申请日2019.02.20
公开(公告)日2019.05.24
IPC分类号C04B28/04
摘要
本发明涉及材料领域，具体公开了一种以给水厂污泥为原料的砖块及其制备方法与应用。本发明所述砖块以给水厂污泥、山砂、硅酸盐水泥和非离子表面活性剂为主要原料，实现了对给水厂剩余污泥的再生利用，并显著提高了砖块原料中污泥的使用比例，解决了现有技术中难以高效利用给水厂污泥的问题。本发明所述制备方法制备得到的砖块耐久性好，具备一定的抗滑性、透水性和蓄水性，作为人行道用砖可提高人行道的排水性能，并具有一定的降温性能。所制备的砖体的弯曲强度约为3～4MPa，需废弃时可使用轧碎机进行粉碎，且无需再处理便可还原为自然土壤。
权利要求书
1.一种以给水厂污泥为原料的砖块，其特征在于，所述砖块由包括如下质量份的原料制成：
污泥 40～60份;
山砂 40～60份;
硅酸盐水泥 5～15份;
非离子表面活性剂 5～10份。
2.根据权利要求1所述的砖块，其特征在于，所述砖块由包括如下质量份的原料制成：
污泥 50份;
山砂 50份;
硅酸盐水泥 10份;
非离子表面活性剂 8份。
3.根据权利要求1或2所述的砖块，其特征在于，所述非离子表面活性剂选自松土保湿剂或者乳化剂TX-10/乳化剂NP-10。
4.权利要求1～3任一项所述砖块的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将污泥进行干燥、粉碎，得到含水率在10wt%以下，且粒径不大于19mm的污泥粉粒;
(2)将所述污泥粉粒与山砂混合，之后投加硅酸盐水泥和非离子表面活性剂得到混合物，边搅拌边向所述混合物中添加水，调整模具加压砖块成型，待砖块自然固化，即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：
将污泥利用热风干燥破碎机使其含水率降低至60wt%以下，并粉碎为10～30mm粒径的颗粒;接着把颗粒放置到窑中烘干使其含水率降低至15wt%以下;再进一步将颗粒粉末化，并干燥得到含水率在10wt%以下、粒径不大于19mm的污泥粉粒。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，边搅拌边加水至污泥粉粒、山砂和硅酸盐水泥可以搅匀并黏结。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加压成型的压力为每平方厘米500公斤。
8.权利要求1～3任一项所述的砖块在铺设人行道方面的应用。
说明书
一种以给水厂污泥为原料的砖块及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及材料领域，具体地说，涉及一种以给水厂污泥为原料的砖块及其制备方法与应用。
背景技术
给水厂通常以河川水为进水进行水处理，在水处理的过程中，会因为土砂沉降和泥土分离导致大量剩余污泥的产生。一般情况，给水厂剩余污泥再生利用为园艺农场土壤、道路回填材料或者水泥原材料，其余的作为工业废弃物填埋处理。
根据现有技术记载，存在一种回收利用给水厂剩余污泥制作透水性简易铺设材料的技术方案。具体为将给水厂剩余污泥干燥粉末化后造粒，并向其投加作为硬化材料的一水合硫酸钙，制得透水性简易铺设材料。然而该技术方案中，采用硫酸钙水合物作为硬化材料将导致铺设材料缺乏耐久性，使得铺设材料不适合用于结构材料。
另一种技术方案则通过混合剩余污泥、粉煤灰和水泥成为混凝土铺设在地面表层，用于防止杂草生长。但是，制备该混凝土所使用的剩余污泥仅占全部原料总量的不到10%，对剩余污泥的利用率较低。而若提高该混凝土中剩余污泥的使用比例，则混凝土的强度将受到不利影响。
因此，根据目前现有技术的报道，尚难以实现剩余污泥的大规模再利用。而将其作为园艺农场土壤或者道路建设回填材料的用途也将受到限制，填埋处理给水厂剩余污泥，更是需要庞大的费用，且会对环境产生消极影响。
基于现有情况，急需提供一种可大规模再生利用给水厂剩余污泥的方法，减少环境污染，并降低处理成本，实现资源的有效再利用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种以给水厂污泥为原料的砖块及其制备方法与应用，以实现对给水厂剩余污泥的高效利用，并降低处理成本。
为了实现本发明目的，本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种以给水厂污泥为原料的砖块，所述砖块由包括如下质量份的原料制成：
污泥 40～60份;
山砂 40～60份;
