污泥陶粒的制造及应用
污泥陶粒最早由Nakouzi S等人提出，是以污泥为主要原料，掺加适量辅料后经成球、焙烧而成。污泥陶粒技术在国内外的研究刚起步，目前的应用主要集中在将污泥作为一种陶粒烧制中的有机物添加剂，使用里少，只有10%左右，达不到大规模处置污泥的目的。王兴润等利用城市污水厂的机械脱水污泥烧结制备陶粒，为污水厂污泥的综合利用开辟新的途径。
污泥陶粒的结构材料
(1)污泥；试验用污泥样品为北京某污水处理厂的机械脱水污泥，其性质见表，其中有机质含量为干基含量。
某脱水污泥样品的基本特性
| 项目 |
含水率/% |
有机质含量/% |
密度/(g/cm3) |
重金属含量/(mg/kg) |
| Cu |
Zn |
Pb |
Cd |
Cr |
Ni |
Hg |
As |
| 数值 |
80.6 |
68 |
1.07 |
278.2 |
621.0 |
166.6 |
2.1 |
103.8 |
54.6 |
1.7 |
7.6 |
(2)辅料；干污泥的SiO2含量低、烧失量大，且不具有烧胀性能，需添加一定量的辅料。一般常用3种便宜的辅助原料A、B和C，它们的化学成分见表。
辅料的化学成分
| 项目 |
P2O5 |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
Al2O3 |
K2O、Na2O |
| 泥样/% |
32.98 |
24.37 |
10.68 |
10.69 |
6.09 |
7.95 |
5.67 |
| 辅料A/% |
|
49.55 |
3.48 |
0.98 |
4.87 |
37.4 |
1.22 |
| 辅料B/% |
|
54.33 |
6.65 |
2.12 |
6.79 |
19.72 |
5.37 |
| 辅料C/% |
|
46.13 |
8.04 |
5.85 |
14.89 |
15.2 |
8.85 |
为了提高烧胀性能，所添加的辅料中有近一半为SiO2。根据上表，辅料A的Si、Al含量高，主要提供成陶组分，但Si、Al的熔点高，导致烧结熔融温度高、烧结困难；辅料B既含成陶组分Si、Al，同时也含有较多的助熔组分(Na、K)，与A的“活性激发剂”成分类似，有“激活”A活性的作用，可生成Na2O-CaO-SiO2、K2O-SiO2-Al2 O3等低温共熔物，降低烧结温度，属于化学过程，故以辅料B作助熔剂的产品强度较高；辅料C的助熔成分(Na、K)含量较高，其助熔机理主要在于本身熔点低，熔化后在混合物中起到填补空隙和黏合的作用，但不能降低A的熔点，属于物理过程，故以辅料C作助熔剂的产品强度较低，又因辅料C的价格较贵，若产品能满足陶粒的性能要求，可考虑辅料C含量成10%的情况或不添加辅料C来进行烧制。
污泥陶粒的制备
污泥陶粒的制备和其他陶粒滤料的制备过程一样，需经配料造粒和烧制成形两个阶段。
(1)配料造粒；污泥陶粒的制备一方面是为了污水厂污泥的综合利用，另一方面是要得到较好的水处理滤料。所以原料按脱水污泥为50%，辅料A、B和C为50%进行配比。由于辅料C的价格较贵，一般只考虑辅料C含量≤10%的情况。王兴润等在进行污泥陶粒制备过程中采用了湿法造粒和干化造粒两种方法。
①湿法造粒；湿法造粒是采用手动螺旋造粒机挤压成形得到直径为2cm的圆条，再切割成高为1.5cm左右的圆柱形生料。
②干化造粒；干化造粒是采用粉末压片机加压成形污泥生料，压力为7.5MPa。
(2)烧制成形；将所制生料先100℃干燥30min；然后350℃预热30min；再1150℃焙烧15min；最后在空气中自然冷却。干化造粒的烧制成形工艺不需干燥，直接预热焙烧即可。
污泥陶粒的特点
(1)污泥陶粒的抗压强度；湿法烧结污泥陶粒产品的抗压力<1000N，最大抗压力约920N，达不到GB/T 17431.1-1998中对陶粒轻集料抗压强度的要求，不适合制取陶粒。而干化所得产品的抗压力达10000N左右，抗压强度约45MPa，折合筒压强度约35MPa，达到了GB/T 17431.1-1998中对密度等级为900kg/m3轻集料的筒压强度>6.0MPa的要求。
(2)污泥陶粒的吸水率；湿法工艺产品强度低、吸水率高，该工艺的半数产品没能达到GB 2838-81中对粉煤灰陶粒吸水率<22%的要求。干化工艺用粉末压片机加压成形，坯料强度更高，用该工艺造粒的产品吸水率比湿法有了很大的下降。除了在单独掺加辅料A或B的情况下产品致密性下降、吸水率较大外，其他情况下的吸水率都远低于GB 2838-81中对粉煤灰陶粒吸水率的要求。
(3)污泥陶粒的密度；湿法制得产品的堆积密度，根据一般建材陶粒的情况估算，可望控制在700kg/m3，符合GB /T 17431.1-1998中对轻骨料密度的要求。干化制得产品的堆积密度可望控制在900kg/m3，也符合GB/T 17431.1-1998中对轻骨料的要求。就产品密度而言，湿法和干化两种工艺均能得到合格的陶粒产品。
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