1、-. z.城市污泥生產燒結磚試驗研究馬憲軍 (*礦機邁科建材機械* *濰坊 262400)廖劍軍(*綠由環(huán)?？萍脊煞? * 511540)摘要：由于印染污泥、市政污泥、河涌污泥等均含有一定熱值，即是制磚原料，也是燃料，經 泥水一體化脫水工藝將水分脫至55%左右，按比例參加頁巖、爐渣等，充分練泥混合、采用高擠出壓力、高真空度和低成型含水率的雙級真空擠出硬塑擠出機制出磚坯，烘干處理、燒制后制成市政用磚。關鍵詞：污水處理；城市污泥；燒結磚；資源化；泥水一體化；建筑節(jié)能中圖：* 文獻標識碼：* 文章編號：*E*periment and Research of Fired Brick Made byUr

2、ban SludgeMA *ian-jun LIAO Jian-junAbstract:Sludge produced out ofprinting, dyeing, urbanaffairs, rivers, etc. contain a certain thermal value.Itis notbrick-making raw materials only, but also fuel.If dehydrated off to about 55%by integration of sludge-swage, after, by adding in proportion of shale,

3、 slag, etc., fully pugged, mi*ed, and e*trudedwith high e*trusion pressure, high vacuum and low molding moisture content by double-stage vacuum e*truder,green bricksare made.After drying and firing, these bricks can beused for urban construction.Key words:Sewage treatment; urbansludge; fired brick;

4、resource reuse;integration of sludge-swage；energy saving in buildings-. z.前言-. z.城市污泥是城市污水處理過程中產生的固體廢物，一般城市污水處理廠產泥量占污水量的0.3%0.5%體積百分比，含水率按97%計，如進展深度處理，污泥量還可能增加0.51倍；污泥處置是污水得以最終妥善處理的保障，污泥的資源化是環(huán)境友好型循環(huán)經濟開展的需要。隨著我國經濟的高速開展，人民生活水平的迅速提高，城市化進程的不斷加快，政府對各行業(yè)廢水處理的重視程度越來越高，對廢水的排放要求日趨嚴格，城市污水處理設施的規(guī)模迅速擴大，處理效率不斷提高，城

5、市污水處理量和城市污泥排放量急劇增加。目前全國已建成并正常運轉的城市污水處理廠400多家，年處理城市污水110多億m3，年產生污泥上億噸，并以每年810%的速度遞增。城市污泥的大量產生和消納正在成為一個新的社會問題和環(huán)境問題，城市污泥的資源化處置已成為我國乃至全世界環(huán)保界關注的課題之一。我國現行的城市污泥處理處置方式主要是燃燒、衛(wèi)生填埋和堆肥農用。燃燒過程處理不當會造成環(huán)境的二次污染，比方燃燒污泥釋放二惡英，以及重金屬在爐灰中的富集化，而且燃燒能耗太高。填埋會造成嚴重的空氣、水環(huán)境的污染，而且消耗大量的土地資源，同時浪費了珍貴的有機資源，影響了堆填區(qū)周邊的環(huán)境。堆肥農用較上兩種方法在資源利用上

6、前進了一大步，但堆肥農用過程需時長，占地面積大，產品單一，大多數堆肥缺乏足夠的植物養(yǎng)分；堆肥的方式不能對不可降解的非有機物質進展有效的別離處理，如金屬、沙石、玻璃和塑料等雜質會進入最終產品，影響堆肥品質；堆肥工藝要求城市污泥的含水率在50-60%，但大多數污水處理廠產生的城市污泥含水量偏高，需添加填充物；且堆肥在工藝控制上也較難實現，有些產品會釋放異味，并含有大量雜質，長期使用這些品質低的堆肥會造成耕地污染。本試驗從資源再生利用的角度考慮，取不同地區(qū)的市政污泥、印染廠污泥、陶瓷廠污泥、河涌污泥、爐渣等原材料進展了污泥燒結磚工程的實驗研究工作。由于原材料的產地和種類較多見表1，為了保證試驗的順利

