污泥灰渣，0- 60wt％的工程弃土； 所述污泥灰渣由城市污泥焚烧制得，烧失量为0-2％；制备污泥灰渣的城市污泥含 水率为80％；污泥灰渣包括如下成分：35-45wt％SiO2；18-24wt％Al2O3；10-16％Fe2O3；5- 8wt％CaO；3-6wt％MgO；2-4wt％K2O；1-3wt％Na2O； 所述工程弃土的烧失量为8-12％，焚烧前的含水率8-15％；工程弃土包括如下成 分：48-55wt％SiO2；15-22wt％Al2O3；2-8wt％Fe2O3；2-6wt％CaO；2-5wt％MgO；0-2wt％K2O； 0-2wt％Na2O。 进一步，所述陶粒滤料的特性如下：筒压强度为8.6-17.0MPa，堆积密度为769.2- 924.9kg/m3、空隙率≧40％、比表面积≧2*104cm2/g。 进一步，本发明还公开了上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将10-40wt％污泥灰渣、60-90wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余15-30％，用圆盘造粒机制成生料球 体，生料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球体放入马弗炉中，从20℃升温至200℃-700℃，升温时间70- 100min，保温5-15min；再从700℃升温至焙1050℃-1150℃，升温时间30-45min，保温5- 20min后，自然冷却到常温。 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将40wt％污泥灰渣、60wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余30％，用圆盘造粒机制成生料球体，生 料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球体放入马弗炉中，从20℃升温至200℃，升温时间70min，保 温5min；再从700℃升温至焙1050℃，升温时间30min，保温5min后，自然冷却到常温。 5 CN 111574193 A 说 明 书 3/7 页 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤：S1、将30wt％污泥 灰渣、70wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生 料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时，然后将烘干过得生料球放入马 弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间85min，保温10min；再从700℃升温至焙烧温度1080 ℃，升温时间40min，保温15min后，自然冷却到常温。 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将20wt％污泥灰渣、80wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余20％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的 颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过的生料球放入马弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间90min，保温 15min，再从700℃升温至焙烧温度1110℃，升温时间40min，保温15min后，自然冷却到常温。 更进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将10wt％污泥灰渣、90wt％工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、然后在小球磨机内粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球 体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球放入马弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间100min，保温 15min，再从700℃升温至焙烧温度1150℃，升温时间45min，保温20min后，自然冷却到常温。 本发明具有的优点和积极效果是： 本发明选用的污泥灰渣为城市污泥经800℃焚烧后的产物(污泥焚烧后减重90％ 左右)，污泥灰渣中主要由硅铝铁钙镁等元素组成，其中铁钙镁元素可以降低陶粒滤料的烧 成温度，节省助溶剂成本。污泥灰渣中含有未燃烧尽的少量有机碳(0-5％)，充分利用污泥 灰渣中的少量碳成分，有效地改善了陶粒容重和内部多孔结构，节省了造孔剂等额外成本。 此外，与现有技术中采用脱碳煤泥相比，污泥灰渣有如下优点：①、碳含量<2％，有利于控制 陶粒内部的孔隙结构；②助溶剂矿物(Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O)含量高，有利于降低陶粒的 烧成温度和增加陶粒表面玻化层厚度；③易磨性好，节省粉磨电耗。④污泥灰渣不含水分， 可以与其他原料一起粉磨，保证了生料的均匀性。 本发明使用污泥灰渣配料的情况下，相比湿污泥的掺量(≦50％)，最高可提升25 倍，不仅把陶粒滤料的性能指标符合《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中的相关规定，同时也 大幅度提高了陶粒的筒压强度(8.6-17.0MPa)，为城市污泥的大规模、无害化、高值化使用 提供了一条新的路径。 本发明首次提出利用污泥灰渣和工程弃土组合配料制备陶粒滤料，解决了工程弃 土对城市环境和水土流失造成的影响，并充分工程弃土本身所具有的良好塑性指数，在制 备陶粒过程中，可以有效地降低成球造粒工艺的难度，节约了能耗，并能充分利用了废弃粘 土内部内的硅铝成分，增加了陶粒滤料的强度。 6 CN 111574193 A 说 明 书 4/7 页 本发明不需要添加其他助溶剂或者造孔剂等添加剂，节省了原料成本，保证了陶 粒生料的均匀性和稳定性。
