专利摘要

一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法，包括如下步骤：取剩余污泥，加过磷酸钙、硅藻土、纳米钛酸钙和双氧水，搅拌均匀，加热，再喷射加入零度含有纳米钛酸钙的混合酸溶液，分离，得到固体A和液体A；将固体A浸泡于水中，调整pH值，得到液体B和固体B；液体A和液体B混合，搅拌反应，调pH值，得到固体C和液体C；将液体C中加入催化剂，光辐照下，搅拌反应，分离，得到固体D和复合肥；固体B和固体C混合球磨，制成泥坯，加压成型，干燥，得陶瓷砖坯料；固体D分散于碱溶液中，浸涂于陶瓷泥坯料的表面，煅烧，得到陶瓷砖。本方法污泥中各成分均得以利用，无二次污染，制备的净化空气功能的瓷砖砖和复合肥成本低。

权利要求

1.一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80～88%，加入污泥质量的5%～10%的过磷酸钙、10～30%的硅藻土、0.1%～1%的纳米钛酸钙和5%～10%的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热到微沸10～20min；同时，按污泥质量和酸溶液体积比为1Kg:1L的比例取含硫酸0.1-0.5mol/L和硝酸0.2-1mol/L的混合酸溶液，加入污泥质量0.1%的纳米钛酸钙粉体，混合分散均匀，配制成纳米钛酸钙-混合酸的悬浊液，冷冻至0℃，用高压喷枪，以50-200m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，固液分离，得到固体A和液体A；

2)向步骤1得到的固体A中加水至固体刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾溶液调整pH值11～12，加热到80～90℃浸泡1h，补加氢氧化钾溶液，使得混合料液的pH值保持在11～12之间，固液分离，得到液体B和固体B；

3)步骤1得到的液体A和步骤2得到的液体B混合，搅拌反应完全，再用碱调整溶液的pH值为6～8，静置18-24h，固液分离，得到固体C和液体C；

4)将步骤3中得到的液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0～0.5%的纳米钒酸铋粉体，紫外光辐照下，搅拌反应90～120min，固液分离，得到固体D和复合肥；

5)将步骤2得到的固体B和步骤3得到的固体C混合，120℃烘干，球磨6-8h，混合均匀，过325目筛，加水湿润，炼泥，制成泥坯，模具中加20-30MPa压力成型，制成一定规格和形状的坯料，在60-90℃下烘干，得到陶瓷泥坯料；

6)将步骤4得到的固体D用超声分散于pH为11～14的氢氧化钾和氢氧化钠任意比例的溶液中，得到悬浊液D；

7)将步骤6得到的悬浊液D浸涂于步骤5制备的陶瓷泥坯料的表面，60-90℃烘干，于1000～1400℃煅烧2～5h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖；

所述的污泥为城市生活污水处理厂排放的剩余污泥。

2.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法，其特征在于，所述的步骤3中调pH值时所用的碱为氢氧化钾、氢氧化钙和氨水的任意比例的水溶液。

3.根据权利要求1所述的一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法，其特征在于，所述的步骤4中光辐照时所用的紫外光波长为254nm，辐照强度为不低于100μW/cm2。

说明书

技术领域

本发明属于环境技术领域，具体涉及一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法。

背景技术

污泥的处理一直是水处理行业的难题。目前，对于剩余污泥的处理方法主要有土地利用、卫生填埋和焚烧等方法。这些方法有的存在着环境安全隐患，有的成本高。污泥中含有大量的有机物，这些有机物以生物残体为主，富含蛋白质和铜锌铁等金属元素，其中的很多成分都是宝贵的资源。因而，积极探讨污泥的综合利用方法，变废为宝，是污泥处置的最好出路。但是，污泥中同时含有大量的重金属等有害物质，利用污泥时必须加以净化去除有害物质。

空气污染已成为全球性问题，无论是室内还是室外，空气中的甲醛、苯系物、颗粒物质、重金属等有害物质会随着人们的呼吸作用和皮肤进入人的体内，严重危害人体健康。为了治理空气污染，已有很多空气净化器、净化瓷砖等空气净化产品开发出来，但大都成本高，净化效果不是很理想。

