关于城镇污水处理厂污泥制砖综述二李庆繁

2016年第7期新浪微博：砖瓦杂志社墙材网关于城镇污水处理厂污泥制砖综述（二）李庆繁（辽宁省墙材协会，辽宁抚顺113008）摘要：首先对GB/T25031—2010和污泥厌氧消化过程进行了简要介绍，强调了污泥厌氧消化对制砖污泥泥质形成的重要作用，并结合厌氧消化对GB/T25031部分技术指标进行了解读。针对污泥制砖的质疑，提出了个人意见。对污泥制砖取得的效益进行了说明，列举了污泥制砖的实例。最后强调GB/T25031完全符合安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠的原则，以及用污泥制砖具有较好的经济效益、环境效益和社会效益，从而可达到节能减排和发展循环经济的目的。关键词：污泥制砖；厌氧消化；减量化；稳定化；无害化；资源化；节能减排；循环经济5关于对污泥制砖的质疑之我见5.1关于《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》国家标准GB/T25031应废除国家标准《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031—2010）是在认真贯彻、执行建城[2009]23号和建科[2011]34号文件精神的基础上进行编制的，其要求的用于制砖的污泥，是经稳定化、减量化和无害化处理的污泥。GB/T25031—2010编制的目的是为了规范利用污泥制砖，避免污泥进入砖厂处置的无序化，保证污泥制砖的安全可靠和对环境影响的最小化。然而，2012年第1期《标准科学》杂志载文《直接用热干化或湿污水污泥制砖应予制止》（以下简称《直》文），在《直》文摘要中提出直接用热干化污泥（或湿污泥）制砖，不符合安全环保、循环利用、稳妥可靠的原则，是典型的投资高、能耗高、运行费用高而砖质量低的处置方案；特别是以甲烷为主的每吨湿污泥高达400kg~600kgCO当量的碳排放，既污染环境又浪费污泥70%~80%的热值，应当制止。并以其为由要求：《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》国家标准GB/T25031应废除。《直》文作者所描述的污泥制砖的问题，有的是不存在的莫须有的问题（将在下面说明），如以甲烷为主的每吨湿污泥高达400kg~600kg⁃CO当量的碳排放；有的则是由于采用未经稳定化、减量化和无害化处理的，泥质不符合标准规定的污泥制砖所导致的，因此，将这些问题归罪于国家标准GB/T25031并得出结论要废除GB/T25031是极为不妥的。关于以甲烷为主的每吨湿污泥高达400kg~600kgCO当量的碳排放的辨析。《直》文认为：砖在进入预热带后从160℃~200℃时，污泥中的可挥发固体有机物开始分解，析出以甲烷为主的挥发分，在预热带长达数小时内，500℃左右就可以基本分解完，而挥发分要在600℃左右才可能点燃。所以，挥发分只能全部进入烟气一起排入大气，造成环境污染和能源浪费。还有的文章[24]认为污泥中含有的有机物，在制品烧结过程中500℃~600℃区间，这些有机质挥发，随废气排走了，基本上对制品综述中图分类号：TU522.09文献标识码：A文章编号：1001-6945（2016）07-0046-05Brick-makingbysludgefrommunicipalwastewatertreatmentplantⅡLIQing-fanAbstract:ThisarticlebrieflyintroducesGB/T25031-2010andanaerobicdigestionprocessofsludge,stressestheimportanceofanaerobicdigestionofsludge,andinterpretspartofthetechnicalindicatorsofGB/T25031-2010.Intheend,thearticleemphasizesthatsludgebrickhasgoodeconomic,environmentalandsocialbenefits,whichcanachievepurposesofenergysavinganddevelopmentofrecyclingeconomy.KeyWords:brick-makingbysludge,anaerobicdigestion,reduction,energyconservation,recyclingeconomy46DOI:10.16001/j.cnki.1001-6945.2016.07.0132016年第7期新浪微博：砖瓦杂志社烧结没有贡献，实际并非如此。