王麗萍，李心海，周潤華

(1.山西省忻州市污水處理廠，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯華墻材有限公司，山西 忻州 034000)

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利用制磚方式處置城鎮(zhèn)污水處理廠剩余污泥的研究

王麗萍1，李心海1，周潤華2

(1.山西省忻州市污水處理廠，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯華墻材有限公司，山西 忻州 034000)

隨著城市化進程的加快，各地城鎮(zhèn)污水處理廠紛紛上馬，城市污水處理率極大提高，與此同時，污水處理過程中產(chǎn)生的大量剩余污泥導致生態(tài)環(huán)境的“二次污染”。就污泥處置問題，通過大量的研究和廣泛的實踐，提出了一條可供污泥“減量化、資源化、再利用”的可靠途徑。

制磚方式；處置；剩余污泥；研究

引 言

截止2015年6月底，全國各城市、縣(不含其他建制鎮(zhèn))建成并運行的污水處理廠2 149座，污水處理能力達1.32億m3/d。污水處理率的提高，大幅削減了主要污染物總量，有力地改善了水環(huán)境。但與此同時，污水處理設(shè)施運營產(chǎn)生的大量污泥給生態(tài)環(huán)境帶來“二次污染”隱患。為此，筆者通過幾年來不懈的探索，利用城市污水處理廠產(chǎn)生的剩余污泥作為制磚原料，利用污泥自身的熱值燒制黏土磚，這樣不僅消除了“二次污染”隱患，更為污泥的“減量化、資源化、再利用”尋求到一條新路子。

1 城市污泥的性質(zhì)[1]

污泥是一種混合物，含水率一般都很高，而含固率很低。城市污水處理廠初沉池污泥含固率在2%～4%，而剩余污泥含固率在0.5%～0.8%。較高的含水率決定了污泥體積大，且不利于儲存、運輸、處置及利用，必須進行脫水處理，而污泥中大量微生物的存在，又導致其脫水難；污泥的理化性質(zhì)主要包括有機物和無機物含量、植物養(yǎng)分含量、有害物質(zhì)(重金屬)含量、熱值等。據(jù)測算，城市污水處理廠污泥熱值大約為1.0×104kJ，接近于煤矸石的熱值，這部分能量在制磚過程中可作為能量利用；污泥中還含有大量的細菌及各種寄生蟲卵和病毒，容易傳染疾病。綜上所述，污泥處置需要考慮減量化、資源化、無害化以及可行性。

2 我國污泥處理現(xiàn)狀

我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的不到25%，處理工藝和配套設(shè)備完善的不到10%，據(jù)統(tǒng)計，我國目前85%的污泥以填埋處理作為最終處置方式。這種方式不僅不能對污泥進行綜合利用，產(chǎn)生一定的社會和環(huán)境問題，更因土地資源日益緊張而備受挑戰(zhàn)。

目前，城市污泥處置的探討與實踐方面主要是焚燒、填埋、土地利用、建筑材料利用。4種處置方式各有其優(yōu)缺點：1) 焚燒。該方式適應性較強、反應時間短、占地面積小、殘渣量少，可達到完全滅菌的目的，是處理最徹底的方法。但該方式工藝較復雜、一次性投資大、設(shè)備數(shù)量多且操作管理復雜、運營費用高。同時，焚燒過程中污泥中的重金屬會隨著煙塵的擴散而污染空氣。2) 填埋。該方式具有處理量大、投資省、運行費用低、操作簡單、管理方便、對污泥適應能力強等優(yōu)點。但填埋要占用大量的土地，污泥中的有機物在厭氧條件下釋放惡臭氣體，嚴重污染大氣環(huán)境，且存在爆炸安全隱患，同時，滲濾液無序排放更為地下水安全帶來嚴重隱患。3) 土地利用。即，將處理后的污泥作為肥料或土壤改良的材料，用于園林綠化、土地改良或農(nóng)業(yè)。該方式的主要限制因素是污泥中重金屬和致病菌含量。隨著公眾對食品安全的關(guān)注度越來越高，在污泥農(nóng)用方面的限制勢必會更加嚴格。4) 建筑材料利用。作為建材綜合利用，投資小、見效快、處置徹底，尤其適用于中小城市污水處理廠的污泥處置。

3 污泥制磚工藝流程簡述

3.1 制磚工藝流程

首先，將煤矸石、黏土經(jīng)裝載機由原料堆棚送入箱式給料機，定量配比后，由皮帶輸送機將2種原料送入混料器中，將原料充分混合均勻。然后，由皮帶輸送機將混合均勻的原料送入粗碎對輥機進行二次破碎，達到原料的細度要求后送入雙軸攪拌機，加水攪拌均勻后，由皮帶輸送機送到陳化庫。經(jīng)可逆皮帶布料機分層堆放存儲，使原料在陳化庫中完成“陳化”和“均化”過程，從而改善原料的物理性能，保證成品磚的質(zhì)量要求，經(jīng)過陳化后的混合料由多斗挖掘機均勻取料，由皮帶輸送機送入箱式給料機定量給料，由皮帶輸送機送入高細碎對輥機進行進一步混合、破碎、均化，進入第2道雙軸攪拌機擠出機中，根據(jù)原料含水情況適當加蒸汽強力混合攪拌，經(jīng)皮帶輸送機送入擠出機擠出合格的泥條，再經(jīng)由全自動切條切泥坯機切成合格磚坯，之后，再由自動碼坯機碼至窯車，依次存入儲坯庫，到達儲坯庫頂端的窯車經(jīng)擺渡至隧道窯口，再用液壓油缸依次頂入窯室，最后，磚坯在窯內(nèi)經(jīng)過一系列熱工過程焙燒成合格的產(chǎn)品。

