[发明专利]一种以河道底泥为原材料的陶粒制备方法

说明书

本发明提供了一种以河道底泥为原材料的陶粒制备方法，该方法通过向河道底泥中添加可被激发的固态粉体废弃物(如粉煤灰、矿渣和火山灰等)和强碱材料(如生石灰、氢氧化钠等)等物质制得余土，并进行多级造粒，再采用通过快硬、早强、低孔隙率的硫铝酸盐水泥基材料对多级造粒获得的陶粒表面进行裹壳，从而制得具有内部多孔、外壳结构致密的硫铝酸盐水泥裹壳陶粒，以降低免烧陶粒在有害金属迁移和臭气挥发方面的负面影响，同时提高单颗陶粒的抗压强度。本发明方法能耗低、无尾气污染，设备投入低，生产效率高，生产工艺易控制，具有良好的工业化前景。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种以河道底泥为原材料的陶粒制备方法。

背景技术

随着城市开发进程加大、人口密集度高，河流污染负荷重、缺乏清洁水源补给，致使水环境容量较小，导致过去十几年发生河流黑臭、生态退化等一系列流域水环境问题。在积极防控污染物进入河道的同时，由污染底泥造成的河道内源性污染也需重视。

河道底泥中沉积的大量有机质、氮磷营养盐和重金属，是产生黑臭水体的重要原因。水体中重金属污染物不易降解，经过转化后绝大部分进入底泥。由河道清淤疏浚所产生的大量底泥，以及高额的运输、处置费用，是开展黑臭水体整治的城市共同面临的重大难题。底泥的资源化利用形式，现有主要包含土地利用、填方材料、建筑材料和水处理材料，但重金属含量超标严重制约了底泥在土地及填方材料中的利用。已有的研究表明典型黑臭底泥的主要成分为弱碱性的大粒径无机砂质，重金属含量虽高但不易浸出。重金属固化处理后的底泥性质可能随着其所处的环境因素发生改变，使重金属等有害物质从固化体中再次释放到环境，给生态环境及人类健康带来巨大风险。同时，通用型重金属固化剂，如水泥等，添加量通常较大，成本较高。而粉煤灰、矿渣等工业废弃物在作为胶凝材料时同样具有重金属固化能力。因此，研究河道底泥理化特征及重金属固化稳定化机理，发展成熟可靠且成本低廉的底泥重金属固化稳定化技术路线，从而实现以废治废，是实现河道底泥资源化利用的重要途径。

由于河湖底泥中含有大量可构成陶粒主要成分的Al₂O₃和SiO₂，因此，利用河湖底泥制备陶粒，是其资源化利用、消纳的有效途径。目前，煅烧是陶粒制备的主要方式之一。很多实验结果表明，采用煅烧炭化工艺制备的陶粒具有强度高、孔隙率高、无有机物污染、重金属固化程度高、稳定性好等优点。但根据政府有关“划定高污染燃料禁燃区”的相关规定，煤制品等高污染燃料在很多一线城市内无法作为煅烧用燃料，煅烧方式在燃料来源、清洁能源成本方面存在一定限制。同时，烧制过程能源消耗大，废气排放量大，需复杂的尾气回收处理装置，提高了轻质陶粒的生产成本。与炭烧制陶法相比，以底泥为原材料，结合底泥重金属固化/稳定化方法，采用免烧方法制备陶粒，具有很大的发展潜力。因此，开发一种以免烧法为基本制备方法、以河道底泥为原材料的底泥陶粒制备技术，并优化不同路径下的制备工艺，是快速消纳河道黑臭底泥，实现河道底泥制备陶粒技术推广的重要基础。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种以河道底泥为原材料的陶粒制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。底泥陶粒通过以下方法制备得到：

(1)余土制备。向河道底泥中添加可被激发的固态粉体废弃物和强碱材料等物质，底泥、固态粉体废弃物和强碱材料的质量份配比为90～100份:10～30份:1～2份。反应10～30min后，用板框压滤机进行压滤脱水，使其含水率将至40％以下，形成泥饼(余土)。

(2)余土多级造粒。按上述方案，将余土在粉碎搅拌机中充分粉碎、搅拌，用粉碎机粉碎至100目，获得粒径在1～3mm之间的初级底泥颗粒。随后以1～2份水玻璃溶液作为粘接剂，以15～20份初级底泥颗粒为原料，分段加入，在滚动造粒机上进行二次造粒，形成粒径在8～10mm的具有较多孔洞的二级底泥颗粒。