固体废物基环境友好材料 的研发和应用

在工农业生产和日常生活中，有大量固体废物产生，固体废物的减量 化、无害化和资源化是目前的潮流和发展的趋势。

随着经济、社会的高速发展和人口剧增，我国经济的高速发展，我国的 污（废）水排放量迅速增加，污水处理厂不断建立，污泥大量产生和堆 积，污染严重，污泥的存放处置形势异常严峻。污泥妥善地处理处置是 确保污水处理厂正常运行、避免对环境造成二次污染的关键因素。

在工业生产中，有大量固体废物产生，如赤泥、钢渣、化工废渣、垃圾焚 烧飞灰等，许多固体废物大量堆弃，不仅侵占农田，而且二次污染严重， 对大气、地表水和地下水造成了很大的影响。固体废物资源化利用已成为 包括我国在内的世界上很多国家控制固体废物污染、缓解自然资源紧张的 重要国策之一。

农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放大量的的废物。按其来 源分为：农田和果同残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树 枝和其他废物；农产品加工废弃物；牲畜和家禽粪便以及栏圈铺垫物；人粪尿以 及生活废弃物。常见的农业固体废物有稻草、麦秸、玉米秸、稻壳、根茎、落叶、 果皮、果核、羽毛、皮毛、禽畜粪便、死禽死畜、农村生活垃圾等。

主要包括以下内容：

 污泥及固体废物基陶粒的制备技术 

 污泥基陶粒在水处理中的应用 

 污泥基陶粒在绿色建筑材料中的应用

利用烧结法将污泥和工业固体废物制备成陶粒。 

烧结法具有以下优点：

 可以使固体废物中的有机污染物高温分解，实现固 体废物的减量化和无害化； 

固体废物中的无机重金属离子可以通过烧结固化在 烧结体中，减轻重金属的二次污染； 

烧结制备的材料具有较高的强度，可以更好地实现 固体废物的资源化。 

由此可以看出烧结法制备的陶粒是环境友好的。

陶粒是一种多孔材料，有轻质和超轻两大类。由于其多孔质轻， 其产品可用于园林绿化透水砖、人工湿地和水处理生物滤池滤 料、陶粒薄壁墙板、增强泡沫砌块和陶粒自保温砌块等建筑节 能材料、高速公路声屏障吸音墙等，应用广泛。

陶粒类多孔材料的原料分为三类：

骨架成分: 组成新型多孔材料的骨架和受力框架，主 要由含Si、 Al的矿物组成；

成气成分: 形成多孔形态的主要物质，主要为有机质和 高温产气类物质如铁盐，锰盐，碳酸镁，碳 酸钙等； 

助熔成分: 起助熔作用，降低骨架成分的熔点，主要 为含碱金属和碱土金属的盐类和矿物类。

污泥和工矿固体废物的组成

有机物——作为轻质及超轻污泥陶粒的致孔剂 

无机物SiO2、Al2O3等与许多建筑材料成分相近 ——作为陶粒的骨架结构 

无机物Fe2O3 ——作为烧制陶粒的助熔成分

由此可知，污泥和工矿固体废物能够部分满足 陶粒对原料的要求，利用其制备陶粒是完全可行的。

采用两段法烧结工艺，以城市污水处理厂污泥、DSD酸化学 工业污泥、钢渣、垃圾焚烧飞灰等工业固废为主要原料研制 出了轻质/超轻污泥陶粒。目前已达到工业化生产的水平。

轻质/超轻污泥陶粒在建材中的应用：

    普通混凝土是用水泥作为胶凝材料，砂、石作为集 料，与水按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而 得的水泥混凝土，它作为承受荷载的结构材料广泛应用于土木工程。 

    以轻质/超轻污泥陶粒替代普通混凝土中的砂、石为集料，不仅可以节约部分石材，而且可以充分实 现污泥基工业固体废物的固废资源化。

由下列三部分技术内容构成：

以轻质/超轻污泥陶粒替代普通混凝土中的砂、石制备了绿色建材混凝土砌块； 

以轻质/超轻污泥陶粒作为无机多孔载体，发明了适用于民用建筑 室温调节的、具有显著节能效果的污泥陶粒基多元脂肪酸相变储能墙体材料； 

发明了垃圾焚烧飞灰陶粒基绿色自保温墙体材料生产技术。

污泥基陶粒在水处理中的应用：

污泥陶粒好氧生物滤池填料处理实际生活污水

污泥基陶粒好氧生物滤池填料处理实际大豆蛋白废水

污泥基陶粒厌-好氧串联生物滤池系统处理抗生素废水

微电解粒状材料处理难降解有机废水

结果表明:

