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河道底泥制陶粒配方优化(精宏DHG-9123A使用)

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-11-19 09:39【

河道底泥是水体污染的内源之一,在河道底泥 中含有大量重金属、难降解有机物、持久性有机污染物和营养物质,这些物质都可以在一定程度上影响 水质。河道疏浚会产生大量的河道底泥,而河道底泥处理与资源化利用受到了广泛的关注。陶 粒 是一种类球 型 颗 粒,因 具 有 质 轻、多孔和高强的特 点,被广泛用作污水处理滤料以及制备建筑轻质砖 块等。目前常用黏土或页岩作为主要原料来制作陶 粒。

1 试验材料和方法

1.1 材料与仪器

河 道 底 泥 取 自 浙 江 省 绍 兴 市 滨 海 工 业 区 支 五 河;污水污泥取自杭州市七格污水处理厂二沉池;黏 土取自江苏金坛。 电热鼓风干燥箱(精宏DHG-9123A),上海精宏实验设备有限公司;多功能控温表头(JKKZ-4-13GJ),苏 州江 东 精 密 仪 器 有 限 公 司;箱 式 电 阻 炉 (SX2-4- 13GJ),苏州江东精密仪器有限公司;微机控制电子万能试验机(XBD-2503),济南美特斯测试技术有限公司;电子 分 析 天 平(FB-423),上海舜宇恒平科学 仪器有限公司;振荡机(THZ-82),金坛市杰瑞尔电器有限公司。

1.2 原材料的成分特性分析

在陶粒烧制过程中,原材料对陶粒成品的性能 具有决定性作用,陶粒原材料的成分见表1。

从表1中可以看出:河道底泥、污水污泥和黏土 三者的主要化学组成相似,只是每种化学成分的含量 不同。三者之中,黏土中能为陶粒提供强度(主要为 SiO2,Al2O3)的 物 质 更 多,但 是 助 熔 成 分 (主 要 是 MgO,CaO,Na2O,K2O)却 更 少。河 道 底 泥 中 Fe2O3 以及助熔成分更多,但是有机质含量却较低。污水污 泥与另外两者相比,含有更多的有机质。三者之间, 优势互补,以一定比例混合后可烧制得到优良陶粒。 根据混料数学模型方差分析以及所配制而成的 陶粒滤料在堆积密度、表观密度、吸水率、筒压强度 以及破损率和磨损率之和这些指标与《水处理用人 工陶粒滤料》(CJ/T299—2008)的对比分析最终得 出最佳的陶粒制作配比为:w(河道底泥)∶w(污水 污泥)∶w(黏土)=65%∶17.5%∶17.5%。

2 结果与讨论

5 个指标模型的R2>0.9,说明 各个模型的拟合效果很好,不必通过其他方式进行进一步的拟合优化,能够反映各个指标与不同物料 配比之间的变化关系;堆积密 度 的 P 值<0.05,说明物料配比对陶粒堆积密度的影响显著;其余指标 的P 值>0.05,说明物料配比对陶粒的表观密度、 吸水率、破碎率与磨损率之和、筒压强度的影响均不 显著。分析认为,堆积密度主要反映了陶粒的质轻性,不同的物料配比在烧制过程中质量损失具有明 显差异,而表观密度、吸水率、破碎率与磨损率之和、 筒压强度受连续固溶体的影响较大,因而物料配比 对堆积密度具有显著影响,对其余指标影响不显著。可 以 发 现:河 道 底 泥、污 水 污 泥、黏土存在复杂的交互作用,使陶粒各个指标呈现 无明显规律变化。对于任何一种原料组分而言,在 试验范围内对各个参数的影响并不具有单调性。原 料对堆积密度与对表观密度的影响相似,吸水率、破 碎率与磨损 率 之 和、筒压强度的变化类似,堆 积 密 度、表观密度与吸水率的变化趋势是相反的,这 与 Furlani等的 研 究 结 果 类 似,说 明 实 验 制 得 陶 粒 孔隙结构与外部连通,表面未被釉质层所封闭。虽 然各个指标随着物料配比的改变呈现出无明显规律 变化,但是各个参数的 变化趋势均在物料配比为 65%∶17.5%∶17.5%处发生转变,且取得相对较 好的对应参数值。分析认为,随着物料配比的改变, 陶粒生料球体系的低共熔点亦发生改变。该物料配 比混合 后 的 陶 粒 原 料 的 低 共 熔 点 恰 在 1175 ℃ 附 近,陶粒中黏土矿物开始发生熔融现象,结构由晶相 开始向液相转变,但是熔融产生的液相较少,并不足 以完全封闭陶粒颗粒之间的空隙以及彼此开口连通 的气孔,使其具有独特的结构,所以陶粒的强度得到 提升,吸水率出现小幅度下降,可能适合水处理滤料 的使用。若要生产建筑用轻骨料陶粒,则可延长该 温度下的停留时间,即采用延长烧结时间的方法或 提高烧结温度使液相大量产出的方法。

3 结 论

采用混料试验设计,建立了河道底泥烧结 制陶粒物料配比与相应参数指标之间的回归模型, 进行参数优化得到最佳工艺条件下的最优物料配 比。符合实验工艺条件的原料质量分数比为 w(河道 底泥)∶w(污水污泥)∶w(黏土)=65%∶17.5%∶ 17.5%。原料中不同组分间具有的交互作用十分 复杂,对于任何一 种 原 料 组 分 而 言,其 对 试 验 所 测陶粒指标的影响 并 不 具 有 单 调 性。通 过 混 料 实 验 确定的物料配比所 形 成 的 陶 粒 生 料 球 在 烧 制 过 程 中的烧结温度恰 与 体 系 的 低 共 熔 点 接 近。在 适 宜 工艺条件下,通过 控 制 烧 结 时 间,以 获 得 不 同 用 途 的陶粒。



 


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