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力据不完全统计,全国日污泥排放量4.447万m,而寄无2NH填可英德新初隔3专题研究2004年第2期砖瓦本栏编辑:王立权城市生活污泥在制砖工业中的应用陈胜霞张亚梅(东南大学材料科学与工程系,南京210096)【摘要】本文叙述了城市生活污泥制砖的基本条件,详细分析了焚烧污泥灰砖和干污泥砖的物理、学性能。由此总结出,焚烧污泥灰可较高含量地取代粘土制烧结砖,适宜烧成温度为1020℃～1060℃之间;而用干污泥制砖,其适宜干污泥含量为5%～10%之间,烧成温度为960℃～1000℃之间。关键词:生活污泥综合处理烧结砖1前言3集中生化处理已成为污水处理的主流。污水厂在净化污水的同时,产生的污泥量约占污水总处理量的0.3%～5%(含水率以97%计),如果对水进行深度处理,污泥量还可能增加0.5～1.0倍。污泥的成分非常复杂,含有很多病菌微生物、生虫卵及重金属等,必须进行适当的处理,才能保证污泥的处理效果,避免严重的二次污染。另外,污泥处理的投资和运行费用巨大[1]。因此,寻求经济有效的减容化、害化和资源化的污泥处理利用技术具有重要的意义。我国的污泥处置大部分与生物化学法产生的活性污泥或生物膜等[3]。根据TaniaBasegio[4]和BerndWiebusch[5]对生活污泥和粘土的化学成分的比较(其结果见表1、),污泥灰中的SiO2含量远低于粘土中的含量,污泥灰中Fe2O3与P2O5的含量比粘土中高10%左右,重金属含量比粘土中要明显的多,其他的含量基本接近,因而生活污泥燃烧后的产物与粘土的组成基本接近,用粘土制砖时加一定量的干生活污泥一般是可行的。因干生活污泥中含有大量的有机物,有一定的燃烧热值,其燃烧热值在10000J/g左右[9],用于制砖,可节约能源。表1污泥化学组分以农用、埋或焚烧处置,在制备建筑材料方面的应用很少。焚烧的技术和设备复杂,能耗大,费用较高,并且有大气污染问题;填埋法则受到用地限制,而且会污染环境;投海会污染海洋,国际公约已明令禁止。污泥制成肥料农用具有经济简便、资源化等优点,但污泥农用必须注意严格控制有毒物质,尤其要注意重金属的污染。国际上城市污泥的资源化利用研究始于20世纪80年代,主要是利用城市污泥农用、焚烧和制备建筑材化学组分有机CN4+NO3+NO2PK质量分数(%)6.510.980.420.6820.200.01化学组分CaMgSCuZnFe质量分数(%)2.000.0241.331.9011.20.632化学组分MnNaCrCdNiPb质量分数(%)26.20.840.810.01381.501.50料[2]。研究较多的工业发达国家,如日、、、加坡注:污泥样品在105℃下干燥直到重量恒定为止。等。国内现行污泥处理能耗大,且造成二次污染,而利表2污泥灰和粘土的化学组分用污泥制砖不仅处理了污泥,而且还节约了能源和土主要成分污泥灰粘土地。根据国内外的研究现状,本文对生活污泥在制砖工质量(%)灰A灰B灰C灰D粘土1粘土2粘土3粘土4业中的应用进行了探讨。2生活污泥制砖的基本条件SiO2Al2O336.236.530.335.267.114.212.316.216.913.455.915.266.618.064.820.7城市生活污泥是指污水厂处理废水所产生的固体Fe2O317.915.12.85.65.66.17.66.7废弃物,在城市污水处理的过程中,产生很多沉淀物与漂浮物,有的是从污水中直接分离出来的,如沉淀池中CaOP2O510.013.220.816.91.513.218.413.89.40.112.20.21.10.10.50.2的沉渣、次沉淀池中的沉淀物、油池和浮选池中的油渣等;有的是在处理过程中产生的,如化学沉淀污泥Na2OMgO0.71.50.61.50.62.50.72.80.30.90.56.00.21.60.21.02004Brick&Tile©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.