为便于问题的说明，下面首先就污泥和煤的热解温度和产物、内燃砖内燃料的挥发分燃烧过程做简要介绍。5.1.1污泥热解温度及产物组成有关研究[3]、[14]表明，污泥热解产物成分主要有：CO2、CO、H2、O2、和CxHy。图3为热解终温对污泥（混合料）热解气成分含量平均值的影响。在低温段（250℃~350℃），主要气体产物是CO2，只有少量的CO和CH4气体。随着热解温度增加CO2含量减小。当热解温度达到350℃以上时才产生H2、C2H4和C2H6。气体中H2的含量随着温度的升高而升高，当温度450℃~600℃时，H2的产量增加很显著，在450℃~600℃温度范围内，CH4产量明显提高，在600℃达到最大产量。C2H4和C2H6的产量在450℃左右达到最大。根据气相色谱的分析，在250℃~450℃热解气主要为CO2，而在450℃~700℃气体中H2、CH4、CO等可燃气体含量逐渐增加。当热解达到一定温度后，气体可以在空气中稳定燃烧。5.1.2煤的热分解煤从常温加热到600℃时发生的热分解可分为两个阶段：①为干燥脱气阶段。此阶段主要析出H2O、CO、CO2等。脱水主要发生在120℃前，200℃左右完成脱气（吸附在煤中的CH4、CO2、N2），200℃以上发生脱羧基反应。这一阶段煤的外形无变化。不同煤种开始热解析出气体的温度不同：泥炭为200℃~250℃；褐煤为：250℃~350℃；烟煤为：350℃~400℃；无烟煤为：400℃~450℃。②第二阶段（300℃~600℃）。以解聚和分解反应为主，析出大量挥发物（煤气和煤焦油），在450℃左右煤焦油量最大，在450℃~600℃气体析出量最多，主要为热解水、CO、CO2和CH4等。5.1.3内燃砖内燃料挥发分的燃烧据文献[1]介绍：当以高挥发分燃料，如褐煤作为内燃料时，烧砖的热耗比用他做外燃时热量损耗要小得多。因为具有40%挥发分的褐煤在自由燃烧时，着火温度要高达450℃~500℃。与此相反，内燃烧砖时，温度达300℃~350℃时，坯体中内燃料的低温无焰燃烧（缓慢氧化）已经开始。此时，从褐煤中逸出的挥发分仅占其热值的4%。另外在无焰燃烧快要开始时，在坯体表面的窑内气体温度以达到和超过了挥发分自由燃烧时的着火温度。因此，即便挥发分在砖坯内来不及燃烧从内部逸出，也能在周围的炉气中燃尽。4结论从上述污泥、煤的热解过程和内燃烧砖内燃料挥发分的燃烧过程可知：a.160℃~200℃时，污泥中的可挥发固体有机物并没有开始分解，析出以甲烷为主的挥发分，而是脱水和脱除污泥吸附气体过程。污泥在250℃以上有机物发生脱羧反应产生CO2，至350℃CO2产量最高，至此仅有少量的CH4。当热解温度达到600℃时，CH4产量达到最大(见图3)。b.无论是污泥还是煤，500℃左右热解并没有完成，在450℃~600℃气体析出量最多。污泥的CH4在600℃才达到最大产量。c.污泥挥发分并非在600℃左右才可能点燃。如上所述，污泥热解温度在300℃以下时，热解气体不能燃烧。言外之意，超过300℃或更高一些温度，热解气体则可以稳定燃烧。d.污泥和褐煤的起始热解温度基本一致，250℃~350℃为污泥的低温热解阶段，为褐煤的开始热解出气体的温度。CH4和CO均为污泥和褐煤热解析出的主要可燃气体。且他们热解析出气体量最大的温度范围均为450℃~600℃。显然，污泥在砖坯焙烧时挥发分的燃烧过程应与褐煤基本一致。因此，污泥作为内燃料，砖的焙烧温度达300℃~350℃时，坯体中内燃料的低温无焰燃烧（缓慢氧化）已经开始。即便挥发分在砖坯内来不及燃烧从内部逸出，也能在周围的炉气中燃尽。