利用污泥生产瓷砖和地砖已有报道，李淑展等（李淑展，施周，谢敏，污水厂污泥制地砖及其性能，硅酸盐学报，2007,35（2）：251～254）将烘干的污泥粉和高岭土等混合按常规方法烧制了污泥地砖；陈岚岚等（陈岚岚，颜桂炀，刘秀萍，陈庆华，不同污水处理厂脱水污泥烧制建筑瓷砖的初步研究，福建师范大学学报，2008,24（4）：61～65）将干燥的污泥粉添加到黏土中，再加入一定量的三聚磷酸钠和白胶，加压制成砖坯，在隧道窑中烧制建筑用瓷砖。这些方法虽然基本满足了地砖、瓷砖标准要求，同时对污泥中的重金属进行了一定比例的固化，但是，这些方法存在如下问题：1、污泥的添加量有限，需要大量的黏土、高岭土等粘结材料；2、污泥中有用物质，包括蛋白质、纤维素、木质素等有机质和氮磷钾等营养元素没有提取，都烧掉了，消耗能源，污染大气，同时也影响砖的品质；3、现有方法制备的仅仅是普通砖，没有特殊功能，经济效益和环境效益都不高。

为了安全地综合利用城市污水处理厂的剩余污泥，降低空气净化陶瓷材料的制备成本，同时得到复合肥料，本发明公开了一种利用剩余污泥制备具有空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法。

发明内容

本发明目的，是提供一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法。本方法中污泥各成分均得以利用，无二次污染，制备的净化空气功能的瓷砖成本低，具有很高的环境效益和经济效益。

采用的技术方案是：

一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)取新鲜的剩余污泥，调整含水率80～88%，加入污泥质量的5%～10%的过磷酸钙、10～30%的硅藻土、0.1%～1%的纳米钛酸钙和5%～10%的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热到微沸10～20min；同时，按污泥质量和酸溶液体积比为1Kg:1L的比例取含硫酸0.1-0.5mol/L和硝酸0.2-1mol/L的混合酸溶液，加入污泥质量0.1%的纳米钛酸钙粉体，混合分散均匀，配制成纳米钛酸钙-混合酸的悬浊液，冷冻至0℃，用高压喷枪，以50-200m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，固液分离，得到固体A和液体A；

2)向步骤1得到的固体A中加水至固体刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾溶液调整pH值11～12，加热到80～90℃浸泡1h，补加氢氧化钾溶液，使得混合料液的pH值保持在11～12之间，固液分离，得到液体B和固体B；

3)步骤1得到的液体A和步骤2得到的液体B混合，搅拌反应完全，再用碱调整溶液的pH值为6～8，静置18-24h，固液分离，得到固体C和液体C；

4)将步骤3中得到的液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0～0.5%的纳米钒酸铋粉体，紫外光辐照下，搅拌反应90～120min，固液分离，得到固体D和复合肥；

5)将步骤2得到的固体B和步骤3得到的固体C混合，120℃烘干，球磨6-8h，混合均匀，过325目筛，加水湿润，炼泥，制成泥坯，模具中加20-30MPa压力成型，制成一定规格和形状的坯料，在60-90℃下烘干，得到陶瓷泥坯料；

6)将步骤4得到的固体D用超声分散于pH为11～14的氢氧化钾和氢氧化钠任意比例的溶液中，得到悬浊液D；

7)将步骤6得到的悬浊液D浸涂于步骤5制备的陶瓷泥坯料的表面，60-90℃烘干，于1000～1400℃煅烧2～5h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖。

所述的污泥为城市生活污水处理厂排放的剩余污泥。

所述的步骤3中调pH值时所用的碱为氢氧化钾、氢氧化钙和氨水的任意比例的水溶液。

所述的步骤4中光辐照时所用的紫外光波长为254nm，辐照强度为不低于100μW/cm²。

所述的步骤4中所得到的复合肥可以作为液态肥料直接使用，也可以喷雾干燥、造粒后制成固态有机—无机复合肥。

本发明的优点：

本发明利用催化氧化、吸附、冷高压纳米粒子-酸喷射技术处理污泥，提取其中的有用物质制备复合肥料，重金属等有害物质经煅烧分解固化制备具有净化空气功能的陶瓷；本方法污泥中各成分均得以利用，无二次污染，制备的净化空气功能的瓷砖成本低。具有很高的环境效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例中所用纳米钛酸钙粉体均为本实验室按文献（张东,侯平. 纳米钛酸钙粉体的制备及其对水中铅和镉的吸附行为[J]. 化学学报, 2009,(12): 1336-1342）方法合成；所用的纳米钒酸铋粉体为本实验室按文献（张东，等，一种高活性N-F共掺杂钒酸铋可见光光催化材料的合成方法，发明专利，ZL 201210105621.7）方法合成。