参考资料网站：砖瓦掺图分2004年第2期专题研究3生活污泥制砖利用生活污泥制砖有两种工艺方式,一种是污泥焚烧灰制砖;另一种是干化污泥直接制砖。将污泥焚烧后搜集的灰与粘土混合制砖,其中污泥灰的掺量可高达50%,砖的综合性能好,但没有利用污泥的热值。日本NagaharuOkuno[6]曾报道过用100%的下水道污泥燃烧灰制成砖,在日本已有8家这样的公司。污泥燃烧灰制砖的成型压力都很高,100%的灰粒的最佳成型压力为98MPa,在1020℃左右烧成。但也存在一些问题,因表面湿气的作用,表面会生长苔藓或是泛白。要解决这些弊端,可以提高烧成温度与进行表面化学处理。据称污泥灰砖的零售价为1美元一块,价格非常昂贵[6]。干化污泥制砖,缺点是污泥中有机质在高温下燃烧导致砖的表面不平整、量低和抗压强度低等。但利用了污泥的热值,且价格低。这两种制砖方式都存在空气污染,因污泥中含有大量的有机物,焚烧或烧砖时都有有害气体放出,两种方法制砖的工艺流程见图1、2。图1焚烧污泥制砖流程图图2干生活污泥制砖流程图4焚烧污泥灰砖与干污泥砖性能比较、析4.1砖的吸水率吸水率是影响砖耐久性的一个关键因素,砖的吸水率越低,其耐久性与对环境的抗蚀能力越强,因而砖的内部结构应尽可能致密以避免水的渗入。不同污泥含量的污泥灰砖和干污泥砖的3个烧成温度下的吸水率试验结果见图3。BerndWeibusch[5]的研究说明,随着污泥含量的增加与烧成温度的降低,砖的吸水率升高。而在制砖中,污泥灰起着造孔剂作用,所以污泥灰砖的吸水率比粘土砖高。在用干污泥制砖中,污泥降低了混合样的塑性,降低了混合样颗粒间的粘结性能。当混合样中污泥含量较高时,混合样的粘结性能下降,但砖内部微孔尺寸增加,其结果导致吸水率的升高。由于干污泥砖的有机杂质多,烧结后的微孔也多,所以其吸水率比污泥灰砖高。同时干污泥砖中含有大量的有机物,其内燃值大,起着助燃剂作用,因而其烧结温度比污泥灰砖低。图3砖吸水率与污泥掺量的关系曲线图4.2砖的烧成尺寸收缩率通常,质量好的砖的烧成收缩率低于8%,污泥灰砖的烧成收缩率基本上低于8%。在干污泥砖中,烧成收缩率随污泥含量的增加而相应增加,成近似线性关系。由于干污泥的有机质含量远高于粘土,污泥的加入提高了烧成收缩率,导致砖的性能降低。烧成温度也是影响烧成收缩率的重要参数,通常,提高烧成温度,烧成收缩率上升,但烧结温度不能过高,以免把砖烧成玻璃体。因而,污泥含量与烧成温度是控制烧成收缩率的两关键因素。在干污泥砖中,污泥含量低于10%,烧成温度低于1000℃时,其烧成收缩率符合优少百分数的标准是15%。当干污泥含量少于10%时,所有的砖都符合标准[7]。对于普通粘土砖而言,在800℃烧成后质量损失主要由于粘土中有机质燃烧引起,然而,当混合样中加入干污泥后,烧成质量损失率明显增加,因为污泥中含有的有机质量大。另外,砖的烧成质量损失率也依赖于污泥与粘土中的无机质在烧成过程中的烧尽。4.4砖的烧成密度干污泥砖的密度与污泥含量成近似线性关系(见图4)[7],这一结论显示与吸水率曲线的走势十分相似。因污泥中有机质含量较高,在烧结时有机质挥发质砖标准[7]。必然留下孔洞,粒径较粗,烧结体致密性差。烧成温度4.3砖的烧成质量减少分数增加污泥含量与提高烧成温度结果导致烧成质量减少百分数增加。1999年国家发布的砖烧成质量减同样也影响颗粒的密度,结果显示提高烧成温度会提高颗粒密度[7]。4©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.隔5专题研究2004年第2期砖瓦图4砖的颗粒密度与污泥掺量的关系曲线图在污泥灰砖中,污泥灰作为造孔剂,这个效果可由吸水率的增高与密度的降低来衡量。