據國家環境保護部“公告2014年第26號”：2013年，**投運的城鎮污水處理設施共4136座，總設計處理能力1.61億立方米/日，平均日處理水量1.26億立方米；另據國家環境保護部2012年環境污染統計年報顯示：2012年城鎮生活污水排放量462.7億噸，比上年增加8.1%；占廢水排放總量的67.6%，比上年增加2.7個百分點。按照萬噸污水污泥產生量的平均值7.5t（80%水分）計算，2012年污泥產生量約為3500萬噸（80%水分）。顯而易見，隨著污水處理行業的快速發展，作為城鎮污水處理的必然副產物，污泥的處理處置問題變得前所未有的嚴峻和迫切。


??以污水廠的污泥作為主要原料，適量添加頁巖作為輔料，燒制成具有一定強度的輕質陶粒和高強陶粒，不但可以消耗大量的污泥，而且可以降低處理成本，同時避免污泥二次污染，尤其符合固廢處理的無害化、減量化和資源化原則，具有廣闊的發展前景。


??頁巖污泥陶粒生產過程中的影響因素較多，除了生產管理等因素外，主要有原材料性能（即原料配比）、預燒溫度和預燒時間、燒成溫度和燒成時間的影響。本研究通過不同污泥摻加量的配合比設計，不同預燒制度和燒成制度下的陶粒成品性能變化，提出適宜于頁巖污泥陶粒的焙燒制度。


??1 實驗原料和方法


??1.1實驗原料及基本性能


??本實驗采用污水處理廠經干燥處理的污泥和遼寧朝陽頁巖原料，原料基本性能如表1所示。


??表1  原料的基本性能

　　1.2實驗方法


??分別將破碎處理后的原料按照重量比進行配料，加入18%～22%的水拌合均勻，經手工制成7mm～10mm的生料球；生料球在100℃±5℃電熱恒溫鼓風干燥箱內烘干至恒重，隨后轉至事先設定并升至預定溫度的箱式電阻爐內進行要求時間的預燒處理；預燒處理后的料球再轉入預定溫度的箱式高溫爐內進行要求時間的燒制，燒制好的陶粒自然冷卻至室溫。按照GB/T17431.2-2010《輕集料及其試驗方法 第二部分：輕集料試驗方法》進行測試，測試內容包括：堆積密度、1h吸水率。


??陶粒的制備過程如圖1所示：


　　圖1 實驗室陶粒制備流程圖


??2 配合比設計


??配合比設計旨在研究在污泥頁巖陶粒生產過程中，實現污泥的**佳摻加量的工藝參數。試驗中污泥（75%的含水率）的摻加量分別為30%、40%、50%和60%。設計的配合比例如2所示。


??表2污泥頁巖陶粒配合比設計


　　3 預燒溫度、預燒時間單因素實驗


??本試驗將表2-1中的配合比1-1～1-5分別在400℃、500℃、600℃的電阻爐中分別預燒5min、10min、15min、20min后，置于焙燒溫度為1150℃的高溫爐中燒制10min，取出進行陶粒性能測試。預燒時間對陶粒性能的影響見圖2～圖6，預燒溫度對陶粒性能的影響見圖7～圖11。


由圖2～圖6可知,以頁巖單獨為原料的配比1-1，隨著預燒時間增長陶粒樣品的堆積密度逐漸增大。


??同一預燒溫度下，隨著污泥摻加量的增加，預燒時間逐漸加長。


??在400℃預燒溫度下，污泥摻加量為30%、40%、50%、60%（配比1-2、1-3、1-4、1-5）時的**佳預燒時間為10min、15min、15min和20min。


??在500℃預燒溫度下，污泥摻加量為30%、40%、50%、60%（配比1-2、1-3、1-4、1-5）時的**佳預燒時間為10min、10min、10min和20min。


??在600℃預燒溫度下，污泥摻加量為30%、40%、50%、60%（配比1-2、1-3、1-4、1-5）時的**佳預燒時間為10min、10min、15min和15min。


??由圖7～圖11可知, 同一預燒時間下，隨著污泥摻加量的增加，預燒溫度趨于提高。


??污泥摻加量為30%、40%（配比1-2、1-3）的**佳預燒溫度為500℃。


??污泥摻加量為50%、60%（配比1-4、1-5）的**佳預燒溫度為600℃。


??由此可見，以頁巖為輔助原料，隨著污泥原料摻加量的增加，需適當提高預燒溫度，延長預燒時間，以保證陶粒的膨脹性能。頁巖污泥陶粒各配比預燒制度優化確定見表3。


　　4 焙燒溫度、焙燒時間單因素實驗


??本實驗將表2中的配合比1-1～1-5分別在各自的預燒制度下預燒，預燒后的生料球在1050℃、1080℃、1100℃、1130℃、1150℃、1180℃、1200℃的溫度下進行焙燒時間為5min、10min、15min、20min的單因素實驗，焙燒好的陶粒樣品進行陶粒性能測試。焙燒時間對陶粒性能的影響見圖12～圖16，焙燒溫度對陶粒性能的影響見圖17～圖21。


??通過頁巖污泥的焙燒溫度、焙燒時間單因素試驗結果顯示，配比1-1～配比1-5的陶粒性能均呈相同的趨勢，即在同一燒成溫度下，隨著燒成時間的延長，陶粒堆積密度和1h吸水率呈逐漸降低的趨勢，當燒成時間超過15分鐘后，陶粒將會產生熔融現象，形成過燒；在同一燒成時間下，隨著燒成溫度的逐漸增加，陶粒的堆積密度和1h吸水率逐漸降低，當燒成溫度高于1150℃時，陶粒的堆積密度有的會提高，此時陶粒產生熔融，形成過燒現象。


??綜合燒成時間、燒成溫度與堆積密度、吸水率的關系，配比1-1的較佳的燒成時間為10分鐘，較佳的燒成溫度尾1120℃，其他配比的較佳燒成時間和燒成溫度分別為15分鐘和1120℃，燒成溫度范圍在1050℃～1150℃。


??不同燒成溫度與燒成時間下的陶粒堆積密度為300～500級。


??5 結論


??（1）以含水率75%計算的污泥為主要原料，摻配適宜性質、摻配量的頁巖為輔助原料，可燒制出符合GB/T17431.2-2010《輕集料及其試驗方法》標準相應密度等級要求的陶粒。


??（2）采用實驗中選取的頁巖為輔助原料，污泥（以含水率75%計算）的**高摻加量可達60%，可燒制成密度等級為300級～500級的陶粒。


??（3）通過實驗研究，提出實驗室頁巖污泥陶粒的焙燒工藝參數，如表4所示。


??表4  頁巖污泥陶粒焙燒工藝參數