申请日2018.11.06
公开(公告)日2019.03.08
IPC分类号C04B38/08; C04B35/14
摘要
本发明描述了一种用于污泥生物干化调理剂的硅藻基多孔陶瓷及其制备方法。该硅藻基多孔陶瓷制备方法如下：以硅藻土、玻璃粉、碳粉为原料，按精确配比混合后烧结成型。所得的成品具有丰富的毛细孔结构，饱和吸水率达99.00%，气孔率70.72%，体积密度0.715g/cm3，抗压强度3.43MPa。所得的成品表面为多孔玻化层，内部具有网状的毛细孔结构，具有较好的强度与耐磨性能。在污泥生物干化过程中，与污泥的结合性好，堆肥过程易形成颗粒，系统升温速度较快，调理剂的单次破损率小于1%，易于筛分，可循环使用。
权利要求书
1.一种制备硅藻基多孔陶瓷的方法，包括下述步骤：将原料硅藻土、玻璃粉和碳粉混合均匀后制备成坯体;然后将所述坯体进行烧结，即得。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硅藻土和玻璃粉的质量比为(75-90)：(25:10)，所述碳粉的质量占所述硅藻土和玻璃粉质量之和的30-50%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述烧结的温度为900℃-950℃，时间为1h-1.5h。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述坯体为球形或椭球形坯体。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在对所述坯体进行烧结前，在所述坯体表面裹覆混合料的步骤;所述混合料由玻璃粉和碳粉按照质量比(65-75)：(35:25)的比例混合而成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述硅藻土、玻璃粉、碳粉的粒径均小于0.075mm。
7.权利要求1-6中任一项所述方法制备得到的硅藻基多孔陶瓷。
8.权利要求7所述的硅藻基多孔陶瓷在制备适用于污泥生物干化的多孔调理剂中的应用。
说明书
一种用于污泥生物干化调理剂的硅藻基多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于污泥生物干化调理剂的硅藻基多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前，我国污泥的处理处置技术主要有土地利用、填埋、焚烧等。土地利用是污泥资源化的典型方式，其富含的氮、磷、钾及有机质等养分可增加土壤肥力、促进农作物的生长，但未经处理的污泥中含有的重金属及病原体易对土壤及作物造成二次污染，并通过食物链最终进入人体，存在极大的安全隐患。填埋是国际范围内一项发展较成熟的处置技术，有投资少，容量大、见效快等特点。但污泥填埋因污泥的特殊性质而存在很大局限性，含水率80%的脱水污泥体积庞大，运输成本高、占地面积大，对于土地资源紧缺的一线城市尤为严峻。含水率高，流变性强，承载能力差等特性使填埋后场地难以稳定，故能进行填埋的污泥含水率一般不能大于60%;高含水率必然形成大量的渗滤液，且成分复杂，污染物含量高，大大增加了防渗层材料、渗滤液收集及净化设施的费用，若防渗不当，渗滤液易进入地下水层，污染地下水。焚烧能有效杀灭病原体及分解有毒有害的有机物，同时将重金属氧化成更稳定的氧化物，是一种能最大限度实现减量化、无害化及资源化的污泥处理技术，但污泥中水分蒸发会吸收大量热量，无法维持有效自燃，需掺入大量辅助燃料，处理费用高，且炉温不易达到800℃以上，易产生二噁英等剧毒物质。
过高的含水率严重限制了传统的污泥处理技术的应用，因此实现污泥资源化利用关键在于污泥的预干燥，将其含水率降低至40～60%左右。污泥干化后，其体积和重量将大大缩减，运输难度及费用会降低，填埋所占的土地面积将缩减、渗滤滤产量将减小，场地稳定性会增强;在细菌及病原体被有效去除的同时，营养物质仍得以保留;污泥的热值大幅度提高，能实现燃烧能量的自给，不仅去除辅助燃料的费用，而且通过焚烧还可回收污泥的热值(比拟褐煤)。