7、進展，制定試驗室小試和現場中試方案，并按方案完成了各項試驗工作，取得了相關試驗結果，為以后污泥燒結磚的工業(yè)化生產提供了必要的技術依據。表1 試驗所用原材料清單序號1山泥河涌污泥河涌污泥2陶泥市政污泥市政污泥3市政污泥印染污泥印染污泥4印染污泥爐渣爐渣5爐渣試驗室小試原材料分析依據國家城鎮(zhèn)建立行業(yè)標準C/JT289-2008城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質的相關要求，對各類污泥進展了試驗分析，結果說明這些原材料根本符合標準要求，可以用于燒制污泥磚，分析結果分別見表2、表3、表4。-. z.表2 *山泥的粒徑分布粒徑um170027018010996807558百分比%2.26.217.5141

8、2.610.5730平均粒徑um144表3 各類污泥分析結果分析工程*市政*印染*市政*印染*市政*印染PH7.497.668.247.347.857.62含水率%50.651.252.649.145.353.6燒失量%48.847.948.647.448.249.4放射性IRa0.20IRa0.01IRa0.12IRa0.05IRa0.18IRa0.05放射性Ir0.2Ir0.01Ir0.16Ir0.03Ir0.20Ir0.03總鎘mg/kg2.60.430.462.72.60.46總汞mg/kg1.40.390.201.61.70.28總鉛mg/kg64.0202052.454.620總鉻

9、mg/kg66.467327.3198053.7862總砷mg/kg26.2202042.231.520總鎳mg/kg38.782.422.628.229.126.4總鋅mg/kg64922844.1389418126總銅mg/kg23321921.781.217544.6揮發(fā)酚mg/kg1.22.30.201.141.21.6總氰化物mg/kg111111糞大腸菌mg/kg0.0000040.0040.040.0000040.040.000004熱值kcal252239482130132028563148表4 其它原材料分析結果分析工程*河涌*爐渣*山泥*陶泥*爐渣*河涌*爐渣PH7.2/7

10、.1/含水率%37.227.8/39.9/燒失量%9.8835.568.944.6114.76/36.2放射性IRa0.11IRa0.17/IRa0.12IRa0.17放射性Ir0.76Ir0.21/Ir0.74Ir0.22SiO265.41/60.0566.59/64.36/Fe2O32.97/6.400.92/2.85/Al(OH3)16.79/18.4516.65/16.04/CaO0.64/0.241.45/0.67/MgO0.58/0.403.45/0.67/硫酐(SO3)0.15/0.080.08/0.21/K2O1.12/0.461.17/1.21/Na2O0.31/0.10/1

11、.67/0.38/熱值kcal2242312/778.6/2850-. z.小試，以*地區(qū)為例，分別進展小試和中試。根據上述原料的分析結果，經分析認為：污泥含水率超過標準40%的要求，需要經過脫水、烘晾干處理，方可滿足制磚要求。污泥的燒失量超過標準50%干污泥的要求，為保證制磚性能，需控制污泥摻入量。爐渣需破碎至要求粒度方能直接使用。為探尋最正確配料方案，將印染污泥、市政污泥分別按0%、10%、20%、30%、40%、50%六種比例在同等條件下用同一種方法進展試驗。具體配比詳見表5.表5 污泥試驗配比試驗編號河泥市政/印染污泥爐渣塑性指數1950512286104113772031146830

12、21055940186505007795051288610412977203111068302101159401812505008成型制備原材料經烘干、破碎、篩分后按比例混合均勻，加水攪拌，含水率控制在干基1618%，混合后的原料經過充分攪拌后，陳化72小試制得污泥制磚原料。成型采用壓磚機壓制成型，磚型設定為實心磚，成型過程中根據成型情況調整水分，成型壓力為0.3MPa，磚坯經過枯燥后，進入高溫爐，燒成溫度為1000。小試試驗結果及分析污泥磚性能測試結果見表6。表6 污泥磚性能檢驗結果序號密度kg/m3抗壓強度MPa導熱系數W/(MK)1184513.950.3362171210.840.31