实施例1

取新鲜的含水率为81%的剩余污泥2Kg，加入200g的过磷酸钙、400g的硅藻土、10g的纳米钛酸钙和200g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热保持微沸20min；同时另取浓度含量为0.25mol/L的硫酸和0.5mol/L的硝酸的混合酸溶液2L，加入2g的纳米钛酸钙粉体，搅拌混合，分散均匀，冷冻至0℃，用高压喷枪，以100m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，抽滤，得到固体A和液体A；向步骤1得到的固体A中加水至固体A刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾调整溶液的pH值11，加热到80℃保温浸泡1h，补加氢氧化钾使溶液pH值保持在11，抽滤，固液分离，得到液体B和固体B；将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，用氢氧化钾调整溶液的pH值为6，静置24h，抽滤，固液分离，得到固体C和液体C；液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0.2%的纳米钒酸铋粉体，置于100μW/cm²紫外光下辐照搅拌反应120min，用离心机4000r/min离心20min，分离，得到固体D和液态复合肥，将液态复合肥经喷雾干燥，得到固体复合肥1；固体B和固体C混合，120℃烘干，球磨6h，过325目筛，加水润湿，炼泥，制成软硬适中的泥坯，模具中加压30MPa成型，制成长宽厚为150×150×12.5mm的砖坯料，80℃干燥，得到陶瓷砖泥坯料；将固体D用超声分散于pH为11的氢氧化钾溶液中，得到悬浊液D，浸涂于陶瓷砖泥坯料表面，80℃烘干，于1250℃煅烧3h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖1。

实施例2

取新鲜的含水率为88%的剩余污泥2Kg，加入200g的过磷酸钙、200g的硅藻土、2g的纳米钛酸钙和100g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热保持微沸20min；同时另取浓度含量为0.1mol/L硫酸和0.2mol/L的硝酸的混合酸溶液2L，加入2g的纳米钛酸钙粉体，搅拌混合，分散均匀，冷冻至0℃，用高压喷枪，以50m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，抽滤，固液分离，得到固体A和液体A；向步骤1得到的固体A中加水至固体A刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾调整溶液的pH值12，加热到90℃保温浸泡1h，补加氢氧化钾使溶液pH值保持在12，抽滤，固液分离，得到液体B和固体B；将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，用氢氧化钾调整溶液的pH值为8，静置18h，抽滤，固液分离，得到固体C和液体C；液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0.1%的纳米钒酸铋粉体，置于100μW/cm²紫外光下辐照搅拌反应120min，用离心机4000r/min离心20min，分离，得到固体D和液态复合肥2；固体B和固体C混合，于120℃烘干，球磨8h，过325目筛子，加水润湿，炼泥，制成软硬适中的泥坯，模具中加20MPa压力成型，制成长宽厚为150×150×12.5mm的砖坯料，60℃干燥，得到陶瓷砖泥坯料；将固体D用超声分散于pH为14的氢氧化钾溶液中，得到悬浊液D，浸涂于陶瓷泥坯料表面，90℃烘干，于1000℃煅烧5h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖2。

实施例3

取新鲜的含水率为80%的剩余污泥2Kg，加入100g的过磷酸钙、600g的硅藻土、20g的纳米钛酸钙和200g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热保持微沸10min；同时另取浓度含量为0.5mol/L硫酸和1mol/L的硝酸的混合酸溶液2L，加入2g的纳米钛酸钙粉体，搅拌混合，分散均匀，冷冻至0℃，用高压喷枪，以200m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，抽滤，固液分离，得到固体A和液体A；向步骤1得到的固体A中加水至固体A刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾调整溶液的pH值11.2，加热到85℃保温浸泡1h，补加氢氧化钾使溶液pH值保持在11.2，抽滤，固液分离，得到液体B和固体B；将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，用氢氧化钙和氢氧化钾调整溶液的pH值为8，静置20h，抽滤，固液分离，得到固体C和液体C；液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0.5%的纳米钒酸铋粉体，置于100μW/cm²紫外光下辐照搅拌反应90min，用离心机4000r/min离心20min，分离，得到固体D和液态复合肥，将液态复合肥喷雾干燥，得到固体复合肥3；固体B和固体C混合，120℃烘干，球磨8h，过325目筛子，加水润湿，炼泥，制成软硬适中的泥坯，模具中加25MPa压力成型，制成长宽厚为150×150×12.5mm的砖坯料，90℃干燥，得到陶瓷砖泥坯料；将固体D用超声分散于pH为14的氢氧化钾溶液中，得到悬浊液D，浸涂于陶瓷砖泥坯料表面，60℃烘干，于1100℃煅烧2h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖3。

