一种可再生环境功能材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于城市固体废弃物资源化处置，具体提供了一种可再生环境功能材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，城市有机固体废弃物污染日趋严重，河湖底泥、市政污泥、赤泥等作为典型的有机固体废弃物产量巨大、危害性高，严重影响城镇居民的生命健康安全。目前，河湖底泥经过简单浓缩脱水后，弃置或作为回填土使用，从环境污染、卫生安全和经济有效等方面考虑，传统的底泥处置方式已经不能够适应今后生态环境可持续发展的要求；市政污泥当前主要采用干化焚烧的处置方式，投资大、运行成本高，且焚烧后灰渣还需要寻找新的出路，导致大部分干化焚烧污泥处置项目已经超过当地政府的财政承受能力。

2、如果将城市有机固体废弃物的处置与产品资源化利用结合起来，将极大提高处置的彻底性和经济性，对城市生态环境总体提升具有重要的实际价值。特别是用于污水处理厂尾水提标改造的人工湿地填料时，可以实现污水处理厂产生污泥的就地回用，且定期更换的人工湿地填料可以回到环境功能材料制备系统，完成填料中有机吸附物质的高温分解后，再重新回到人工湿地中，实现污泥产生——材料制备——人工湿地——材料再生的循环。

技术实现思路

1、本发明的目的是将多源固废制备成可循环再生的环境功能友好材料，并在产品制备过程中实现余热能量回收，更加低碳环保。

2、为此，本发明提供了一种可再生环境功能材料，包括：多源固废和功能性添加剂；以质量百分比计，所述多源固废包括40-55％的页岩石，30-40％的自来水厂污泥，15-25％的赤泥，5-10％的煤矸石；以多源固废质量计，所述功能性添加剂的添加量为0.2-4.55％。

3、具体的，以多源固废质量计，所述环境功能材料还包括20％的使用过的可再生环境功能材料。

4、具体的，上述功能性添加剂包括凹凸棒土、硅藻土、三氯化铁。

5、本发明还提供了上述可再生环境功能材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将多源固废脱水后，经过磁选、破碎、搅拌，形成粒径均匀的固体混合物；

7、(2)将固体混合物与功能性添加剂混合、搅拌、造粒后烘干；

8、(3)将烘干后的物料进行烧成，冷却后得到所述环境功能材料。

9、具体的，上述步骤(1)还包括将使用过的可再生环境功能材料破碎后，与多源固废混合。

10、具体的，上述步骤(3)中烧成过程依次包括预热段、热解段、焙烧段，在预热段以10-20℃/min的升温速率升温至200-250℃，保温15-20min，然后在热解段以20-25℃/min的升温速率升温至600-650℃，保温10-20min，再在焙烧段30-50℃/min的升温速率升温至950-1050℃，保温5-15min，完成燃烧、液化过程。

11、具体的，上述步骤(3)烧成过程产生的烟气与环境空气混合后，通入烧成预热段和/或步骤(2)的烘干阶段进行利用。

12、具体的，上述步骤(3)中通过环境空气对烧成后的高温物料进行直接接触冷却，被加热的环境空气通入步骤(2)的烘干阶段进行利用。

13、具体的，上述步骤(3)中冷却过程的降温速率为50-120℃/min。

14、本发明提供的可再生环境功能材料可用于耦合人工湿地填料，包括以下步骤：将可再生环境功能材料装填至预制筐内，模块化安装于人工湿地中。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

16、1、本发明提供的这种可再生环境功能材料以废治废，将多源固废制备成的环境功能友好材料，可极大地消纳固体废弃物，且适用原料广泛，包含页岩石、自来水厂污泥、赤泥、煤矸石等。环境功能材料的孔隙率为40％-60％，密度800-900kg/m3，抗压强度为0.6-2.0mpa，对污水固体悬浮物(ss)吸附能力约9-15kg/m3，对悬浮态cod去除率30-40％，远超市场常用的砂石填料(孔隙率≤40％、ss吸附能力约6-10kg/m3)。

17、2、本发明提供的可再生环境功能材料的制备方法在制备过程中实现了极大的余热能量回收，同时环境功能材料就地利用于污水处理厂人工湿地尾水净化，对于吸附饱和的人工湿地填料，进行破碎后，重新回到功能材料制备系统，实现功能材料的再生循环利用。

18、以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种可再生环境功能材料，其特征在于，包括：多源固废和功能性添加剂；以质量百分比计，所述多源固废包括40-55％的页岩石，30-40％的自来水厂污泥，15-25％的赤泥，5-10％的煤矸石；以多源固废质量计，所述功能性添加剂的添加量为0.2-4.55％。

2.如权利要求1所述的可再生环境功能材料，其特征在于：以多源固废质量计，还包括20％的使用过的可再生环境功能材料。

3.如权利要求1所述的可再生环境功能材料，其特征在于：所述功能性添加剂包括凹凸棒土、硅藻土、三氯化铁。

4.如权利要求1所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)还包括将使用过的可再生环境功能材料破碎后，与多源固废混合。

6.如权利要求4所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中烧成过程依次包括预热段、热解段、焙烧段，在预热段以10-20℃/min的升温速率升温至200-250℃，保温15-20min，然后在热解段以20-25℃/min的升温速率升温至600-650℃，保温10-20min，再在焙烧段30-50℃/min的升温速率升温至950-1050℃，保温5-15min，完成燃烧、液化过程。

7.如权利要求6所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)烧成过程产生的烟气与环境空气混合后，通入烧成预热段和/或步骤(2)的烘干阶段进行利用。

8.如权利要求4所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过环境空气对烧成后的高温物料进行直接接触冷却，被加热的环境空气通入步骤(2)的烘干阶段进行利用。

9.如权利要求4所述可再生环境功能材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中冷却过程的降温速率为50-120℃/min。

10.如权利要求1-3任意一项所述可再生环境功能材料在人工湿地中的应用，其特征在于，包括以下步骤：将可再生环境功能材料装填至预制筐内，模块化安装于人工湿地中。

技术总结本发明属于城市固体废弃物资源化处置技术领域，具体提供一种可再生环境功能材料，包括：多源固废和功能性添加剂；以质量百分比计，所述多源固废包括40‑55％的页岩石，30‑40％的自来水厂污泥，15‑25％的赤泥，5‑10％的煤矸石；以多源固废质量计，所述功能性添加剂的添加量为0.2‑4.55％。这种可再生环境功能材料可极大地消纳固体废弃物，环境功能材料的孔隙率为40％‑60％，密度800‑900kg/m<supgt;3</supgt;，抗压强度为0.6‑2.0Mpa，对污水固体悬浮物吸附能力约9‑15kg/m<supgt;3</supgt;，对悬浮态COD去除率30‑40％，远超市场常用的砂石填料。本发明还提供了该环境功能材料的制备方法和应用。在制备过程中实现了极大的余热能量回收，同时环境功能材料就地用于污水处理厂人工湿地尾水净化，对于吸附饱和的人工湿地填料，可再生循环利用。技术研发人员：孙勇,汪迪,吴朝阳,李喜龙,易亮,陈勉力,高智荣,龚浩,陈涛,陈丽娜,丁智受保护的技术使用者：中冶南方都市环保工程技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29