13、5315047.130.218413484.620.185511823.220.146610431.850.1257186614.320.3248168210.630.308914867.850.2231013655.110.1921111703.620.1651210611.740.121污泥磚抗壓強度試驗結果分析抗壓強度是衡量污泥燒結磚性能的重要指標，污泥的摻入量對抗壓強度影響很大，從圖1抗壓強度與污泥摻量的關系可見，隨著污泥摻入量的增大，由于污泥的燒失量很大50%左右，所以抗壓強度明顯降低。污泥摻入量在15%以下時，污泥燒結磚的強度可以超過10MPa，污泥摻入量在30%時，抗壓強度能夠到

14、達5MPa。圖1 抗壓強度與污泥摻量的關系污泥摻量不超過15%時，坯料到達塑性成型要求，含水率較低，有利于提高擠壓成型坯體密實度，枯燥和燒結過程中不易變形收縮產生裂紋缺陷，燒結后質量較好。當污泥摻量增加時，污泥瘦化作用明顯增強，為使坯料正常成型必須參加更多水分以提高成型能力，此時成型的磚坯含水率高，密實度相對要低，枯燥和焙燒過程中收縮明顯，易于產生裂紋和其他缺陷，降低了坯體抗壓性能。當污泥含量超過30%，坯料塑性降低更為明顯，不適于擠出成型，且燒失量大，磚體強度低。污泥燒結磚的密度磚的密度對建筑的設計和施工都有一定的影響，密度小的磚能減輕建筑物的承重，且有利于建筑施工。污泥燒結磚的密度與污泥摻

15、量關系見圖2。由圖可見，由于污泥的有機質含量高，燒失量大，所以隨著污泥摻量增加，污泥燒結磚的密度下降。由于燒結普通磚標準未對磚的密度做限制規(guī)定，當污泥燒結磚摻入污泥量增多時，磚的密度變小，利于施工，但污泥摻量提高時其他物理學性能會受到影響。因此，在燒結磚的標準中，密度一般不作為質量控制指標，但是從新型墻體材料的角度，磚的密度還對墻體的熱工性能有一定的影響，所以控制和掌握污泥燒結磚的密度，對污泥燒結磚的生產和推廣都有著積極的意義。圖2 密度與污泥摻量的關系污泥燒結磚的保溫隔熱性能我國的燒結磚產量居世界第一位，燒結磚是主要的建筑墻體圍護材料。但隨著建筑材料工業(yè)的開展，城市建立中使用新型建筑材料的比

16、例逐年上升，普通燒結磚由于保溫隔熱性能不及一些新型建筑墻體材料且耗用大量土地資源，使燒結磚的應用和開展受到限制。以污泥為摻料的污泥燒結磚可以克制普通燒結磚在保溫隔熱性能和耗用土地資源兩方面的缺點，具有建筑節(jié)能、節(jié)土利廢的優(yōu)點。研究磚的隔熱保溫性能，有利于污泥燒結磚的推廣使用，促進城市污泥處理處置技術的開展。由于污泥中含有大量的有機質，在燒結過程中，有機質完全燃燒后會在磚坯中留下很多微孔，磚體密度較低，因此具有較好的保溫隔熱性能，符合節(jié)能減排的產業(yè)政策。污泥摻量與導熱系數的關系見圖3，從圖上可以看出，污泥磚的導熱系數隨著污泥摻量的增加而下降。圖3 導熱系數與污泥摻量的關系小試總結污泥的摻量對磚的

17、密度、抗壓強度、和導熱系數有顯著的影響。污泥燒結磚的密度隨污泥摻量增加而下降。在不考慮磚體強度影響的情況下，污泥燒結磚的密度越小，越有利于運輸和建筑施工。污泥燒結磚的抗壓強度隨著污泥的摻量升高而顯著下降。污泥摻入量在15%以下時，污泥燒結磚的強度可以到達10MPa以上，符合國家標準(GB5101-2003)燒結普通磚中MU10強度等級要求。污泥摻入量為30%時，抗壓強度能夠到達5MPa以上，滿足國家關于新型墻材MU5強度等級要求。污泥燒結磚隨污泥摻入量增加，磚體內氣孔數量增加，導熱系數大幅下降，保溫隔熱性能顯著提高。污泥摻量20%左右的污泥燒結磚熱導率在0.2W/(mK)左右，優(yōu)于導熱系數約為

