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陶粒,作為一種建筑用輕骨料,以其輕體、保溫、環(huán)保等特性受到了人們的極大重視。當(dāng)前我國(guó)陶粒主要以粘土陶粒為主,而粘土原料的來(lái)源絕大部分取自于耕地,不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

因此以污水廠(chǎng)的污泥為主要原料,加以一定量的輔料、外加劑,經(jīng)過(guò)脫碳和燒脹制成具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)陶粒,可以大量的消耗脫水污泥,不但處理成本大大低于焚燒法,而且可以避免污泥二次污染,尤其符合我國(guó)固廢處理的無(wú)害化、減量化和資源化原則將有廣闊的發(fā)展前景。

1 輕質(zhì)陶粒開(kāi)發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1輕質(zhì)陶粒概述 輕質(zhì)陶粒是陶粒中的一個(gè)品種,我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《超輕陶粒和陶砂》JC487-92將它定義為“堆 積密度不大于500kg/m3 的陶粒"。按其堆積密度分為200,300,400和500等4級(jí)。按其zui大粒徑分為10mm和20mm兩類(lèi)。按其質(zhì)量指標(biāo)分為優(yōu)等品(A)、一等品(B)和合格品(C)[2]。

輕質(zhì)陶粒采用黏土、頁(yè)巖或粉煤灰為主要原料,通過(guò)回轉(zhuǎn)窯高溫焙燒,經(jīng)膨化而成,是一種優(yōu)良的混凝土輕骨料,由于其內(nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu),因而具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水率小等特點(diǎn)。

以它為原料制成的輕骨料混凝土空心砌塊、梁、板等已成為我國(guó)發(fā)展新型墻體材料、代替實(shí)心黏土磚的主導(dǎo)產(chǎn)品。其中“輕骨料混凝土空心砌塊"已列入科技部、財(cái)務(wù)部、國(guó)家稅務(wù)總局2000年9月15日發(fā)布的《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄》中。

1.2污泥制陶粒國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 近期,國(guó)外已有不少關(guān)于將污泥制成輕質(zhì)建筑材料的報(bào)道。在日本,以燃燒過(guò)的污泥粉為主要原料,與污泥干粉或者粉煤等可燃性粉末,按需要的發(fā)熱量調(diào)配成混合料,加水造粒,在鏈?zhǔn)綗Y(jié)機(jī)上燒成輕骨料。輕骨料的燒結(jié)溫度為1000～1100℃,燒結(jié)時(shí)間為25～30min。輕骨料的筒壓強(qiáng)度為3～4Mpa,吸水率為16%～18%。福航公司李聯(lián)盟介紹，在美國(guó),NakouziS等人通過(guò)研究[3],發(fā)現(xiàn)回收或再利用染料污泥,將其轉(zhuǎn)變成制陶粒的制陶成分,代替了原有的土地填埋的處理方法,取得了一定經(jīng)濟(jì)效益,并同時(shí)解決了污泥處置問(wèn)題。

1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)90年代以來(lái),我國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了大量污泥制輕質(zhì)陶粒的研究,并取得了一定的成果。山東福航新能源環(huán)保股份有限公司采用城市污水廠(chǎng)污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質(zhì)陶粒獲得成功，該企業(yè)以污泥為主要原料,摻以粘土和少量固體燃料研制生產(chǎn)出污泥陶粒,使污泥變廢為寶,有利于改善環(huán)境污染,具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益效益。

2 前景展望

2.1技術(shù)可行性分析

污水廠(chǎng)污泥是在一系列水處理工藝中從污水 中分離出來(lái)的生物固體。其無(wú)機(jī)成分以SiO2、Al2O3和Fe2O3為主,類(lèi)似粘土的主要成分。據(jù)福航公司李聯(lián)盟介紹，燒制陶粒時(shí),原料的化學(xué)成分是致陶粒膨脹的主要因素。按其作用可分為3類(lèi):其一是成陶成分,有SiO2、Al2O3及Fe2O3,在原料中占3/4;其二是起助熔作用的熔劑氧化物,有Na2O、K2O、FeO、MgO等;其三是發(fā)氣物,在物料高溫時(shí)產(chǎn)生氣體,如H2O、O2、CO2、CO、H2等。經(jīng)過(guò)上百件樣的試燒,不添加助脹劑的原料化學(xué)成分多在以下范圍(%):SiO2:48～68、Al2O3:12～18、Fe2O3:5～10、K2O+Na2O:2.5～7.0。原料的化學(xué)成分如能控制在上述 范圍內(nèi),多數(shù)料球都能燒脹。學(xué)者Riley在研究粘 土陶粒燒脹性時(shí)[8],發(fā)現(xiàn)在某溫度范圍內(nèi),當(dāng)所用陶粒原料的化學(xué)成分處于某一范圍時(shí),所得陶粒均具有良好的燒脹性。據(jù)此,他提出了用三元法表示原料化學(xué)成分的Riley三角形,并具體圈定形成適宜粘度的原料化學(xué)成分范圍%如圖2表示:適宜粘度的原料化學(xué)成分范圍為SiO2:53%～79%,Al2O3:10%～25%,Fe2O3、K2O、Na2O、CaO、MgO等熔劑之和13%～26%[9]。

2.2經(jīng)濟(jì)效益

以輕質(zhì)陶粒代替礫石制成的超輕陶?；炷列⌒涂招钠鰤K和隔墻板是性能優(yōu)良的新型墻體材料,在建筑行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)測(cè)算,陶?；炷翍?yīng)用于高層建筑,可以減輕建筑物自重30%,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度20%,降低造價(jià)10%。云南省設(shè)計(jì)院曾對(duì)21M跨度的小型網(wǎng)架作過(guò)結(jié)構(gòu)費(fèi)用對(duì)比分析。當(dāng)采用陶粒輕混凝土屋面板時(shí)網(wǎng)架自重比普通鋼筋混凝土材料減輕了1.78kg/m3,按網(wǎng)架造價(jià)5000元/t計(jì)算可減少網(wǎng)架結(jié)構(gòu)費(fèi)用8.9元/m3。工程應(yīng)用結(jié)果表明,超輕陶粒應(yīng)用于屋面其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較佳[10]。

2.3環(huán)境效益

以污水廠(chǎng)污泥制成輕質(zhì)陶粒,變廢為寶,將大大減輕日益嚴(yán)峻的污泥處理問(wèn)題。福航公司李聯(lián)盟介紹，在處理過(guò)程中,大量病原菌被高溫殺死,且重金屬固結(jié)在陶粒中,消除了污泥農(nóng)用過(guò)程中,重金屬?gòu)霓r(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入食物鏈,zui終進(jìn)入人體,并在人體內(nèi)富集的問(wèn)題,避免了二次污染的產(chǎn)生,真正體現(xiàn)了固體廢物處理的無(wú)害化、減量化、資源化原則,環(huán)境效益顯著。

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