本发明属于水污染净化材料技术领域，特别涉及一种污泥灰渣陶粒滤料及其制备方法。该陶粒滤料的原料包括10‑40wt％的污泥灰渣及60‑90wt％的工程弃土；该陶粒的制备方法包括如下步骤：将污泥灰渣和工程弃土按照配比破碎后混合；混合料粉磨至80μm筛余15％‑30％，用圆盘 全部
背景技术：
陶粒滤料是以硅铝质原料为成陶组分，添加适量粘结剂和外加剂，经配料混合、造 粒成球、焙烧而成，按原料组成可分为：黏土陶粒滤料、页岩陶粒滤料、粉煤灰陶粒滤料和污 泥陶粒滤料等。传统滤料主要有：(1)石英砂、火山岩等无机滤料，其比表面积低，挂膜少； (2)玻璃钢、聚苯乙烯等有机滤料，其表面光滑，生物膜附着力差，易老化，且价格昂贵。相比 于传统滤料，陶粒滤料具有多微孔、比表面积高、挂膜性能好和截污能力强等优点，而且原 材料价廉易得。因此研究发展高效价廉的陶粒滤料对于曝气生物滤池污水处理工艺的推广 与应用具有重要意义。 中国专利(申请号200810230795.X)公开了一种主要以60-80％的废玻璃、25-45％ 的污泥、3-10％的添加剂混合后焙烧制备陶粒滤料的方法，其陶粒滤料容重为419Kg/m3，抗 压强度5.2Mpa，酸溶解率9.5％。中国专利(申请号201010249977201210159253.4)，公开了 一种以30-50％的冶金综合污泥，18-30％的煤矸石，8-20％的冶金电力厂粉煤灰，以及10- 40的煤粉组合烧结而成的陶粒滤料，其陶粒滤料抗压强度10.4-14.1MPa，比表面积1-1.96* 104cm2/g，盐酸可溶解率2.24-2.84；中国专利(申请号200610010355.4)公开了一种利用30- 40％的页岩，30-45％的粉煤灰，10-20％的污泥，3-8％的成孔剂和0.5-2％的粘结剂制备而 成的陶粒滤料。其陶粒滤料容重为900-1200Kg/m3，抗压强度5.2MPa，比表面积2-15*104cm2/ g。中国专利(申请号201510985517.5)公开了一种利用50％的给水污泥，25％的污水污泥， 25％的粘土组合配料制备而成的陶粒滤料。其陶粒滤料容重为710-790Kg/m3，空隙率42.3- 53.21％，比表面积0.55-0.74*104cm2/g。 由于《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中对陶粒滤料的相关性能都有具体的指标。 综上所述，现有技术存在的问题如下： (1)现有技术制备的陶粒滤料筒压强度达不到标准《陶粒滤料QB/T4383-2012》标 准中≥8MPa最低要求，或者筒压强度符合标准后其比表面积达不到标准中最低要求≥2* 104cm2/g，或者盐酸可溶解率高于标准的最高限值2％。 (2)陶粒滤料酸溶解率打不到标准《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中≤2％的最低 要求标准要求。 (3)大多采用含水率30-80％的湿污泥，污泥使用量≦50％，污泥干基占比更小，限 制了对污泥的大量使用。 (4)部分专利主要原料是天然的页岩和粘土，目前国内已经禁止开采天然页岩和 粘土。此外还要添加造孔剂和粘结剂，增加了原料成本。 为此申请人设计开发解决上述问题解决上述技术问题的难度和意义： 由于页岩和粘土是一种宝贵的天然资源，大力发展此类陶粒滤料必将导致大量优 4 CN 111574193 A 说 明 书 2/7 页 质耕地的破坏和流失，而用页岩生产陶粒会破坏自然植被和环境，并在一定程度上打破生 态系统的平衡。因此，利用城市污泥焚烧后的污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤 料，不仅为城市污泥的综合利用开辟了的新途径，使城市污泥变废为宝，还可以减少对环境 的污染程度。同时也克服了工程弃土对城市环境和水土流失造成的影响。目前为止，尚未见 利用污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤料的公开报道。
技术实现要素：
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种污泥灰渣陶粒滤料及其制 备方法。本发明充分利用污泥灰渣中的剩余有机碳提高陶粒滤料内部的孔隙结构，以及污 泥灰渣中的铁钙镁等具有助融功能的元素来降低陶粒滤料的烧成温度；制备的陶粒滤料具 有多微孔、比表面积高、挂膜性能好和截污能力强等优点，而且原材料价廉易得，可以应用 在城镇污水处理、水环境治理等。使用城市污泥灰渣和工程弃土为主要原料制备陶粒滤料， 不仅无害化利用了固废和减少对环境的危害，同时具有较好的社会效益和环境效益。 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种污泥灰渣陶粒滤料，所述陶粒滤料的原料配方包括0-40wt％的污泥灰渣，0- 60wt％的工程弃土； 所述污泥灰渣由城市污泥焚烧制得，烧失量为0-2％；制备污泥灰渣的城市污泥含 水率为80％；污泥灰渣包括如下成分：35-45wt％SiO2；18-24wt％Al2O3；10-16％Fe2O3；5- 8wt％CaO；3-6wt％MgO；2-4wt％K2O；1-3wt％Na2O； 所述工程弃土的烧失量为8-12％，焚烧前的含水率8-15％；工程弃土包括如下成 分：48-55wt％SiO2；15-22wt％Al2O3；2-8wt％Fe2O3；2-6wt％CaO；2-5wt％MgO；0-2wt％K2O； 0-2wt％Na2O。 