18、0.4 W/(mK)的普通燒結磚，污泥摻量30%污泥燒結磚導熱系數低達0.18W/(mK)左右，表現出優(yōu)異的保溫隔熱性能，可作為非承重砌體保溫隔熱材料使用。綜合分析污泥摻量對污泥燒結磚的導熱系數、密度和抗壓強度的影響以及盡可能多的利用污泥的角度考慮，燒結溫度在1000左右，污泥摻量為30%的污泥燒結磚可獲得良好的物理學性能和熱工性能，能滿足建筑節(jié)能對磚體材料的要求，有廣泛的市場空間和開展?jié)摿Α，F場中試根據小試結果并結合現場實際條件，制定中試配比和方案。現場設備臺秤、破碎機、混合攪拌機、雙級真空擠出機試驗用原材料情況見表7表7 各類備料產地市政污泥河涌污泥爐渣2 t5 t1 t原材料在自然晾干后

19、，經過破碎篩分，在經過攪拌機初步攪拌混合后備用。中試配比方案見表8表8 中試配比編號原材料配比SD1河涌污泥爐渣市政污泥60:10:30SD2河涌污泥爐渣市政污泥70:15:15污泥燒結磚的中試生產由于污泥原料的種類較多，且性質差異較大，因此均化是生產工藝中的重要一環(huán)，考慮到中試現場設備的實際情況，為在現有條件下盡可能的做好原材料的均化，將備好的混合料放入擠出機中經過一次攪拌擠出后再進展陳化；原料陳化三天后進入擠出機進展生產?，F場使用的雙級真空擠出機對原材料的要求較高，為滿足擠出條件，必須增大原料的含水率，但過高的含水率易導致磚坯產生變形，同時造成磚坯的強度下降。現場試驗共制作了2種配比的污泥

20、燒結磚坯，共380塊，其中市政污泥摻量為15%的有190塊，30%摻量的有190塊。燒結完成后，成品267塊，成品合格率為70.3%；其中市政污泥摻量為15%的污泥燒結磚成品有182塊，成品合格率為95.8%，市政污泥摻量為30%的污泥燒結磚成品有85塊，成品合格率僅為44.7%。廢品主要表現為變形較大、過燒、燒結粘連無法分開等。造成成品率較低的狀況主要有四方面的原因：坯料的均化尚不完全，在燒結過程中局部收縮不同，造成燒結磚的變形開裂；由于軟塑成型，坯料含水率較高，超過30%，造成碼坯時磚坯產生變形；磚坯枯燥不完全，入窯時含水率過高，也是造成枯燥變形開裂的主要原因；由于對現場窯爐的熱工指標缺少

21、必要的信息，中試過程也僅僅是憑借普通粘土磚的生產經歷操作，同時對所需內燃值估算過高，導致爐渣摻入量過高，造成過燒。上述四點原因，都可以在日后的生產過程中通過增加均化設備、延長陳化時間、延長磚坯的枯燥時間、調整爐渣參加量等方法加以解決；總體上驗證了污泥燒結磚的生產可行性，掌握了生產工藝流程，根本到達中試目的。中試污泥燒結磚檢測結果及分析見表9表9 中試污泥燒結磚檢測結果編號強度MPa抗風化%泛霜干縮%密度kg/m3SD13.731.2無9.851441SD210.523.5無7.131682抗壓強度在3.710.5MPa*圍，比小試的結果稍低，這主要是因為實際中試過程中的含水率和爐渣摻入量較高，

