污泥制备陶粒及其性能研究
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第 40 卷 第 4 期 2017 年 8 月
辽宁科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Liaoning
Vol. 40 No. 4 Aug. 2017
污泥制备陶粒及其性能研究
余锋波 1，金文杰 1，聂振皓 2
（1.辽宁科技大学 化学工程学院，辽宁 鞍山 114051；2.鞍山市环保局，辽宁 鞍山 114009）
2 分析方法及研究方法
2.1 分析方法 （1）污泥的含水率和有机物含量。含水率和
有机物含量是城市污泥和黏土的重要指标。城市 污泥和黏土的有机物含量会影响陶粒烧结过程及 烧成陶粒性能。
含水率：用分析天平称量质量为 M1 的原料放 入干燥箱中，105 ℃条件下，干燥 2 h 后，取出自然 冷却至室温后，称量记为 M2 。即含水率=（ M1 M2）*100%/ M1 。
筒的水位为 V（mL）。则陶粒颗粒表观密度= M × 1 000（/ V - V0）。
吸水率检测步骤：称取陶粒质量 M（g）。将称 量试样放入盛水的容器中并淹没。陶粒放入水中 1 h 后，将其陶粒取出放在 2 mm 的筛子上，滤水 5~ 10 min，然后称量记为 M1（g）。陶粒的 1 h 吸水率= （ M1 - M ）/ M ×100%。
关键词：城市污泥；黏土；陶粒；焦化废水 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1048（2017）04-0274-07 DOI：10.13988/j.ustl.2017.04.007
城市污泥除水分外主要含大量有机物、致病 细菌和病毒，在微生物的作用下易氧化分解。不 经过处理的城市污泥任意排放，会对人体健康、环 境、土壤、大气和水体产生危害。当前污泥的处理 技术有农用、综合利用、陆地填埋、露天堆放、外运 和焚烧［1］。我国各处理技术所占比例为陆地填埋 约 占 63.06% ，外 运 约 占 14.42% ，污 泥 农 用 约 占 13.51% ，综 合 利 用 约 占 5.41% ，露 天 堆 放 约 占 1.80%，焚烧约占 1.80%，总体污泥处置利用效率较 低［2］，污泥资源化途径较少。随着污泥量逐年增 加，到 2020 年预计将突破 6 000 万吨［3］，寻找到一 种合理的资源化技术尤为重要。
1 实验材料及仪器
材料：城市污泥，鞍山市大孤山污水处理厂；
收稿日期：2017-06-19。 基金项目：辽宁省教育厅先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心开放课题。 作者简介：余锋波（1993—），男，江西上饶人。 通讯作者：金文杰（1967—），女，辽宁鞍山人，教授。
第4期
余锋波，等：污泥制备陶粒及其性能研究
有机物含量（VSS）：用分析天平称量质量为 M1 的原料放入马弗炉中，600 ℃条件下，干燥 30 min 后，自然冷却至室温后，取出称量记为 M2 。即 有机物含量 VSS=（ M1 - M2）*100%/ M1 。
（2）X 射线衍射和原子吸收光谱。利用荷兰 PANalytical 公司 Xpert X 型 X 射线衍射仪分析城 市污泥和黏土的物相，射线源为 Cu Ka 靶射线，扫 描范围为 2θ =0°~90°。利用原子吸收光谱，测定城 市污泥和黏土的金属氧化物组成。
污泥综合利用技术当前所占比例较少，但综 合利用技术能实现污泥无害化和资源化，满足废 物再利用原则，是污泥利用的发展趋势。利用污 泥制备陶粒属于污泥综合利用的一种方式。陶粒 按制备的原料可分为黏土陶粒、粉煤灰陶粒和生
物泥陶粒［4］。烧制工艺一般经过预热过程和烧结 过程。烧制成的陶粒主要有以下用途：（1）利用陶 粒内部多孔，比表面积较大，热稳定性好，具有较 好的吸附性能，可以作为生物载体，来处理城镇和 工业污水；（2）陶粒还可以生产轻质砌块，达到环 保节能和隔热的效果；（3）利用陶粒的保温、隔热 性能生产地面垫层和楼层底面［5］。常规的污泥处 理方法，如填埋和焚烧等，已经难以适应污泥增长 的速度和日益严格的环境标准。污泥制备陶粒实 现废物利用，减少环境危害，产生二次污染少，而 且制备的陶粒可应用于水处理工程，有一定的经 济价值回报，是一种高效、经济的处理技术。本论 文主要研究污泥陶粒的制备方法及其在废水处理 中的应用。