进一步，所述陶粒滤料的特性如下：筒压强度为8.6-17.0MPa，堆积密度为769.2- 924.9kg/m3、空隙率≧40％、比表面积≧2*104cm2/g。 进一步，本发明还公开了上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将10-40wt％污泥灰渣、60-90wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余15-30％，用圆盘造粒机制成生料球 体，生料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球体放入马弗炉中，从20℃升温至200℃-700℃，升温时间70- 100min，保温5-15min；再从700℃升温至焙1050℃-1150℃，升温时间30-45min，保温5- 20min后，自然冷却到常温。 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将40wt％污泥灰渣、60wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余30％，用圆盘造粒机制成生料球体，生 料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球体放入马弗炉中，从20℃升温至200℃，升温时间70min，保 温5min；再从700℃升温至焙1050℃，升温时间30min，保温5min后，自然冷却到常温。 5 CN 111574193 A 说 明 书 3/7 页 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤：S1、将30wt％污泥 灰渣、70wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内将混合料粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生 料球体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时，然后将烘干过得生料球放入马 弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间85min，保温10min；再从700℃升温至焙烧温度1080 ℃，升温时间40min，保温15min后，自然冷却到常温。 进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将20wt％污泥灰渣、80wt％的工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、在小球磨机内粉磨至80μm筛余20％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球体的 颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过的生料球放入马弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间90min，保温 15min，再从700℃升温至焙烧温度1110℃，升温时间40min，保温15min后，自然冷却到常温。 更进一步，上述陶粒滤料的制备方法，该方法主要包括如下步骤： S1、将10wt％污泥灰渣、90wt％工程弃土分别破碎后混合在一起； S2、然后在小球磨机内粉磨至80μm筛余15％，用圆盘造粒机制成生料球体，生料球 体的颗粒大小为0.5-9.0mm； S3、将所述生料球体在烘箱中以105℃烘干2小时； S4、将烘干过得生料球放入马弗炉中，从20℃升温至700℃，升温时间100min，保温 15min，再从700℃升温至焙烧温度1150℃，升温时间45min，保温20min后，自然冷却到常温。 本发明具有的优点和积极效果是： 本发明选用的污泥灰渣为城市污泥经800℃焚烧后的产物(污泥焚烧后减重90％ 左右)，污泥灰渣中主要由硅铝铁钙镁等元素组成，其中铁钙镁元素可以降低陶粒滤料的烧 成温度，节省助溶剂成本。污泥灰渣中含有未燃烧尽的少量有机碳(0-5％)，充分利用污泥 灰渣中的少量碳成分，有效地改善了陶粒容重和内部多孔结构，节省了造孔剂等额外成本。 此外，与现有技术中采用脱碳煤泥相比，污泥灰渣有如下优点：①、碳含量<2％，有利于控制 陶粒内部的孔隙结构；②助溶剂矿物(Fe2O3，CaO，MgO，K2O，Na2O)含量高，有利于降低陶粒的 烧成温度和增加陶粒表面玻化层厚度；③易磨性好，节省粉磨电耗。④污泥灰渣不含水分， 可以与其他原料一起粉磨，保证了生料的均匀性。 本发明使用污泥灰渣配料的情况下，相比湿污泥的掺量(≦50％)，最高可提升25 倍，不仅把陶粒滤料的性能指标符合《陶粒滤料QB/T4383-2012》标准中的相关规定，同时也 大幅度提高了陶粒的筒压强度(8.6-17.0MPa)，为城市污泥的大规模、无害化、高值化使用 提供了一条新的路径。 本发明首次提出利用污泥灰渣和工程弃土组合配料制备陶粒滤料，解决了工程弃 土对城市环境和水土流失造成的影响，并充分工程弃土本身所具有的良好塑性指数，在制 备陶粒过程中，可以有效地降低成球造粒工艺的难度，节约了能耗，并能充分利用了废弃粘 土内部内的硅铝成分，增加了陶粒滤料的强度。 6 CN 111574193 A 说 明 书 4/7 页 本发明不需要添加其他助溶剂或者造孔剂等添加剂，节省了原料成本，保证了陶 粒生料的均匀性和稳定性。