实施例4

取新鲜的含水率为85%的剩余污泥2Kg，加入150g的过磷酸钙、500g的硅藻土、5g的纳米钛酸钙和200g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热保持微沸20min，同时另取浓度含量为0.5mol/L硫酸和1mol/L的硝酸的混合酸溶液2L，加入2g的纳米钛酸钙粉体，搅拌混合，分散均匀，冷冻至0℃，用高压喷枪，以150m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，抽滤，固液分离，得到固体A和液体A；向步骤1得到的固体A中加水至固体A刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾调整溶液的pH值11.6，加热到89℃保温浸泡1h，补加氢氧化钾使溶液pH值保持在11.6，抽滤，固液分离，得到液体B和固体B；将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，用氨水和氢氧化钙调整溶液的pH值为8，静置24h，抽滤，固液分离，得到固体C和液体C；液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体和0.1%的纳米钒酸铋粉体，置于100μW/cm²紫外光下辐照搅拌反应100min，用离心机4000r/min离心20min，分离，得到固体D和液态复合肥4；固体B和固体C混合，120℃烘干，球磨7h，过325目筛子，加水润湿，炼泥，制成软硬适中的泥坯，模具中加30MPa压力成型，制成长宽厚为150×150×12.5mm的砖坯料，70℃干燥，得到陶瓷砖泥坯料；将固体D用超声分散于pH为13的氢氧化钾溶液中，得到悬浊液D，浸涂于陶瓷砖泥坯料表面，85℃烘干，于1300℃煅烧2h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖4。

实施例5

取新鲜的含水率为80%的剩余污泥2Kg，加入200g的过磷酸钙、300g的硅藻土、20g的纳米钛酸钙和200g的质量百分含量为30%的双氧水，搅拌均匀，加热保持微沸20min，同时另取浓度含量为0.1mol/L硫酸和1mol/L的硝酸的混合酸溶液2L，加入2g的纳米钛酸钙粉体，搅拌混合，分散均匀，冷冻至0℃，用高压喷枪，以180m/s的液流速度，喷入上述微沸的污泥料液中，喷射搅拌均匀，抽滤，固液分离，得到固体A和液体A；向步骤1得到的固体A中加水至固体A刚好完全浸没，搅拌均匀，用氢氧化钾调整溶液的pH值12，加热到85℃保温浸泡1h，补加氢氧化钾使溶液pH值保持在12，抽滤，固液分离，得到液体B和固体B；将液体A和液体B混合，搅拌反应完全，用氢氧化钾调整溶液的pH值为7，静置24h，抽滤，固液分离，得到固体C和液体C；液体C中加入液体C质量的0.5%的纳米钛酸钙粉体，置于100μW/cm²紫外光下辐照搅拌吸附反应120min，用离心机4000r/min离心20min，分离，得到固体D和液态复合肥，将液态复合肥喷雾干燥得到固体复合肥5；固体B和固体C混合，120℃烘干，球磨8h，过325目筛子，加水润湿，炼泥，制成软硬适中的泥坯，模具中加30MPa压力成型，制成长宽厚为150×150×12.5mm的砖坯料，80℃干燥，得到陶瓷砖泥坯料；将固体D用超声分散于pH为12的氢氧化钾溶液中，得到悬浊液D，浸涂于陶瓷砖泥坯料表面，80℃烘干，于1400℃煅烧2h，得到具有净化空气功能的陶瓷砖5。

实施例6：复合肥性能指标

将实施例1、3和5所得的固态复合肥按照国家标准GB 15063-2009“复混肥料(复合肥料)”方法和要求测试，结果列于表1；实施例2和4得到的液态复合肥按照地方标准DB33/699-2008 “有机液体肥料和有机-无机复混液体肥料质量安全要求”的方法和要求测试，各项指标见表2：

表1复合肥指标

表2液体肥的指标

以上数据表明，按实施例1～5，制备的复合肥基本符合相应标准。对于含氮不足的液体复合肥可以通过补加尿素等氮肥补充。

实施例7：功能陶瓷砖性能指标

将实施例1-5所得的瓷砖，参照GB/T4100-2006“陶瓷砖”和GBT 3810.4-2016 “陶瓷砖试验方法第4部分：断裂模数和破坏强度的测定”要求和方法检测破坏强度和断裂模量；参照GBT 3810.15-2006“陶瓷砖试验方法第15部分有釉砖铅和镉溶出量的测定”方法测定砖中重金属的溶出量，各项指标见表3：

表3 功能陶瓷砖性能指标

*未检出

实施例8：功能陶瓷砖对空气中甲醛的净化性能

根据JC/T 1074-2008 “室内空气净化功能涂覆材料净化性能”标准要求，分别将实施例1-5制备的陶瓷砖置于长×宽×高为 1250mm×800mm×1000mm的全玻璃空气试验箱内，调整甲醛的初始浓度为0.5mg/m³，室内自然光条件下，放置72h，根据GB/T 18883-2002“室内空气质量标准”和GB/T18204.26-2000“空气质量-甲醛的测定-酚试剂分光光度法”，采样测定甲醛浓度的变化，同时做空白试验。结果见表4

表4 功能陶瓷砖对空气中甲醛的净化性能

一种利用污泥制备空气净化功能陶瓷砖和复合肥的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。