[发明专利]利用城市废物和工业固废建筑3D打印材料的系统及方法

说明书

本发明公开了利用城市废物和工业固废制备建筑3D打印材料的系统及方法，该系统包括均化池、湿法粉磨机、压滤机、回转窑、粉磨机及热水储罐，城市污水处理厂产生的湿污泥无需脱水直接与矿化垃圾、赤泥、脱硫石膏、电石渣和工业水进行混合形成混合液，混合液中湿污泥、矿化垃圾、赤泥、脱硫石膏及电石渣的干重比为5～10:5～10:15～30:10～20:30～60，保持混合液中的固液比为1:3～1:4，对所述混合液进行湿法粉磨后再进行均化处理并脱碱，均化处理温度为60～70℃，均化处理后的物料经过机械压滤脱水，然后将压滤后的物料进行高温煅烧获得建筑3D打印材料前驱体。

技术领域

本发明涉及化工、建材技术及大宗工业固废与城市污泥的资源综合利用和环境保护治理领域，具体涉及利用城市废物和工业固废建筑3D打印材料的系统及方法。

背景技术

3D打印正作为一种迅猛发展的全新制造技术影响人们的生产和生活。建筑3D打印技术具有模化高效、经济环保、精准加工、个性化制作、不产生建筑垃圾等突出特色，被认为将会颠覆传统建筑模式，把建筑业完全带进数字时代。

建筑3D打印技术的核心关键是所用的打印油墨材料，目前3D打印建筑所采用的材料还不成熟，目前各国试验的3D打印建筑多为1～2层。这样的建筑材料抗压强度可在1.5～3.5MPa就能使建筑物矗立，即可达到临时应用或展览的目的，在日本、美国，1～2层建筑就能满足住宅建设需要，而在其他国家和地区，多层、小高层、高层及超高层建筑量大面广，需求巨大。但要是打印材料能满足多层甚至小高层建筑在7度地震烈度地区的安全要求，则适于建筑3D打印材料的最低抗压强度要达到20.0MPa，要满足高层、超高层建筑在相同地震烈度地区的安全要求，抗压强度应达到35.0MPa以上。荷兰人采用树脂及塑料类的材料，美国人采用树脂砂浆类、黏土类、混凝土类材料进行3D打印建筑。其材料成本较高，严重制约着建筑3D打印技术的发展及推广。

改革开放以来，随着我国工业的飞速发展和城市化进程的加快，进而产生大量各种有毒有害的工业固体废弃物，并且其数量还在不断上升。大宗工业固体废弃物，简称大宗固废，是指我国在工业生产领域中年产生1000万吨以上对环境和安全影响较大的工业固体废物，主要包括赤泥、脱硫石膏、冶炼渣、尾矿砂和煤矸石等。

同样的，随着我国城市人口的增加和规模扩大，城市污水处理难度日益增大，根据官方统计，截至2015年9月底，全国城镇建成了3830座污水处理厂，高达1.62亿m³/d的污水处理能力，伴生污泥突破3000万吨/年。而污泥是污水处理过程中产生的一种含水率很高的废弃物，其成分主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物及重金属离子等。一般来讲，污泥风干后的主要成分是二氧化硅、白云母、淡云母、多硅白云母、高岭土等，这些矿物晶体主要是由铝、铁、镁等金属元素组成的，且是类似粘土的、具有极细颗粒的矿物质。污泥污染物往往具有长期毒性和不可降解性，若不加处理而无序排放，将通过大气、水和土壤等介质进入食物链，成为危险的二次污染源，对人类健康和生态造成危害。根据《中国污泥处理处置市场分析报告(2016版)》可知，2015年全国湿污泥无害化处理率平均值为32％，与实际需求之间还存在较大差距。因此，在污水处理领域中，污泥处置也成为当今一大难题。

目前常用的污泥处置技术主要有厌氧消化、好氧发酵、深度脱水、热干化、石灰稳定、焚烧和碳化等。但这些技术并不能彻底地、同时地实现污泥的减量化、稳定化、无害化与资源化，总会产生诸多后续问题，比如耗能大、技术操作过程产生恶臭气污染环境、焚烧尾气产生二恶英等有毒气体等等问题。

当前为了对污泥进行资源化利用，需要先对污泥进行深度脱水，将其含水率降低到50％左右，然而污泥脱水设备投资高，后期运行维护费用也较高并且造成大量水资源浪费。

发明内容