两种轻质陶粒使得UAF和UBAF在常温下的启动周期分别缩短至42d和 10d左右。UAF-UBAF系统在低温环境下（16℃左右）仍具有去除效率高，有机负荷高，耐冲击负荷力强，对四环素抗性高和降解四环素能力强等特点，其处理效果优于同等热力条件下的多种废水处理工艺。UAF-UBAF中降解四环素的主要细菌是Comamonadaceae，Thauera 和 Sinobacteraceae。在UAF的下部主要发生厌氧水解阶段的反应， 在UAF的上部主要发生厌氧乙酸化和甲烷化阶段的反应。UBAF中微 生物的种类主要由厌氧类细菌向好氧类细菌转化。系统中微生物的多样性随着四环素的一步步降解而变得越来越丰富。

以DSD酸铁泥、赤泥、废铁屑等为主要 原料的微电解粒状材料处理难降解有机废水

    高浓度难降解有机废水由于其可生化性较差是目前水处理难点和研究的热点，目前常用微电解法对该类废水进行预处理，以提高其可生化降解性能。 

    针对传统铁碳微电解填料易发生板结和沟流的问题，本研究制备了粒状微电解水处理填料。 

    采用自制的固体废物基微电解粒状填料对环己酮实际废水、抗生素废水、丙烯腈废水、活性染料废水等难降解有机废水进行了处理。

结果表明：

经砂滤后的环己酮废水（CODcr为6.5～7万mg/L）, 单级 微电解（EBR）处理的HRT为3h，采用EBRA 和EBRB串 联处理的总HRT为6h，pH控制在2～3之间，连续工作48h 后，最佳出水浓度CODcr为6600mg/L,最高出水浓度为 13000mg/L，平均出水浓度为8000mg/L左右。 

废水经二次串联处理，在回流比R=3，HRT=6的条件下， COD总去除效率可达82.6%。

通过SEM照片可以发现：

污泥陶粒表面要比商品陶粒表面粗糙，光滑度低，孔隙主要以大孔为主，中孔和微孔较少，孔隙结构也更加发达。 

污泥陶粒内部同样孔隙发达，多为大孔，中孔和微孔也较多。 

当污泥陶粒用作水处理滤料时，其粗糙的表面和发达的孔隙结构更适合于微生物的生长和附着，而且污泥陶粒中含有大量的微量金属元素，因此在用作水处理滤料时，对滤 料表面微生物的生长具有很好的促进作用，在处理各种废水时将会具有非常好的处理效果。 

另外由于污泥陶粒具有质轻多孔的特点，故还是制备保温墙体和保温混凝土砌块的优质材料。

X-衍射（XRD）分析表明：

污泥陶粒和商品陶粒均以硅酸盐为主，可以耐酸、碱；尽管污泥陶粒的化学组成上要比商品 陶粒复杂得多，但其中的重金属被固定在陶粒内部。

ICP分析和重金属浸出实验表明：

污泥陶粒重金属浸出浓度远远低于国家标准GB 5085.3－2007（《危险废物鉴别标准—浸出毒性 鉴别》）中规定的阈值，不会对微生物的正常生 长造成影响，重金属被牢牢固定在陶粒内部。•因此，污泥陶粒作为水处理填料和建筑材料是安 全可行的，也是环境友好的，不会造成二次污染 问题。

轻质/超轻污泥陶粒在建材中的应用：

普通混凝土是用水泥作为胶凝材料，砂、石作为集 料，与水按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而 得的水泥混凝土，它作为承受荷载的结构材料广泛应用于土木工程。 

以轻质/超轻污泥陶粒替代普通混凝土中的砂、石为集料，不仅可以节约部分石材，而且可以充分实 现污泥基工业固体废物的固废资源化。

由下列三部分技术内容构成：

以轻质/超轻污泥陶粒替代普通混凝土中的砂、石制备了绿色建材混凝土砌块； 

以轻质/超轻污泥陶粒作为无机多孔载体，发明了适用于民用建筑 室温调节的、具有显著节能效果的污泥陶粒基多元脂肪酸相变储能墙体材料； 

发明了垃圾焚烧飞灰陶粒基绿色自保温墙体材料生产技术。

其他成熟技术：

  膨润土改性及在水处理中的应用技术

  粉煤灰改性及在水处理中的应用技术

  系列无机高分子水处理剂生产技术

  系列阳离子有机高分子水处理剂生产技术

固体废物基环境友好材料的生产与应用，最大限度地 利用了固体废物，既解决了固体废物的二次污染问题 ，又实现了固体废物资源化，对保护人体健康和生态 环境做出了较大的贡献，社会效益和环境效益显著， 具有广阔的推广应用价值。

工程案例