蒸压法制备污泥保温材料实验台设计及调试

论文总字数：23782字

摘 要

经过预处理的污泥可以直接被应用到建筑保温绝热材料的制造中，利用这种方法制备的建筑材料对环境的影响最小，不会造成环境的二次污染，还将污泥有效资源化利用起来，节省了大量土地资源。同时利用污泥这种“废物”来制备保温材料，本身就是降低了建筑材料制备成本，还能达到建筑材料的性能要求，为未来建筑材料提供了一种环保、廉价的原材料，因此具有很大的研究意义和发展空间。

本文以蒸压养护实验设备及系统设计调试作为研究内容，并且设计原材料以及添加剂最优配比和污泥粉煤灰备中的基准参数，制作污泥制发泡粉煤灰砖。其最优配比为添加水泥和粉煤灰改良保温性能，加入的水泥占总固体质量的30%；粉煤灰占总固体质量的4%。污泥占总固体质量的10%。发泡剂占总固体质量的1.4%。污泥发泡砖样品经过蒸压养护之后，样品的抗压强度增加到3.19MPa，抗折强度为3.09 MPa，导热系数为0.25W/mK。

关键词：蒸压；污泥；抗压强度；粉煤灰砖；发泡

A STUDY ON THE PREPARATION OF SLUDGE INSULATION MATERIALS WITH AUTOCLAVED METHORD

03211733 Au Kayan

Supervised by Ge Shifu

Abstract： China is the largest developing country in the world, increasingly serious water pollution problems caused by people, increasing quantity of municipal sewage and industrial wastewater, with excess sludge production is gradually increasing. Large without harmless treatment sludge composition is complex, disposal if not treated properly, can lead to formation of the environmental and human health issues, how to better handle sludge becomes very important.

After pretreatment of sludge can be directly applied to the manufacture of thermal insulation materials for building insulation, using this method of building materials with minimal impact on the environment, without causing secondary pollution of the environment, effective resource utilization of sludge, saves a lot of land resources. While using sludge this "waste" to prepare the insulation is in itself reduces the cost of building materials preparation, can meet the performance requirements for building materials, building materials for the future provides an environmentally friendly, cheap raw materials and therefore have great significance of the research and development of space.

Based on the experimental equipment and autoclave curing system designed and debugged as a research and Design materials and additives in the optimal proportion of fly ash and sludge benchmarks, making sludge foaming fly ash brick making. Add their optimal ratio of cement and fly ash to improve insulation performance, adding total solid mass of cement 30%; 4% total solid mass from fly ash. 10% total sludge solids quality. Total solid mass of vesicant 1.4%. After autoclaving in foam brick with sludge samples to increase the compressive strength of 3.19 MPa, 3.09 MPa flexural strength, thermal conductivity for 0.25 W/mK.

