一种多源固废协同制备环境功能材料的方法与流程

1.本发明涉及城市固体废弃物资源化处置的技术领域，具体涉及一种多源固废协同制备环境功能材料的方法。


背景技术：

2.随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市有机固体废弃物污染日趋严重，河湖底泥、市政污泥、农林有机废弃物等作为典型的城市有机固体废弃物产量巨大、危害性高，严重影响城镇居民的生命健康安全。目前，河湖底泥经过常规浓缩脱水后，主要是弃置或作为回填土使用，从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，传统的底泥处置方式已经不能够适应今后生态环境可持续发展的要求；市政污泥当前主要采用机械脱水后填埋的处置方式，随着填埋库容的日益减少以及填埋标准的提高，更多的市政污泥将无处可去。
3.如果将城市有机固体废弃物的处置与产品资源化利用结合起来，将极大提高处置的彻底性和经济性，对城市生态环境总体提升具有重要的实际价值。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种多源固废协同制备环境功能材料的方法，通过机械力活化、内源自持烧结、缺氧热解，将“硅铝基矿物仿生造孔”及“生物质辅料内源自持中高温烧结”技术相结合，建立球状与连通性孔隙结构的无机
‑
有机混杂环境功能材料体系。
5.本发明实现目的所采用的方案是：一种多源固废协同制备环境功能材料的方法，包括以下步骤：
6.(1)将多源固废与功能性辅料混合后加水进行打浆，经过破碎、切割后形成粒径均匀的浆液；
7.(2)将步骤(1)得到的浆液与农林有机废弃物进行二次混料后进行挤压造粒；
8.(3)将步骤(2)的经过筛分，筛上物经过烘干后，使含水率降至要求后进行烧成；
9.(4)物料烧成结束后，进行冷却，即得到所述环境功能材料；
10.其中，所述步骤(1)中，多源固废包括河湖底泥、市政污泥、尾矿砂、建筑渣土、粉煤灰；所述步骤(2)中，农林有机废弃物为玉米秸秆、水稻秸秆、芦苇杆、花生壳中的至少一种。
11.优选地，所述步骤(1)中，多源固废中，河湖底泥与市政污泥占总原料的质量百分数为80％
‑
85％，河湖底泥与市政污泥的质量比为3:2
‑
3，尾矿砂中sio2的含量为40％
‑
80％，al2o3的含量10％
‑
25％。
12.优选地，所述步骤(1)中，浆液的含水率为60％
‑
70％。
13.优选地，所述步骤(1)中，功能性辅料包括助融剂、发泡剂和粘合剂，其中助融剂的添加量为多源固废总量的0.5
‑
2.0％，发泡剂的添加量为多源固废总量的0
‑
1.5％，粘合剂的添加量为多源固废总量的0
‑
0.35％。
14.优选地，所述助融剂为nao、ko、cao中的至少一种，发泡剂为碳酸盐、氧化铁中的至
少一种，粘合剂为淀粉、石灰、腐殖酸钠中的至少一种。
15.优选地，所述步骤(2)中，农林有机废弃物为玉米秸秆、水稻秸秆、芦苇杆、花生壳中的至少一种，其添加量为多源固废总量的10％
‑
15％，二次混料后产物的含水率为50％以下。
16.优选地，所述步骤(3)中，筛分孔径为2
‑
3cm，烘干后产物的含水率为20％以下。
17.优选地，所述步骤(3)中，烧成过程依次包括缺氧性烧成和富氧性烧成，在缺氧性环境下升温至300
‑
350℃保温预热，然后在600
‑
630℃保温10
‑
15min下进行热解或气化，再在富氧性环境升温至820
‑
950℃保温5
‑
10min，完成燃烧、液化过程，烧成过程中升温速率5
‑
40℃/min。
18.优选地，所述步骤(4)中，冷却过程依次包括急冷、缓冷和终冷，急冷段降温速率80
‑
100℃/min，冷却至700℃；缓冷段降温速率10
‑
30℃/min，冷却至500℃；低于500℃后可以快速冷却，为终冷段。
19.优选地，所述步骤(4)中，环境功能材料的孔隙率为45％
‑