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黏土，鞍山市千山山脉；九水合硅酸钠，分析纯；浓 硝酸；高氯酸；重铬酸钾，化学纯；硫酸-硫酸银溶 液；硫酸汞；六水合硫酸亚铁铵，分析纯。
仪器：原子吸收光谱仪 GY-MARS/T 3600；电 热 恒 温 干 燥 箱 DHG- 9070A；水 浴 加 热 器 WSZ100A；马弗炉 SX2-10-12；X 射线衍射光谱仪 Xpert X 型 ；电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 仪 Optima 5300DV；新型高速连续式超微粉碎机 CLF-30B；电 子调温万用电炉 DK-98-ll。
（3）陶粒的性能检测。本实验主要检测陶粒 的表观密度、吸水率和侵蚀率。表观密度单位为 kg/m3，检测步骤：称量陶粒试样，记为 M（g），放入 烧杯中浸水。1 h 后取出。再放在 2 mm 的筛子上 滤水 5~10 min。取一个装有 5~15 mL 清水的 20 mL 的量筒，先记录初始量筒的水位为 V0（mL），将 滤水 5~10 min 的陶粒放入 20 mL 的量筒中，记量
摘 要：采用鞍山市大孤山污水处理厂城市污泥和鞍山市千山山脉的黏土为主要原料制备陶粒。采用 X 射线
衍射法和原子吸收法测定城市污泥和黏土的成分，主要含有 SiO2和 Al2O3；通过正交实验得到了城市污泥和黏土 制备陶粒的最佳配方，配方是城市污泥与黏土比为 3：1，烧结温度为 1 000 ℃，保温时间为 30 min，添加剂为 15%；测定了陶粒的吸水率、表观密度和侵蚀率，得到了吸水率和表观密度成正相关，粒径为 5 mm 侵蚀率最小， 30 h 的侵蚀率是 0.17%。将粒径为 2、5 和 7 mm 陶粒应用于焦化废水，研究了陶粒表面微生物附着效果；通过三 组对比实验可知，同时加入污泥和陶粒处理焦化废水的效果最好，焦化废水 COD 从 637.4 mg/L 降到 40.3 mg/L， 只加入陶粒处理焦化废水最差，焦化废水 COD 从 637.4 mg/L 降到 128.9 mg/L。
辽宁科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Liaoning
Vol. 40 No. 4 Aug. 2017
污泥制备陶粒及其性能研究
余锋波 1，金文杰 1，聂振皓 2
（1.辽宁科技大学 化学工程学院，辽宁 鞍山 114051；2.鞍山市环保局，辽宁 鞍山 114009）
2 分析方法及研究方法
2.1 分析方法 （1）污泥的含水率和有机物含量。含水率和
有机物含量是城市污泥和黏土的重要指标。城市 污泥和黏土的有机物含量会影响陶粒烧结过程及 烧成陶粒性能。
含水率：用分析天平称量质量为 M1 的原料放 入干燥箱中，105 ℃条件下，干燥 2 h 后，取出自然 冷却至室温后，称量记为 M2 。即含水率=（ M1 M2）*100%/ M1 。
筒的水位为 V（mL）。则陶粒颗粒表观密度= M × 1 000（/ V - V0）。
吸水率检测步骤：称取陶粒质量 M（g）。将称 量试样放入盛水的容器中并淹没。陶粒放入水中 1 h 后，将其陶粒取出放在 2 mm 的筛子上，滤水 5~ 10 min，然后称量记为 M1（g）。陶粒的 1 h 吸水率= （ M1 - M ）/ M ×100%。
关键词：城市污泥；黏土；陶粒；焦化废水 中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1048（2017）04-0274-07 DOI：10.13988/j.ustl.2017.04.007
城市污泥除水分外主要含大量有机物、致病 细菌和病毒，在微生物的作用下易氧化分解。不 经过处理的城市污泥任意排放，会对人体健康、环 境、土壤、大气和水体产生危害。当前污泥的处理 技术有农用、综合利用、陆地填埋、露天堆放、外运 和焚烧［1］。我国各处理技术所占比例为陆地填埋 约 占 63.06% ，外 运 约 占 14.42% ，污 泥 农 用 约 占 13.51% ，综 合 利 用 约 占 5.41% ，露 天 堆 放 约 占 1.80%，焚烧约占 1.80%，总体污泥处置利用效率较 低［2］，污泥资源化途径较少。随着污泥量逐年增 加，到 2020 年预计将突破 6 000 万吨［3］，寻找到一 种合理的资源化技术尤为重要。