Key words: Autoclaves; sludge; compressive strength; fly ash brick; foamed

目 录

1 绪论 5

1.1 引言 5

1.2 污泥的来源、性质及危害 6

1.3 污泥常规预处理 6

1.3.1 我国污泥处理处置的常规工艺流程 6

1.3.2 污泥中重金属的来源、危害及处理方式 7

1.3.3 污泥资源化利用 8

1.4 污泥处置的研究 8

1.4.1 污泥处置的方式 9

1.4.2国内外污泥处置发展概况 10

1.5 蒸压法制保温建材的发展概况 12

1.6 主要研究内容 13

2 蒸压法制备污泥保温材料方法选择及设备设计 14

2.1 方法选择 14

2.2 设备设计 14

2.2.1 蒸压釜 14

2.2.2 水分测定仪 17

2.2.3 抗压试验仪 17

2.2.4 搅拌机 18

3 保温材料的原材料以及添加剂的选取 20

3.1 发泡剂 20

3.1.1 物理发泡剂 20

3.1.2 化学发泡剂 20

3.1.3 表面活性剂 20

3.2 粉煤灰、水泥 21

3.3 α-半水石膏 21

3.4 城市污泥 21

4 实验系统调试研究 22

4.1 实验步骤 22

4.1.1 制取污泥发泡砖的流程 22

4.2 蒸压养护条件下保温材料的性能测定 23

4.2.1 抗压强度 24

4.2.2 抗折强度 25

4.2.3 导热系数 25

5 总结 27

致 谢 28

参考文献： 29

蒸压法制备污泥保温材料研究

1、 绪论

1.1 引言

改革开放以来，我国的工业发展虽然仍然落后于欧美的发达国家，但是城镇化水平不断提高，工业化进程取得了巨大的成就，合成出很多人工有机物。由于我国缺乏有效的管理制度，造成许多企业工厂为了自己利益减低生产成本，均偏向选择简单落后的工艺。而这些 没有作后续净化处理的工艺生产过程中产生大量的有机污染物，而这些有机污染物未经过污水净化和污泥处理处置就直接排放。各种主、客观的原因造成我国水环境污染日趋严重。与此同时，我国人口基数庞大并且逐渐增加，所以要求与之相匹配的污水处理厂的建设水平和处理效率也随之升高，而在污水净化处理的过程中产生的城市污水污泥产量也越来越多。这些污泥中含有许多重金属等和各种有毒病原菌等有机污染物，除此之外，还含有很多絮状沉淀和大量水分。目前有效的处理方式和技术仍未解决，由于企业工厂缺乏环保资源再利用的意识，会造成严重的环境污染和废物资源的浪费，不利于我国的可持续发展。我国对于污水处理技术水平这一方面的重视程度已经远远和污泥处理处置的技术失去平衡，由于污泥处理没有得到重视，政府企业资金的投入不足量和制订的政策方针的缺乏，导致污泥处理技术发展缓慢，对于污泥的处理处置工艺都比较简单、落后和效果不佳，对于环境造成很严重的污染。 所以，污泥处置已成为世界各国日益关注的重要环保问题，污泥处理量巨大、缺乏技术和设备支撑仍然是污泥处置问题中必须解决的问题。

近年来，在日本和一些西方国家，已经开始着手发展污泥资源化处理技术，污泥由于其特性被当做一种可持续发展的建筑材料，开始被研究及应用。美国和日本已经有很多地方开发了污泥制砖技术，欧洲一些国家，也开始对污泥制造其他建筑材料进行多方面的研究，而我国由于经济技术等条件未能达到国外先进的污泥资源化利用制造建筑材料的水平，很大程度制约了环境污染状况的进一步改善。

1.2污泥的来源、性质及危害

我国是全球最大的发展中国家，人由此带来的水环境污染问题日趋严重，市政污水和工业污水的产生量不断增大，随之剩余污泥的产量也逐渐增加。

在处理BOD含量高的城市污水过程中产生的副产物悬浮物质即是污泥，大量未经无害化处理的污泥成分非常复杂，主要是作为含有许多不同种类以及不同组成比例的无机和有机污染物、胶体颗粒、细菌等等的载体，如果不妥善处理处置，会导致环境和人体健康问题的产生：

(1)污水污泥一般含有大量有毒有机物质和重金属，在降雨和阳光等环境影响下容易产生臭味气体，转化成黑褐色的有毒物质，破坏土壤生态环境从而引发污染的问题，导致耕作土壤的丧失。

(2)未经净化处理的污泥直接排放进入河流，会引发水体污染，河床淤积使得河床不断升高，阻碍船只来往和引发洪水灾难；(3)污泥中所含的微生物通过代谢作用，利用有机物质分解产生有害气体，污染大气；(4)病原菌，吸附在污泥中的细菌通过食物链、土壤和水体的方式间接与人类和动物接触，会威胁人体和动物的健康，严重地会导致传染病的发生，影响人民生活和社会经济发展。因为这些污水污泥易腐败、会产生臭气、含水量高但具有可再利用的特点，所以如何更好地妥善处理处置污泥变得十分重要。

1.3污泥常规预处理

1.3.1 我国污泥处理处置的常规工艺流程

我国污泥处理处置的常规工艺流程如下图1-1所示：

图1-1 常见的污泥处理与处置方式

不同的污泥处理处置技术有其自身的优缺点，我国应从具体的情况出发，对环境效益、社会效益和经济效益等方面进行综合评估，对各种处理处置工艺进行探讨，根据实际情况进行选定，为污泥的资源化利用找到安全可行的处置出路。

1.3.2污泥中重金属的来源、危害及处理方式

污泥中含有大量的重金属，它们排放量大，广泛的存于土壤、水体和大气环境中；并且毒性很强，其剧烈程度取决于重金属元素的浓度、价态和组成化学物的形式，具有潜在性危险；难降解，在生物体内会残留很久并且积累下来，不能被生物降解，造成被污染的土壤不可逆转的损害。 由于这些重金属具有上述的特点，所以被列入“中国环境优先控制污染物黑名单”。它们会对人体和环境造成严重危害。

而如今，污泥的土地填埋受到环保部门的严格限制，填埋所占用的土地越来越少，为防止污泥填埋后对环境产生污染，通常要对污泥中的重金属进行处理。我们可以从以下四个方面来找出污泥处理的应对方式，即从污泥处理的四原则出发来找寻答案：