污泥灰含钙量似乎起着主要影响,但污泥灰原有的孔洞也会影响着砖的升高而升高。10%含量的干污泥砖在1000℃烧成,其抗压强度为二级品。在制污泥灰砖中,P2O5含量越高,SiO2含量越低,其软化性越强;污泥灰抗压强度还依赖污体孔洞的性质[5]。泥灰中铁和钙的含量,铁含量的增加使得砖体抗压强度4.5砖的强度抗压强度是衡量砖性能的最为重要的指标之一。抗压强度极大的依赖于污泥的含量与烧成温度[8]。干污泥砖的抗压强度随干污泥含量的增加而降低,随烧成温度提高,钙则使其降低[5]。BerndWeibusch[5]用的是污泥灰制砖,在污泥灰含量低于10%时,其抗压性能比干污泥砖和粘土砖都好。当污泥灰含量10%,烧结温度为1020℃时,其砖抗压性能最好,可达138MPa。图5砖的抗压强度与污泥掺量关系曲线图5结束语a.用焚烧污泥灰制砖,其污泥灰含量可较高,甚至100%;适宜烧成温度为1020℃～1060℃,在含量低于10%的污泥灰砖的强度性能比粘土砖高。用干污泥制砖,其适宜干污泥质量含量为5%～10%,烧成温度为960℃～1000℃,其干污泥砖强度与粘土砖相当。b.利用污泥制砖不仅处理了污泥,在烧制过程中将有毒重金属都封存在坯料中,也杀死了所有有害细菌,而且这种砖没有异味。污泥砖质轻、孔隙多,因而具有一定的隔音、热效果等优点。c.利用污泥制砖过程中都存在有恶臭气体的产生,特别是在加热条件下恶臭非常强烈,恶臭治理往往成为污泥利用过程中的主要障碍。同济大学环境系开展了生物脱臭技术的研究,以期解决治理过程中的恶臭问题。污泥砖的耐久性能还需进一步研究,污泥粘土粉煤灰砖需要进一步研究。参考文献:1张芳,王惠民.污泥无害化处理与综合利用途径研究[J],环境科学动态,1997.032杨丽君.污水处理中污泥的鼾与利用[N],绵阳经济技术高等专科学校报,2001.(03):27～293金儒林.污泥鼾[M],1982.273～2834TaniaBasegio,felipeBerutti,AndreBernardes,CarlosPergmann,Environmentalandtechnicalaspectsoftheutilizationoftannerysludgeasarawmaterialforclayproducts[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety2002(22):2251～22595BerndWeibusch.UtilizationofsewagesludgeashesinthebrickandtileIndustry[J].Wat.Sci.Tech.Vo1.36.1997.(11):243～2506NagaharuOkuno,ShiroTakahashi,Fullscaleapplicationofmanufacturingbricksfromsewage[J].Wat.Sci.Tech.Vo1.36.1997.(11):243～2507Chih-HuangWeng,Deng-Fonglin,Pen-ChiChiang.Utilizationofsludgeasbrickmaterials[J].AdvancesinEnviron2mentalResearch2003(7):679-6858Joo-HwaTayandKuan-Yeow.Resourcerecoveryofsludgeasabuildingandconstructionmaterial-afuturetrendinsludgemanagement[J].Wat.Sci.Tech.Vo1.36.1997.(11):259～2669钱君律,甘礼华,李光明,丁艳,陈龙武.上海城市污泥燃烧热的测定[J].实验室研究与探索,1999(3):49～51收稿日期:2003-12-12004Brick&Tile©1995-2004TsinghuaT