22、另外坯料的均勻性相對較差，但是市政污泥摻量為30%的污泥燒結磚成品的抗壓強度仍然能符合國家關于新型墻材相關規(guī)*MU3.5強度級別的要求；市政污泥摻量為15%的污泥燒結磚成品的抗壓強度能夠到達國家標準GB5101-2003 MU10強度級別的要求?？癸L化性能檢驗結果相對于現行國家標準燒結普通磚的要求偏高，但燒結普通磚標準注明，其他材料如粉煤灰摻入量超過30%不做要求，而中試配比中，污泥加上爐渣的總摻入量超過40%。吸水率偏高主要是因為污泥燃燒后，在磚體中留下很多微孔，致使吸水量偏大。由于坯料含水率較高與污泥燒失量大，因此磚坯從濕坯到燒結完成，整個過程的收縮率在10%左右，與小試結果根本一致。含水

23、率過高引起的干縮可以通過合理調整含水率的手段加以控制，而污泥燒失量引起的收縮則無法防止，所以在日后的生產中，定制磚坯尺寸時應將此類尺寸收縮考慮在內。密度的測試結果與小試根本一致。毒性浸出試驗為檢驗污泥燒結磚的環(huán)保性能，根據GB5085.3-2007危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別，對污泥燒結磚產品進展了毒性浸出試驗，其結果如表10所示。表10 污泥燒結磚產品毒性浸出試驗結果序號檢驗工程浸出液中危害成分濃度限值mg/L檢測結果mg/L1總汞0.1未檢出2總銅10010.13總鋅10040.34總鉛52.535總鎘10.9156總鉻1511.77總砷5未檢出中試總結由于配比擬多及現場條件的限制，在中

24、試的局部工藝條件沒有滿足要求的情況下，市政污泥摻量為30%的污泥燒結磚的成品率較低，只有44.7，但是市政污泥摻量為15%的污泥燒結磚的成品合格率到達95.8%。在增加原料均化工藝程序、采用半硬塑擠出成型或硬塑擠出成型工藝設備、準確掌握窯爐熱工指標的條件下，有望提高污泥燒結磚的成品率。通過對挑選的成品污泥燒結磚進展相關性能測試，其結果根本到達中試設想，說明實現摻入量15%的污泥制磚工業(yè)化生產是完全可行的。污泥燒結磚試驗總結通過試驗室的小試，總結出污泥摻入量對污泥燒結磚各項性能的影響；通過綜合考慮對試驗結果的分析，確定中試污泥摻入量為15%、30%兩種配比。在污泥摻入量15%的情況下，污泥燒結磚

25、可滿足國家標準燒結普通磚GB5101-2003墻體承重磚的質量要求。根據小試的結果，制定中試試驗配比方案，并依據方案安排現場中試。中試污泥燒結磚成品的檢驗結果到達預定目標，對指導污泥燒結磚的正式生產具有積極的指導意義。建議生產中采用隧道窯工藝；隧道窯與間歇式的舊式倒焰窯相比擬具有一系列的優(yōu)點：生產連續(xù)化，周期短，產量達，質量高；利用逆流工作原理，因此熱利用率高，燃料經濟，因為熱量的保持和余熱的利用都很合理，所以燃料很節(jié)省，較倒焰窯可以節(jié)省燃料50-60%左右；燒成時間短，比擬普通大窯由裝窯到出窯需要3-5天，而隧道窯約需20小時左右就可完成；提高質量，預熱帶、燒成帶、冷卻帶三局部的溫度保持在一定的*圍，容易掌握其燒成規(guī)律，因此質量也較好，破損率也少。隧道窯工作系統(tǒng)能保證窯內溫度和熱負荷的穩(wěn)定，有助于完全燃燒，減少有害氣體的產生。而隧道窯的構造也使得尾氣的集中回收處理變得簡易，所有尾氣都可以經過處理后排放，確保到達環(huán)保要求。根據國際上的通用理論，大氣環(huán)境中的二惡英90%來源于城市和工業(yè)垃圾燃燒，含鉛汽油、煤、防腐處理過的木材以及石油產品、各種廢棄物特別是醫(yī)療廢棄物在燃燒