GBT25031制砖污泥泥质技术指标及有关问题的探讨李庆繁

44砖瓦世界2017.344科技纵横SCIENCE&TECHNOLOGY44研究与探讨0　引言为了规范利用污泥制砖，避免污泥进入砖厂处置的无序化，保证污泥制砖环境影响的最小化，2010年发布了国家标准《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031—2010）。这个标准的实施，客观上能够对进入砖厂处置的污泥起到规范限制作用。GB/T25031—2010规定了城镇污水处理厂污泥制砖的质量准入标准，包括：“嗅觉”、“稳定化指标”、“理化指标”、“烧失量和放射性核素指标”、“污染物浓度限值”、“卫生学指标”、“大气污染排放指标”和“其他要求”等。有的指标目前仍存在争议，其中对含水率和掺入比两个指标的争议最大。还有人建议放宽烧失量和含水率指标。因此，本文拟就存在争议的指标，以及与污泥在混合料中的混合比例、掺有污泥的烧结砖单位能耗能否满足国家标准《烧结墙体材料单位能源消耗限额》（GB30526—2014）的规定密切相关的重要指标——污泥的干基发热量，一并进行讨论并提出意见以求共同探讨。1　GB/T25031规定的“泥质”、“其他要求”及“取样与监测”摘录1.1　味觉（见GB/T25031“4.1”节）无明显刺激性臭味1.2　稳定化指标（见GB/T25031“4.2”节）污泥制砖利用前，应满足GB18918中的稳定化指标。1.3　理化指标（见GB/T25031“4.3”节）污泥用于制砖时，污泥理化指标应满足表1的要求。表1　理化指标（摘自GB/T25031）序号控制项目限值1pH5～102含水率≤40%1.4　烧失量指标（见GB/T25031“4.4”节）污泥用于制砖时，污泥烧失量指标应满足表2的要求。表2　烧失量指标（摘自GB/T25031）控制项目限值烧失量≤50%1.5　污染物浓度限值（见GB/T25031“4.5”节）规定浓度限值的污染物有：总镉、总汞、总铅、总铬、总砷、总锌、总铜、矿物油、挥发酚和总氰化物等9项。1.6　大气污染物排放指标（见GB/T25031“4.7”节）（1）污泥在运输和储存时，大气污染物排放最高允许浓度应满足表3的要求，标准分级、取样与监测需满足GB18918的要求。表3　大气污染物排放最高允许浓度（摘自GB18918）序号控制项目一级标准二级标准三级标准1氨/（mg/m3）1.01.54.02硫化氢/（mg/m3）0.030.060.323臭气浓度（无量纲）1020604甲烷（厂区最高体积浓度）/%0.511GB/T25031制砖污泥泥质技术指标及有关问题的探讨李庆繁（辽宁省预拌砂浆行业协会，辽宁抚顺113008）摘要：本文介绍了GB/T25031有关规定和污泥性质，在此基础上，依据国家现行有关标准的规定，结合科研和生产实践，对GB/T25031规定的泥质主要指标：含水率、烧失量、有机物降解率、污染物浓度限值、大气污染物排放指标和“取样与监测”以及GB/T25031的缺失等进行了讨论，并就存在的有关问题提出了建议。关键词：泥质；含水率；烧失量；有机物；降解率；热值；深度脱水；污染物452017.3砖瓦世界45科技纵横SCIENCE&TECHNOLOGY45研究与探讨（2）污泥制烧结砖时，大气污染物排放最高允许浓度应满足GB/T24602的要求，即满足GB/T24602规定的“焚烧炉大气污染物排放标准”的要求。1.7　其他要求（见GB/T25031第5章）将处理后污泥与其他制砖原料混合时，污泥（以干污泥计）与制砖总原料的重量比（wt%），即混合比例应小于或等于10%。在工艺条件允许或产品需要的情况下，混合比例可适当提高。1.8　GB/T25031规定的“取样与监测”（见GB/T25031第6章）GB/T25031在第6章“取样与监测”中，规定了监测分析方法（见GB/T25031表3）。从表中可见，对总镉、总汞、总铅、总铬、总砷、总镍、总锌、总铜和“矿物油”等9种污染物，分别规定了多种监测分析方法，最多达7种，同时还规定了仲裁方法。