目前，国内外应用较为广泛的污泥干化技术主要是热干燥技术，通过外加热源实现污泥中水分的蒸发，相较于传统的自然通风、重力作用等干化技术，具有占地面积小、减量化明显等优点，但仍存在投资运行能耗高、粉尘污染严重等问题。污泥生物干化是相关学者秉承经济节能的理念，提出的一种较新技术。
生物干化的特点在于不需外加热源，而是在好氧条件下，利用污泥中的微生物自身降解有机物产生的热量加热物料，再通过外界调控去除蒸发水分，从而实现污泥干化目的一种处理工艺。
生物干化与好氧堆肥有着类似的微生物代谢过程，但两者的目的不同，故而调控条件各异。好氧堆肥是将条件控制在激发微生物的最大活性的范围内，使污泥中的有机物向稳定的类腐殖质转化，快速达到稳定化和腐熟化，形成满足土地利用标准的有机肥，堆肥期间的通气量仅仅用于保持堆体的好氧环境。堆肥过程中对含水率、通风量、调理剂及温度等因素的调控更多是考虑堆肥周期及产品质量，而非污泥中含水率的多少。生物干化则侧重于维持微生物活性的必要条件，配合强制通风促进水分的蒸发去除，实现含水率的快速下降，并尽可能降低微生物的降解速率，最大限度的保留有机物总热值，以便后续资源化，其典型的停留时间为7～15d,产品部分稳定。
生物干化处理过程主要受微生物好氧发酵及强制通风两过程的共同影响，Finstein及Scholwin等的有关研究表明，有机物降解程度及物料的干燥效率与物料的湿度及堆体物化性质密切相关。
初始物料的湿度影响着微生物的活性、水的势能和氧气的扩散。水分供给充足可保持微生物的高活性，水分越高，越有利于营养成分的溶解和扩散，越易激发微生物的高活性。但过高的水分，易增加氧气在堆体内部的扩散难度，产生局部厌氧环境，影响好氧微生物能量的释放速率，并且水的比热容很大，堆体中大量的水分吸热会导致堆体不能快速正常地升温。同时，高水分的物料堆体湿容重，堆体易压实，孔隙率和自由空域较小。自由空域过低，O2的扩散和储存过程受阻，堆体呈现厌氧环境，好氧微生物活性受抑，导致堆体的厌氧发酵，伴随着自由空域的降低，堆体通透性变差，气体通过堆体的压降增加，造成能耗的增加。而对于脱水污泥含水率过高、颗料细小易结块、堆体通透性较差的特点，为保证生物干化的迅速顺利启动，需在发酵前添加一定的调理剂，调节物料初始水份及提高堆体孔隙率，改善堆体物化性质。理想的调理剂应该是质轻，吸水能力强,能够起到支撑作用,物化性质稳定，无二次污染，易于筛分和回收，且价格低廉的材料。
发明内容
针对现有污泥生物干化调理剂存在的上述缺点，本发明的目的在于提供一种孔径结构丰富、吸水能力强，轻质抗压，物化性质稳定，易于筛分和回收，适用于污泥生物干化的多孔调理剂(硅藻基多孔陶瓷)。
本发明所提供的硅藻基多孔陶瓷是按照包括下述步骤的方法制备得到的：将原料硅藻土、玻璃粉、碳粉混合均匀后制备成坯体;然后将所述坯体进行烧结，即得。
其中，所述硅藻土和玻璃粉的质量比为(75-90)：(25:10)，其中最佳配比为85:15，所述碳粉的质量占所述硅藻土和玻璃粉质量之和的30-50%，其中最佳配比为40%。
所述坯体可为球形或椭球形，其直径可为2cm。
所述烧结的温度为900℃至950℃，时间为1h至1.5h。所述烧结具体可在单孔推板窑中进行。
为了使所述硅藻基多孔陶瓷形成多孔玻化层，所述方法还包括：在对所述坯体进行烧结前，在所述坯体表面裹覆混合料的步骤;所述混合料由玻璃粉和碳粉按照质量比(65-75)：(35:25)的比例混合而成。在烧结前，胚体较为湿润，将胚体在混合料中滚动多次，保证胚体表面均匀粘附混合料即可。
上述方法制备得的硅藻基多孔陶瓷的应用也属于本发明的保护范围。
本发明所保护的应用是所述硅藻基多孔陶瓷在制备适用于污泥生物干化的多孔调理剂中的应用。
本发明以硅藻土为主要原料、玻璃粉为助溶剂、碳粉为成孔剂，所得的成品表面为多孔玻化层，内部具有网状的毛细孔结构。其饱和吸水率达65.60%，气孔率70.24%，体积密度1.070g/cm3，抗压强度5.24MPa。所述的硅藻基多孔陶瓷具有丰富的透气毛细孔结构体，该透气毛细孔自结构体的外表面向结构体的内部延伸，且透气毛细孔为吸收和储存水分的空间。在污泥生物干化过程中，可吸附大量水分，有效调节污泥的含水率及改善堆体的空隙结构;与污泥的结合性好，堆肥过程易形成颗粒，系统升温速度较快;强度高，具有较高的抗摩擦能力，破损率几乎为零;使用寿命高，化学稳定性好，易于筛分，可循环使用。
