大学自然科学项目申报.ppt

项目名称：城市污泥—粉煤灰烧结 制陶粒的探索研究 团队成员：霍东 林中汉 高梨萱 成雪剑 孙治伟 石河子大学2013年国家大学生创新训练项目 结 题 汇 报 指导教师：龙渝川 夏多田 单 位：水利建筑工程学院 一、项目背景 二、项目研究内容及研究过程 三、项目创新特色 四、项目研究成果 五、项目经费使用情况 汇 报 提 纲 一、项目背景 近年来，随着城市水污染治理力度的不断加大，各城市污水处理厂数目迅速增加，污水处理率不断提高，污泥产量也随之增大。因此，如何妥善地处置城市污泥，实现资源再利用，变废为宝，是国内外共同关注的课题。 目前我国电力以煤电为主，每年大量剩余的粉煤灰以湿排的方式排入灰坝，不仅占用大量的土地，而且严重污染环境。 陶粒作为一种轻集料，可以取代普通砂石配制轻集料混凝土，具有密度小、强度高、保温、隔热 、抗震性能好的特点，近年来得到了迅速发展。 一、项目背景 本项目拟采用城市污泥、工业废料粉煤灰为主要原料、辅以助溶剂、粘结剂研制烧结陶粒，通过试验研究，探索适合当地城市污泥—粉煤灰烧结制陶粒的材料配合比和烧结热工工艺方法，为城市污泥—粉煤灰烧结制陶粒提供理论依据。 二、项目研究内容及主要研究过程 （一）城市污泥基本特性研究 主要针对污泥含水率、理化性质、营养成分、重金属含量、原料主要组分等对石河子市污水处理厂脱水污泥进行试验研究，为污泥烧制陶粒的实际应用提供理论依据； 2013年7月份从石河子市西郊石河子市污水处理厂现场收集脱水底泥，取回后首利用烘干法检测脱水底泥湿态的含水率和自然凉后干燥状态的含水率。参考有关规范测定干污泥的理化性质、卫生学指标、重金属含量等特性，具体参见表1-表5。详细分析见项目撰写的文章。 图-1污泥晾晒 （二）城市污泥--粉煤灰烧结制陶粒材料配合比及烧结热工制度研究 以城市污泥、粉煤灰、水为主原料，考虑烧结温度和烧结时间与陶粒筒压强度、吸水率及堆积密度之间的关系，通过正交试验，确定城市污泥—粉煤灰烧结制陶粒材料的配合比及烧结热工制度。 与《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031-2010）等国标的对比分析，用城市污泥部分替代黏土材料烧结制建筑材料陶粒，是完全可行的。 1、原材料的选择 城市污泥：石河子市污水处理厂；粉煤灰:采用新疆某热电厂粉煤灰，二级灰；粘土：石河子周边粘土；沸石粉：建材市场购买；水：采用普通自来水。 表 6 配合比正交试验设计表 试验编号 沸石粉 粉煤灰 污泥 粘土 水 1 50 50 50 300 210 2 50 40 40 290 235 3 50 30 30 280 270 4 60 50 40 280 245 5 60 40 30 300 265 6 60 30 50 290 215 7 70 50 30 290 265 8 70 40 50 280 225 9 70 30 40 300 240 2、配合比正交方案设计 表7烧结工艺正交试验表 试验编号 预热温度℃ 预热时间min 烧结温度℃ 焙烧时间min 1 300 20 800 10 2 300 30 860 10 3 350 20 860 10 4 350 30 800 10 3、烧结工艺正交方案设计 4、试验结果 图2 预热工艺—吸水率关系曲线 图3 烧结温度—堆积密度、颗粒密度之间的关系曲线 图4 烧结温度—吸水率之间的关系曲线 经分析，得出材料配合比为：粘土：污泥：粉煤灰：沸石粉=60:12:10:18，烧结热工工艺为预热温度300℃ ，预热时间20min,烧结温度860 ℃， 烧结时间10min，恒温2h。 图六陶粒烧制 图五原料计量 图7 烧结陶粒成品 （三）基于城市污泥----粉煤灰烧结陶粒的轻质混凝土实验研究 以城市污泥---粉煤灰烧结陶粒为粗骨料替代部分粗骨料页岩陶粒制作轻质混泥土立方体试件，测定混泥土的抗压强度和容重。 1、 轻质混凝土配合比设计 试验共制作两组试件，一组为轻质页岩陶粒混凝土试件，理论设计强度等级为LC10，试件编号1；另一组保持各比例不变，用部分污泥—粉煤灰烧结陶粒替代页岩陶粒，替代率为50%，试件编号2。具体配合比见表8。 表8 陶粒轻质混凝土配合比（LC10） 因素 水泥 粉煤灰 陶粒 石灰 石膏 水平 1 1.65 2.5 0.075 0.1 图8 立方体试块加载 图9 立方体抗压试件破坏 表9 轻质混凝土材料