55％，质量蓄水率≥85％，抗压强度为1.0
‑
3.0mpa。
20.本发明具有以下优点和有益效果：
21.本发明的方法从综合利用、变废为宝的思路出发，针对河湖底泥(湖泊淤泥)高含水率、低有机质的特征，采用河湖底泥为主要原料(构建硅铝氧化物骨架)，农林有机废弃物、市政污泥等有机固体废物(燃烧产生气孔、提供热量)及建筑渣土、粉煤灰等低品位工业固体废物(调配硅铝比例)，基于同相类同相结构理论，通过机械力活化、内源自持烧结、缺氧热解，将“硅铝基矿物仿生造孔”及“生物质辅料内源自持中高温烧结”技术相结合，建立球状与连通性孔隙结构的无机
‑
有机混杂环境功能材料体系。
22.本发明的方法减量化高：城市有机固体废弃物处置后，体积减少至原体积的10％以下；无害化彻底：城市有机固体废弃物中存在的有毒有害物质在超高温燃烧过程中彻底被消灭，重金属被固化在环境功能材料中(重金属被固化在硅铝氧化物骨架中)；适用原料广泛，包含市政污泥、河湖底泥、尾矿砂、建筑渣土、粉煤灰和农林有机废弃物等，可用于多种类的废弃物处置。产品孔隙率45％
‑
55％，质量蓄水率≥85％，远超市场现有蓄水材料30％的蓄水率，抗压强度1.0
‑
3.0mpa，作为超净
‑
蓄水材料广泛用于海绵城市建设、水生态修复、园林绿化等领域，市场价值高。
附图说明
23.图1是实施例1烧成产物的实物图；
24.图2是实施例2的实验装置结构示意图。
具体实施方式
25.为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
26.实施例1
27.一种多源固废协同制备环境功能材料的方法，原料组成按照质量百分数计包括：80％的河湖底泥和市政污泥(以固含量计，其中河道淤泥与市政污泥的混合比例为3:2)、
2％的建筑渣土和粉煤灰、15％的玉米秸秆(烧失量＞50％)、1.5％的ko、1％的naco3和0.5％的腐殖酸钠。将河湖底泥、市政污泥、建筑渣土和粉煤灰首先与ko、naco3和腐殖酸钠混合，加入一定量水分进行搅拌，得到混合物含水率为60％～70％，混合物再与玉米秸秆在二次混料机内进行充分混合，二次混料后体系的含水率为40％～50％以下，将二次混料的产物置于对辊式造粒机内进行成型为粒径为3～4cm的圆形或椭圆形颗粒，经过滚筒筛对圆形颗粒进行筛分，符合粒径要求的颗粒在150℃下烘干至含水率小于20％，烘干后的颗粒放置于烧成炉中，首先升温至350℃，保温30min，进行预热；然后升温至630℃进行热解或气化，保温10min；最后在富氧性环境升温至830℃，保温5min；烧成后的产品依次经过急冷、缓冷和终冷，急冷段降温速率80℃/min，冷却至700℃；缓冷段降温速率20℃/min，冷却至500℃；低于500℃后快速冷却至室温。经过冷却之后得到环境功能材料。如图1所示，为本实施例烧成后产物的实物图。
28.经测试，本实施例所制备的环境功能材料固体废弃物使用量为95％，制备产品密度为450kg/m3，蓄水率为90％，筒压强度1.0mpa。
29.实施例2
30.以实施例1制备的多功能环境功能材料作为水体净化材料，对水体中的cod(化学需氧物)、tn(总氮)、tp(总磷)、ss(固体悬浮物)进行去除。
31.实施步骤：处理装置采用有机玻璃，便于观察试验过程污水的状态，系统采用间歇式进水，水力负荷为0.5m3·
(m2·
d)
‑1。每天定时进水一次，水力停留时间(hrt)设定为24h，日进水量为16l，每隔20cm设置有取水口，可实现对各个深度填料效果的分区取样。如图2所示，为本实施例试验装置的结构示意图，测试结果如下：单位：mg/l
[0032][0033][0034]
上述试验结果，表明制备的环境功能材料对污水中cod、ss、tp和tn具有明显的吸附净化作用，可用于污水处理厂出水的提标改造、地表径流的过滤等。
[0035]
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。