2　污泥的性质为了对国家标准GB/T25031的有关技术指标进行讨论，有必要了解污泥的性质。污泥性质主要包括物理性质、化学性质和卫生学指针等方面，污泥性质是选择污泥处理处置工艺的重要依据。下面仅就与污泥制砖有关的污泥性质即泥质指标进行讨论。2.1　物理性质与污泥制砖有关的物理性质指标主要有：含水率和含固率、挥发性固体含量和灰分、湿污泥的密度和总固体（干污泥）的密度、含水率与体积的关系。含水率与污泥的物理性质有关。通常污泥的物理参数包括：含水率、沉降比、粒度、总固体含量、挥发性固体含量等。这里仅就与污泥制砖有关的物理性质进行讨论。2.1.1　污泥的含水率和含固率含水率是指单位质量污泥中水的百分含量（Wsl，%）；含固率则是指单位质量污泥中总固体（干污泥）百分含量（Pvs，%）。污泥含水率的多少与污泥烘干、处理工艺、污泥状态及流动性能密切相关。含固率则是进行制砖配合比计算时的重要参数。初沉污泥的含水率通常为97％～98％，剩余污泥含水率可高达99.2%。经浓缩之后，含水率通常为94％～96％。一般机械脱水可使含水率降低到80%左右，深度脱水后含水率可降到60%左右。若进一步降低含水率，则需采取热干化处理。污泥的形态和含水率的关系：通常含水率在85%以上时，污泥呈流态；65%～85%时呈塑态，当小于80%时，其外观呈软泥饼状；含水率低于65%时几乎呈固态、泥饼状；经半干化降至40%以下，呈疏松团状或聚散状态；当含水率降到15%以下则呈粉粒状，为全干化。GB/T25031规定含水率Wsl≤40%，是污泥减量化的重要指标。2.1.2　污泥的挥发性固体和非挥发性固体（灰分）挥发性固体（VS），是指悬浮固体（干污泥）在600℃的温度中灼烧减少的质量（见GB/T50125）。单位质量总固体（TS）（干污泥）中挥发性固体百分含量（Pvs，%）通常用于表示污泥中有机物含量。灰分是干污泥在（550±50）℃条件下，灼烧后剩下的不能挥发或氧化的无机物残渣，即非挥发性固体（FS），又称灰分。单位质量总固体（TS）中非挥发性固百分含量通常用于表示污泥中无机物含量。污泥中挥发性固体（即有机物）质量mvs和非挥发性固体（即无机物）质量mfs之和则为总固体（干污泥）质量mts，即：mts=mvs+mfs（1）式中：mts——污泥中总固体的质量，kg或t；mvs——挥发性固体的质量，kg或t；mfs——非挥发性固体的质量，kg或t。2.1.3　单位质量干污泥在不同含水率条件下制砖用污泥质量msl、密度ρ和体积V单位质量干污泥在不同含水率条件下的质量msl、密度ρsl和体积Vsl，非专业人员并不清楚这些概念。单位质量干污泥不同含水率时的质量相对易于理解，而对于密度和体积却不那么容易。为了便于对泥质含水率指标进行讨论，以便科学合理地确定泥质含水率指标，使人们对此能有所了解，以便采取相应的工艺措施，有必要对单位质量干污泥在不同含水率条件下的污泥质量msl、密度ρsl和体积Vsl进行讨论。2.1.3.1　不同含水率和含固率条件下的污泥质量污泥质量msl等于污泥所含水分的质量mw与总固体（干污泥）的质量mts之和。如果已知湿污泥含水率Wsl、含固率Pvs和总固体（干污泥）质量mts，不同含水率和含固率条件下污泥的质量msl可由下式求得：（2）式中：msl——污泥的质量，kg；46砖瓦世界2017.346科技纵横SCIENCE&TECHNOLOGY46研究与探讨mw——污泥中水的质量，kg；mts——污泥中总固体（干污泥）的质量，kg；Wsl——污泥含水率，%；Pts——污泥含固率，%。2.1.3.2　总固体（干污泥）密度污泥中总固体物质包括挥发性固体（即有机物）和非挥发性固体（即无机物）。