1 实验材料及仪器
材料：城市污泥，鞍山市大孤山污水处理厂；
收稿日期：2017-06-19。 基金项目：辽宁省教育厅先进煤焦化及煤资源高效利用工程研究中心开放课题。 作者简介：余锋波（1993—），男，江西上饶人。 通讯作者：金文杰（1967—），女，辽宁鞍山人，教授。
第4期
余锋波，等：污泥制备陶粒及其性能研究
有机物含量（VSS）：用分析天平称量质量为 M1 的原料放入马弗炉中，600 ℃条件下，干燥 30 min 后，自然冷却至室温后，取出称量记为 M2 。即 有机物含量 VSS=（ M1 - M2）*100%/ M1 。
（2）X 射线衍射和原子吸收光谱。利用荷兰 PANalytical 公司 Xpert X 型 X 射线衍射仪分析城 市污泥和黏土的物相，射线源为 Cu Ka 靶射线，扫 描范围为 2θ =0°~90°。利用原子吸收光谱，测定城 市污泥和黏土的金属氧化物组成。
污泥综合利用技术当前所占比例较少，但综 合利用技术能实现污泥无害化和资源化，满足废 物再利用原则，是污泥利用的发展趋势。利用污 泥制备陶粒属于污泥综合利用的一种方式。陶粒 按制备的原料可分为黏土陶粒、粉煤灰陶粒和生
物泥陶粒［4］。烧制工艺一般经过预热过程和烧结 过程。烧制成的陶粒主要有以下用途：（1）利用陶 粒内部多孔，比表面积较大，热稳定性好，具有较 好的吸附性能，可以作为生物载体，来处理城镇和 工业污水；（2）陶粒还可以生产轻质砌块，达到环 保节能和隔热的效果；（3）利用陶粒的保温、隔热 性能生产地面垫层和楼层底面［5］。常规的污泥处 理方法，如填埋和焚烧等，已经难以适应污泥增长 的速度和日益严格的环境标准。污泥制备陶粒实 现废物利用，减少环境危害，产生二次污染少，而 且制备的陶粒可应用于水处理工程，有一定的经 济价值回报，是一种高效、经济的处理技术。本论 文主要研究污泥陶粒的制备方法及其在废水处理 中的应用。
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黏土，鞍山市千山山脉；九水合硅酸钠，分析纯；浓 硝酸；高氯酸；重铬酸钾，化学纯；硫酸-硫酸银溶 液；硫酸汞；六水合硫酸亚铁铵，分析纯。
仪器：原子吸收光谱仪 GY-MARS/T 3600；电 热 恒 温 干 燥 箱 DHG- 9070A；水 浴 加 热 器 WSZ100A；马弗炉 SX2-10-12；X 射线衍射光谱仪 Xpert X 型 ；电 感 耦 合 等 离 子 体 发 射 光 谱 仪 Optima 5300DV；新型高速连续式超微粉碎机 CLF-30B；电 子调温万用电炉 DK-98-ll。
（3）陶粒的性能检测。本实验主要检测陶粒 的表观密度、吸水率和侵蚀率。表观密度单位为 kg/m3，检测步骤：称量陶粒试样，记为 M（g），放入 烧杯中浸水。1 h 后取出。再放在 2 mm 的筛子上 滤水 5~10 min。取一个装有 5~15 mL 清水的 20 mL 的量筒，先记录初始量筒的水位为 V0（mL），将 滤水 5~10 min 的陶粒放入 20 mL 的量筒中，记量
摘 要：采用鞍山市大孤山污水处理厂城市污泥和鞍山市千山山脉的黏土为主要原料制备陶粒。采用 X 射线
衍射法和原子吸收法测定城市污泥和黏土的成分，主要含有 SiO2和 Al2O3；通过正交实验得到了城市污泥和黏土 制备陶粒的最佳配方，配方是城市污泥与黏土比为 3：1，烧结温度为 1 000 ℃，保温时间为 30 min，添加剂为 15%；测定了陶粒的吸水率、表观密度和侵蚀率，得到了吸水率和表观密度成正相关，粒径为 5 mm 侵蚀率最小， 30 h 的侵蚀率是 0.17%。将粒径为 2、5 和 7 mm 陶粒应用于焦化废水，研究了陶粒表面微生物附着效果；通过三 组对比实验可知，同时加入污泥和陶粒处理焦化废水的效果最好，焦化废水 COD 从 637.4 mg/L 降到 40.3 mg/L， 只加入陶粒处理焦化废水最差，焦化废水 COD 从 637.4 mg/L 降到 128.9 mg/L。