制革废水处理中会产生大量的污泥,这些污泥含有大量的病原菌、硫化物及重金属铬等,如不进行有效处理,将会对环境造成污染。当前制革污泥处理的方法很多,如填埋、焚烧、堆肥、制作建筑材料等,其中将制革污泥作为原材料之一来制备陶粒是一种新颖有效的污泥处置方法。所谓的陶粒是指通过高温焙烧,经膨化而成的一种凝结土轻骨料,由于其内部是呈蜂窝状结构,因而具有轻质,高强,导热系数低,吸水率大等特点。传统陶粒以粘土和页岩烧结而成,而开采粘土要破坏耕地,开采页岩矿山要破坏自然环境,违背可持续发展的原则。利用制革污泥制备陶粒,不仅可高温固化污泥中的重金属铬,还能消耗大量的制革污泥,减轻日益严峻的污泥处理问题,拓宽陶粒原料的种类,而且因制革污泥含有丰富的有机质,具有一定的热值,故在烧结的过程中脱碳和焙烧过程中释放的热量将得到有效回用,可减少燃料的消耗。污泥制备陶粒本质上讲是高温固化废弃物的行为,因此本文首先对典型的三种不同来源的制革污泥的基本热行为做了初步研究,其中污泥A来自某以蓝湿革为原料的制革企业,污泥B取自某生产牛皮革的企业,该企业污泥中的铬经碱法回收过,而污泥C取某生产猪皮革及牛皮革的企业,污泥中的Cr未被回收。研究中利用热重分析仪对三种制革污泥进行了热重分析实验,通过TG(热重)、DTG(微商热重)曲线的分析,获得了污泥在10℃/min及20℃/min升温速率下不同阶段的热解特性。结果表明,污泥的热解过程大致分为3个阶段,即水分析出阶段,挥发份析出阶段及无机矿物质碳酸盐等分解阶段。第二阶段为污泥热失重的主要阶段,且温度范围较宽。运用Coats-Redfern积分法进行动力学分析后表明,大部分污泥的热解过程为二级反应。研究发现,污泥B、C热解过程相似,TG曲线受升温速率的影响不大,而污泥A则受升温速率的影响比较明显。当升温速率由10℃/min升高到20℃/min时,三种污泥的最终失重率都有不同程度的下降,且污泥A的最终失重率下降比较明显;污泥A的活化能有所升高,而污泥B、C的活化能则有所下降。本论文采用制革污泥A与普通粘土在1120～1190℃温度下混合烧结制备污泥粘土陶粒。实验烧制了6种不同配比的陶粒试样,对其松散容重、1h吸水率、颗粒容重、抗压强度及铬溶出量进行了测定并加以对比分析。研究表明污泥含量高的陶粒经一千多度的高温烧结后,抗压强度反而比未经烧结的陶粒要小或者很低,因此要得到一定强度的陶粒,必须严格控制污泥含量和烧制的温度及时间,污泥比例大,烧结温度过低,都会造成陶粒试样强度的大幅下降,反之污泥比例过低,烧结时间过长,陶粒试样熔融板结,密度变大。较好的条件是脱碳温度控制在350℃,烧制温度控制在1130℃～1180℃,保温20 min,并且根据粘土和污泥的配比严格控制。研究同时发现,适当的配比、烧结工艺,可使重金属铬在污泥陶粒中得到较好的固化,铬浸出量也符合国家规定的标准。本论文同时也考察了制革污泥B与粘土混合,在1080℃～1140℃烧结温度下,所制备陶粒的特征,研究表明相对于污泥A,由污泥B制得的陶粒烧结温度较低,在相同的烧结温度下,抗压强度要小、吸水率要大,故不同的制革污泥所制备的陶粒的性能差异较大。考虑到只用污泥、粘土制备的陶粒,陶粒松散容重相对较大、抗压强度相对较小等因素,在本文的后续研究中,除污泥、粘土外,再添加粉煤灰等固体废弃物,制成粒径为10～15 mm的生料球,经烘干、预热、焙烧等工艺过程,烧结制备了污泥粉煤灰陶粒轻骨料。研究表明,加入粉煤灰后,陶粒的松散容重有所下降,抗压强度上升明显,但是吸水率仍然较高,铬溶出量也符合国标的要求。