总固体的密度ρts等于总固体的质量mts与总固体体积Vts之比，即ρts=mts/Vts；总固体质量mts等于挥发性固体质量与非挥发性固体质量之和，即mts=mvs+mfs；总固体体积Vts等于挥发性固体体积与非挥发性固体体积之和，即Vts=Vvs+Vfs，因此，总固体的密度ρts可由下式计算：（3）将式mvs=mts·Pvs，mfs=mts·（1-Pvs），，代入式（3），整理得：（4）式中：ρts——总固体即干污泥密度，t/m3；mts——总固体即干污泥质量，t或kg；mvs——挥发性固体即有机物质量，t或kg；mfs——非挥发性固体即无机物质量，t或kg；Vts——总固体即干污泥体积，m3；Vvs——挥发性固体即有机物体积，m3；Vfs——非挥发性固体即无机物体积，m3；Pvs——挥发性固体即有机物含量，%；ρvs——挥发性固体即有机物密度，t/m3或kg/m3ρfs——非挥发性固体即无机物密度，t/m3或kg/m3。注：总固体密度ρts、挥发性固体密度ρvs和非挥发性固体密度ρfs分别指在密实状态下，单位体积的总固体、挥发性固体和非挥发性固体的质量t/m3或kg/m3。干污泥中挥发性固体的密度ρvs通常取1000kg/m3，非挥发性固体的密度ρfs一般为2500～2650kg/m3，计算取ρfs=2600kg/m3，当挥发性固体分别为30%、40%、50%和70%时，总固体的密度由式（4）计算，计算结果见表4。表4　不同挥发性固体含量的总固体密度ρts项目挥发性固体含量/%30405070总固体密度ρts/（kg/m3）17571585144412262.1.3.3　污泥密度与含水率的关系污泥密度是选择制砖混合料混合搅拌工艺装备的重要依据，因此，有必要了解污泥含水率与密度的关系。污泥的密度有两种，一种是真密度ρsl，简称密度；另一种是体积密度ρ0·sl，或称表观密度。真密度ρsl是指在绝对密实状态下的单位体积的质量，以t/m3表示。由下式计算：　　　（5）式中：ρsl——污泥的密度（kg/m3或t/m3）。将式mw=msl·Psl，mts=msl·（1-Psl），，代入式（5），整理得：　（6）体积密度ρ0·sl则是指在自然状态下的单位体积（包括所有孔隙体积）的质量，t/m3表示。由下式计算：　　（7）式中：ρ0·sl——污泥的体积密度，kg/m3；V0·sl——污泥自然状态体积，m3。污泥含水率Wsl在85%以上时，污泥呈流态；65%~85%时呈塑态；含水率Wsl低于65%时几乎呈固态。因此，在含水率较高时，约在80%以上，随着含水率的降低，污泥始终呈密实状态，其体积密度等于真密度，其值可由式（6）或式（7）求得；当经脱水含水率降至80%的污泥进行热干化处理，由于污泥已呈塑态，甚至成为固态，因此，污泥由于水分蒸发引起的收缩受阻，而在体积内产生孔隙，随着含水率的降低，体积密度ρ0·sl降低，此时，密度、质量和体积的符合式（8）的关系。2.1.3.4　污泥体积、密度与含水率关系污泥密实状态的体积Vsl等于污泥质量msl与污泥真密度ρsl之比。污泥的密实状态体积由下式求得：（8）式中：Vsl——污泥的体积，m3；ρsl——污泥的密度，t/m3或kg/m3。2.1.3.5　单位质量干污泥在不同含水率和有机物含量条件下污泥的质量、密度和体积（1）污泥含水率与其密度、质量、体积和孔隙率的关系图1为污泥含水率与密度的关系图，利用上述472017.3砖瓦世界47科技纵横SCIENCE&TECHNOLOGY47研究与探讨相关公式进行验算和计算，可求得1000kg干污泥在不同含水率条件下的污泥质量、密度、体积和孔隙率，验算和计算结果见表5。图1　污泥含水率-密度关系图1为理论密度和实测密度随含水率变化的曲线。如图1所示，在含水率约为62.5%时，曲线出现拐点，之后密度随着含水率的降低急剧下降，密度约由1.22t/m3降至0.55t/m3。由表5可见含水率降至62.5%之后，随着含水率继续降低，污泥质量减少，体积很少或没有变化，孔隙率急剧增加。（2）制砖用污泥的质量、密度和体积建科[2011]34号文件介绍：“一般情况下，初沉污泥挥发性固体的比例为50％～70％，活性污泥为60％～85％，经厌氧消化后的污泥为30％～50％。”，