1. 减量化：尽量降低所要处理的污泥量，来降低处理过程中的成本花费；
2. 稳定化：使污泥经过处理后得到的物质拥有稳定性，不能因为外界条件的变化，而产生新的污染物质，对环境造成二次污染；一般来说，污泥固化技术主要包括：水泥固化、石灰固化、塑性材料固化、熔融固化、自胶结固化和大型包胶固化等^[1]。一般多采用氧化/还原电势控制技术和ph控制技术作为污泥的稳定处理。
3. 无害化：处理后的污泥要达到环保要求，去除大部分所含有的有毒有害物质； 重金属的去除方法是通过物理、化学、或者生物的方法将污泥中重金属提取、分离出来，使重金属浓度降低，主要方法有化学法、生物沥滤和植物修复^[2]。三种重金属去除方法，虽然可以有效的去除污泥中的重金属，但是面对产量巨大的污泥，这些方法的处理效率不能忽略。
4. 资源化：如果能把污泥有效的资源化利用起来，不但起到了保护环境的目的，还将污泥变废为宝、综合利用起来。

污泥的预处理方式主要为污泥浓缩、污泥消化和机械脱水等。

1.3.2.1污泥稳定

污泥稳定处理指的是利用厌氧或者好氧的微生物细菌进一步去除污泥中所含的有机物质,将其转变为气体和更加稳定的物质，降低致病菌的含量至安全标准规定的含量，并且减少污泥中的含水量。稳定化方法利于减小污泥的容积，提高后续处理的效率和减低后续处理成本的费用。污泥稳定一般有化学稳定、生物稳定、热稳定这三种方法。不同的污水厂根据各自条件选择合适的污泥稳定法。在生物温度法中厌氧消化法是是其中比较常用的，其过程产生的甲烷能用作发电产生能量，并且消化后的污泥含有一定量的有机物，作为一种土壤改良剂有利于改善土壤肥力。但是厌氧消化对温度要求较为苛刻，运行时候容易受环境的影响，费用投资大等缺点也制约了其广泛使用的机会。利用石灰进行化学稳定，指的是将石灰投加入污泥当中，改变污泥的PH值，使之变成不利于微生物生长的碱性环境（PH大于12）。

1.3.2.2污泥浓缩

污泥浓缩主要包括离心法、重力沉降法或者气浮法。由于重力浓缩法的操作简单，运行费用低，而且最重要的是可以储存大量污泥，所以最为常用。气浮浓缩法泥水分离程度高但是污泥存量小和运行费用较高。离心浓缩法虽然处理效果佳而且几乎没有臭气产生，但是操作复杂。

1.3.2.3污泥脱水

城市污水处理过程产生的污泥含有大量水分，而且含有大量有机物和病原菌导致臭气释出。为了帮助后续处理减轻负担，方便运输降低处理费用，需要将污泥脱水减小其体积。污泥脱水一般包括自然干化法和机械脱水法。因为采用干化床对污泥进行干化对气候环境和占地面积要求较高，所以目前比较多采用占地面积小以及处理效率高的机械脱水。脱水设备主要有离心法、真空法和压滤法等三种不同机理的方法，其中最广泛使用的有离心式脱水机、带式压滤脱水机和板框压滤脱水机。

污泥经过浓缩、消化、机械脱水和干化各个阶段之后，污泥含固量大大提高，使污泥处理处置达到减量化处理，符合关于废弃物减量化相关规定。

1.3.2.4污泥干燥

在对污泥进行无害化和资源化处理之前，干燥是一个尤为关键的过程。污泥干燥有人工干燥以及自然干燥两大类。人工干燥是指利用机械设备通入热风，使一定温度的热风从下而上穿过污泥带走水分。热干燥最早在英国开始采用，此方法能有效的消灭细菌，但干燥过程中产生大量废气，导致净化运行成本上身。利用芦苇等沼生植物进行脱水的方法为自然干燥。

1.3.3污泥资源化利用

近年来，在日本和一些西方国家，已经开始着手发展污泥资源化处理技术，污泥由于其特性被当做一种可持续发展的建筑材料，开始被研究及应用。美国和日本已经有很多地方开发了污泥制砖技术^[3]，欧洲一些国家，也开始对污泥制造其他建筑材料进行多方面的研究^[4]。我国由于经济技术等条件未能达到国外先进的污泥资源化利用制造建筑材料的水平，但污泥资源化利用这一课题应该是今后污泥处理与应用的主要发展方向。

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