因此，以甲烷为主的每吨湿污泥高达400kg~600kgCO当量的碳排放，既污染环境又浪费能源之说纯属子虚乌有，以此作为废除GB/T25031的依据之一实在是牵强附会。5.2关于污泥制砖能走多远2013年在《砖瓦世界》杂志刊文《污泥制砖能走多图3热解气成分平均值随热解终温的变化综述472016年第7期新浪微博：砖瓦杂志社墙材网远》，其主要论点是：①是利用污泥制砖的成本太大，企业利润微薄甚至无利可图。②污泥制砖最大的难题是脱水成本过高。③是环境问题。利用污泥制砖过程中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的主要障碍。④是初沉污泥，含有大量病菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病的传播等。显然作者所说的制砖用污泥，是没有经过处理的污泥，其中含有硫化氢、氨、硫醇、甲硫醚等，以及大量病菌、寄生虫卵及病毒，而使污泥具有恶臭和易于传播疾病，因此，这种未经处理的污泥，对整个生产线是一个污染，既污染环境又影响工人健康。还有一些文章中存在有类似的观点，从而表明文章作者，不知道《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》（建城[2009]23号）和《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》（建科[2011]34号）文件的存在，不了解污泥处理处置的技术政策和技术指南。上述问题的出现，亦表明一些城镇污水处理厂，没能认真贯彻、执行建城[2009]23号和建科[2011]34号文件精神，未向企业提供泥质符合《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T25031）规定的经处理后的污泥，从而对利用污泥制砖造成不良影响。因此，政府有关用其部门应对城镇污水处理厂污泥处理处置加强监督和管理。6利用泥质符合GB/T25031规定的污泥制砖的效益从近年来污泥资源利用研究来看，重金属的问题是污泥资源化的核心问题之一，同时也由于污泥中重金属的存在，使得污泥高温烧结建材制品成为比较合适的资源化方法。利用泥质符合GB/T25031规定的污泥，即已经过减量化、稳定化、无害化和资源化处理的污泥，将取得多方面的效益。污泥所含生物质燃料——有机质，可以得到充分、有效的利用，在产出沼气后，剩余的有机质全部用作砖的内燃料，可节约燃煤，降低成本；无机质则成为砖的一部分，无残渣飞灰产生，不需要对焚烧灰另行处置，可节约黏土资源，达到污泥安全处置的目的。因此，污泥制砖具有明显的节能、减排、降耗的效应，且有利于降低产品成本。固化污泥中的重金属不会对环境造成二次污染[6]有关试验研究[]表明，对掺有20%污泥的污泥-页岩普通砖，根据国家标准《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），进行重金属浸出毒性试验，浸出重金属量见表7。由试验结果可以看出，浸出液重金属含量远低于我国《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）标准的要求。在污泥制砖过程中，重金属在烧结中的固化作导致仅有微量溶出，20%污泥掺量烧结页岩砖作为外墙材料溶出的有害重金属远远低于相关标准的规定，不会产生二次污染，不会对环境安全产生危害。基本可杜绝二噁英等有害气体产生[10]、[11]将污泥作为固体燃料与黏土混合制成砖坯送入窑炉内燃烧，在950℃~1000℃的高温条件下，经高温焙烧处理，污泥中的细菌、病毒及二噁英等有毒素能彻底消灭。其次，烧结砖生产工艺可靠，容易实现保持燃烧气体中含氧比6%以上，将所有的有机物燃尽；并完全可通过改善焙烧窑的燃烧状态，杜绝二噁英的生成环境。其三，烧结砖生产工艺高温段的燃烧温度＞950℃，被烧污泥砖坯在窑内高温滞留时间应为8h~12h，保持高温段燃烧气体的充分滞留时间远远大于2s；从窑炉顶部（投煤口）吹入二次燃烧用空气，使燃