河道底泥是水體污染的內源之一，在河道底泥 中含有大量重金屬、難降解有機物、持久性有機污染物和營養物質，這些物質都可以在一定程度上影響 水質。河道疏浚會產生大量的河道底泥，而河道底泥處理與資源化利用受到了廣泛的關注。陶 粒 是一種類球 型 顆 粒，因 具 有 質 輕、多孔和高強的特 點，被廣泛用作污水處理濾料以及制備建筑輕質磚 塊等。目前常用黏土或頁巖作為主要原料來制作陶 粒。

１ 試驗材料和方法

１．１ 材料與儀器

河 道 底 泥 取 自 浙 江 省 紹 興 市 濱 海 工 業 區 支 五 河；污水污泥取自杭州市七格污水處理廠二沉池；黏 土取自江蘇金壇。 電熱鼓風干燥箱（精宏ＤHＧ-9123A），上海精宏實驗設備有限公司；多功能控溫表頭（ＪＫＫＺ－４－１３ＧＪ），蘇 州江 東 精 密 儀 器 有 限 公 司；箱 式 電 阻 爐 （ＳＸ２－４－ １３ＧＪ），蘇州江東精密儀器有限公司；微機控制電子萬能試驗機（ＸＢＤ－２５０３），濟南美特斯測試技術有限公司；電子 分 析 天 平（ＦＢ－４２３），上海舜宇恒平科學 儀器有限公司；振蕩機（ＴＨＺ－８２），金壇市杰瑞爾電器有限公司。

１．２ 原材料的成分特性分析

在陶粒燒制過程中，原材料對陶粒成品的性能 具有決定性作用，陶粒原材料的成分見表１。

從表１中可以看出：河道底泥、污水污泥和黏土 三者的主要化學組成相似，只是每種化學成分的含量 不同。三者之中，黏土中能為陶粒提供強度（主要為 ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３）的 物 質 更 多，但 是 助 熔 成 分 （主 要 是 ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ）卻 更 少。河 道 底 泥 中 Ｆｅ２Ｏ３ 以及助熔成分更多，但是有機質含量卻較低。污水污 泥與另外兩者相比，含有更多的有機質。三者之間， 優勢互補，以一定比例混合后可燒制得到優良陶粒。 根據混料數學模型方差分析以及所配制而成的 陶粒濾料在堆積密度、表觀密度、吸水率、筒壓強度 以及破損率和磨損率之和這些指標與《水處理用人 工陶粒濾料》（ＣＪ／Ｔ２９９—２００８）的對比分析最終得 出最佳的陶粒制作配比為：ｗ（河道底泥）∶ｗ（污水 污泥）∶ｗ（黏土）＝６５％∶１７．５％∶１７．５％。

２ 結果與討論

５ 個指標模型的Ｒ２＞０．９，說明 各個模型的擬合效果很好，不必通過其他方式進行進一步的擬合優化，能夠反映各個指標與不同物料 配比之間的變化關系；堆積密 度 的 Ｐ 值＜０．０５，說明物料配比對陶粒堆積密度的影響顯著；其余指標 的Ｐ 值＞０．０５，說明物料配比對陶粒的表觀密度、 吸水率、破碎率與磨損率之和、筒壓強度的影響均不 顯著。分析認為，堆積密度主要反映了陶粒的質輕性，不同的物料配比在燒制過程中質量損失具有明 顯差異，而表觀密度、吸水率、破碎率與磨損率之和、 筒壓強度受連續固溶體的影響較大，因而物料配比 對堆積密度具有顯著影響，對其余指標影響不顯著。可 以 發 現：河 道 底 泥、污 水 污 泥、黏土存在復雜的交互作用，使陶粒各個指標呈現 無明顯規律變化。對于任何一種原料組分而言，在 試驗范圍內對各個參數的影響并不具有單調性。原 料對堆積密度與對表觀密度的影響相似，吸水率、破 碎率與磨損 率 之 和、筒壓強度的變化類似，堆 積 密 度、表觀密度與吸水率的變化趨勢是相反的，這 與 Ｆｕｒｌａｎｉ等的 研 究 結 果 類 似，說 明 實 驗 制 得 陶 粒 孔隙結構與外部連通，表面未被釉質層所封閉。雖 然各個指標隨著物料配比的改變呈現出無明顯規律 變化，但是各個參數的 變化趨勢均在物料配比為 ６５％∶１７．５％∶１７．５％處發生轉變，且取得相對較 好的對應參數值。分析認為，隨著物料配比的改變， 陶粒生料球體系的低共熔點亦發生改變。該物料配 比混合 后 的 陶 粒 原 料 的 低 共 熔 點 恰 在 １１７５ ℃ 附 近，陶粒中黏土礦物開始發生熔融現象，結構由晶相 開始向液相轉變，但是熔融產生的液相較少，并不足 以完全封閉陶粒顆粒之間的空隙以及彼此開口連通 的氣孔，使其具有獨特的結構，所以陶粒的強度得到 提升，吸水率出現小幅度下降，可能適合水處理濾料 的使用。若要生產建筑用輕骨料陶粒，則可延長該 溫度下的停留時間，即采用延長燒結時間的方法或 提高燒結溫度使液相大量產出的方法。

３ 結 論

采用混料試驗設計，建立了河道底泥燒結 制陶粒物料配比與相應參數指標之間的回歸模型， 進行參數優化得到最佳工藝條件下的最優物料配 比。符合實驗工藝條件的原料質量分數比為 ｗ（河道 底泥）∶ｗ（污水污泥）∶ｗ（黏土）＝６５％∶１７．５％∶ １７．５％。原料中不同組分間具有的交互作用十分 復雜，對于任何一 種 原 料 組 分 而 言，其 對 試 驗 所 測陶粒指標的影響 并 不 具 有 單 調 性。通 過 混 料 實 驗 確定的物料配比所 形 成 的 陶 粒 生 料 球 在 燒 制 過 程 中的燒結溫度恰 與 體 系 的 低 共 熔 點 接 近。在 適 宜 工藝條件下，通過 控 制 燒 結 時 間，以 獲 得 不 同 用 途 的陶粒。



 

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