硅酸盐水泥 5～15份;
非离子表面活性剂 5～10份。
本发明所述的原料中：
所述污泥指给水厂剩余污泥，给水厂净水后产生的剩余污泥均可应用于本发明技术方案。
所述山砂主要是花岗岩风化后的土质物，除去粘土质火山灰骨料。使用1mm以下的筛网进行分类，其颗粒粒径分布为粗粒径(1～0.5mm)、细粒径(0.5～0.075mm)、微粒径(0.075mm不到)。在各粒子之间，随机形成微弱空隙，以多孔质保存空气和水。为了提高透水性，应减少颗粒均匀系数，需要均一粗大颗粒为骨料。这样会提高工艺成本，所以，首先允许骨料有粒径分布，而后确保透水性。
所述硅酸盐水泥可以有效接合骨料，包裹山砂表面，并与山砂的各粒子相结合，起到固化山砂以及其它物质的作用，并可以使砖块保持并具有多孔状态。
所述硅酸盐水泥可为市售途径购买的任意硅酸盐水泥产品。
所述非离子表面活性剂可提高山砂的湿润性，使硅酸盐水泥均匀分散在山砂表面，使砖块整体具备一定的强度，且其可抑制水体表面张力，提高砖块的蓄水性和透水性。若无非离子表面活性剂的参与和作用，易导致硅酸盐水泥在山砂表面分布不均一，而成为团状或者块状，进而致使砖块应力不均，失去应有的作用。
本发明对所述非离子表面活性剂并无限定，能够提高山砂的湿润性，使硅酸盐水泥均匀分散在山砂表面，并可抑制水体表面张力的非离子表面活性剂均可使用。
根据已有试验，优选非离子表面活性剂为松土保湿剂或者乳化剂TX-10/乳化剂NP-10。所述松土保湿剂或者乳化剂TX-10/乳化剂NP-10为本领域常规试剂，可通过市售途径购买获得，例如，可购自江苏省海安石油化工厂、惠州市德天新材料有限公司、济南澳兴化工有限公司、江苏德纳化学股份有限公司等生产厂家，本发明对此不作限定。
进一步地，作为优选，所述砖块由包括如下质量份的原料制成：
污泥 50份;
山砂 50份;
硅酸盐水泥 10份;
非离子表面活性剂 8份。
经试验研究发现，该优选的原料配比，可提高抗折强度和耐磨效果。
第二方面，本发明提供了一种以给水厂污泥为原料的砖块的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将污泥进行干燥、粉碎，得到含水率在10wt%以下，粒径不大于19mm(GB/T17431.1-2010)的污泥粉粒;
(2)将所述污泥粉粒与山砂混合，之后投加硅酸盐水泥和非离子表面活性剂得到混合物，边搅拌边向所述混合物中添加水，调整模具加压砖块成型，待砖块自然固化，即得(如图1所示)。
所述制备方法中原料各组分的用量及优选配比如前文所述。
进一步地，所述步骤(1)具体为：
将污泥利用热风干燥破碎机使其含水率降低至60wt%以下，并粉碎为10～30mm粒径的颗粒;接着把颗粒放置到窑中烘干使其含水率降低至15wt%以下;再进一步将颗粒粉末化，并干燥得到含水率在10wt%以下，粒径不大于19mm(GB/T17431.1-2010)的污泥粉粒。
本发明通过将污泥进行干燥粉碎处理得到含水率在10wt%以下的污泥粉粒，提高其与山砂的混合比例，使其以6:4～4:6的比例与山砂混合时，仍然可有效固化专利构造，最大效率的对污泥进行利用，弥补了现有技术中仅能在原料中以较小比例利用污泥的不足。
进一步地，所述步骤(2)具体为：边搅拌边加水至污泥粉粒、山砂和硅酸盐水泥可以搅匀并黏结，搅拌以使各组分均匀分布为基本目标。
作为优选，所述步骤(2)中，加压成型的压力为每平方厘米500公斤。
本领域技术人员应当理解，在实际工业生产中，可依据具体需求向原料中增添例如颜料等对所制砖块性能无决定性影响的材料，这些材料的添加量可根据本领域技术人员的一般常识确定和进行，本发明对此不另做限定。
第三方面，本发明还提供了所述砖块在铺设人行道方面的应用。
基于所述砖块的强度和承重力，所述砖块虽然不具备足够强度用于车道，但是拥有足够强度以适用于人行道。且本发明所述砖块具有良好的透水性和蓄水性，可以发挥作为人行道或步行街砖块的排水效果和冷却效果。
本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。
本发明的有益效果在于：
本发明提出一种以给水厂剩余污泥为原料的砖块及其制备方法，以实现对给水厂剩余污泥的再生利用，并显著提高了砖块原料中污泥的利用比例，解决了现有技术中难以高效回收利用给水厂污泥的问题。本发明所述制备方法制备得到的砖块耐久性好，其具备一定的抗滑性、透水性和蓄水性，作为人行道用砖可提高人行道的排水性能，并具有一定的降温性能。砖体的弯曲强度约为3～4MPa，废弃时可使用轧碎机粉碎，且无需处理便可还原砖块为自然土壤。