3.2 污泥制磚技術(shù)方案

1) 根據(jù)實際情況，我們制定了2種實施方案：

方案一：將含水量小于60%的污泥放入污泥存儲池，經(jīng)污泥輸送機送入混料機，與黏土混合均勻后在陳化車間堆積，進行陳化，在供土機中煤矸石、黏土、污泥3種材料混合后，經(jīng)強力攪拌機攪拌，以增加黏結(jié)度，再進制磚機、切坯機，制成磚坯。具體工藝流程見圖1。

圖1 污泥摻配制磚的具體工藝流程

方案二：將含水量小于60%的濕污泥運到磚廠后，先送往干化車間，利用廠內(nèi)余熱進行干化，干化后的污泥同煤矸石一起進入粉碎車間進行粉碎后，經(jīng)供土機送往強力攪拌機，攪拌均勻，干化、破碎，然后，同黏土、煤矸石攪拌均勻，制成磚坯。具體流程見圖2，污泥處置系統(tǒng)工藝流程見圖3。

圖2 污泥摻配制磚的具體工藝流程

圖3 污泥處置系統(tǒng)工藝流程

2) 方案比較

方案一，優(yōu)點：投資少、運行成本較低；缺點：濕污泥儲存過程中容易散發(fā)臭味，導致二次污染。

方案二，優(yōu)點：可以充分利用磚廠余熱。污泥經(jīng)干化和破碎后，投配方便，好定量，控制簡單，可操作性強；缺點：投資和運行成本高，需增加干化設(shè)施設(shè)備和勞動力。

以上2種方案，可以根據(jù)實際情況進行確定。

4 污泥制磚的嘗試

結(jié)合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》“有條件的地區(qū)，應積極推廣污泥建筑材料綜合利用”、以及《山西省人民政府關(guān)于加快發(fā)展新型墻體材料的實施意見》晉政發(fā)[2007]20號 “積極組織本地區(qū)實行黏土磚生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)新型墻體材料產(chǎn)品”、“忻州市、呂梁市應著重發(fā)展黏土多孔(空心磚)，并積極發(fā)展摻加各種工業(yè)廢棄物的燒制磚”等規(guī)定，在污泥無害化處置和資源綜合利用方面，我們選擇產(chǎn)能20萬塊/d黏土磚的制磚企業(yè)，在原有設(shè)施基礎(chǔ)上添加了部分設(shè)備進行了為期兩年的試驗。經(jīng)試驗，我們得出如下結(jié)論：

1) 污泥摻配量與磚的抗壓強度關(guān)系?？箟簭姸仁呛饬繜Y(jié)磚性能的重要指標，污泥摻入量對抗壓強度影響很大，只要摻入量不大于10%，燒結(jié)磚抗壓指標能達到10 MPa。污泥質(zhì)量分數(shù)與燒結(jié)磚抗壓強度的關(guān)系見第132頁圖4。

圖4 污泥質(zhì)量分數(shù)與燒結(jié)磚抗壓強度的關(guān)系

2) 污泥摻入量與磚的密度關(guān)系。磚的密度對建筑的設(shè)計和施工有一定的影響，密度小的磚能減輕建筑物的承重，且有利于建筑施工，控制和掌握污泥燒結(jié)磚的密度，對污泥磚的生產(chǎn)和推廣都有積極的意義。污泥摻量與燒結(jié)磚密度的關(guān)系見圖5。

圖5 污泥摻量與燒結(jié)磚密度的關(guān)系

3) 污泥摻配量與磚的保溫隔熱性能關(guān)系。燒結(jié)磚是主要的建筑墻體材料，以污泥為摻料的污泥燒結(jié)磚，能增加保溫隔熱性能，符合節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策，從圖6污泥摻量與導熱系數(shù)的關(guān)系可以看出，導熱系數(shù)隨著污泥摻量的增加而下降。

圖6 污泥摻量與燒結(jié)磚導熱系數(shù)關(guān)系

4) 污泥、普通黏土磚及摻污泥10%磚樣品重金屬檢測結(jié)果見表1。

表1 污泥、普通黏土磚及摻污泥10%黏土磚重金屬檢測結(jié)果 mg/kg

5 污泥制磚的可行性分析

1) 污泥制磚符合環(huán)境保護要求。污泥制磚綠色環(huán)保，可充分利用污泥的熱值，且在燒制過程中病菌經(jīng)高溫燃燒消滅，微量重金屬固化在磚內(nèi)，不流失，不產(chǎn)生環(huán)境污染，對人體無害，十分安全。

2) 符合資源綜合利用需要。將脫水后的污泥按8%～10%的比例摻配在黏土內(nèi)制磚，可以充分利用污泥中的有用成分，實現(xiàn)“變廢為寶”，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針。按產(chǎn)量含水率60%的污泥40 t/d計算，按照10%的比例摻入黏土制磚，一個日產(chǎn)6萬塊磚的制磚企業(yè)可將產(chǎn)生的污泥全部消納。也就是說，在消納全部污泥的同時，每年可節(jié)約黏土資源4 818 t。

3) 符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。將脫水后的污泥按10%的比例摻配在黏土內(nèi)制得的燒制磚各項檢驗都符合標準要求，保溫性能不減。

4) 投資少，見效快，易實施。相對于其他處理方式而言，該項目投資較少，只需在制磚工藝基礎(chǔ)上增加部分設(shè)施即可。

[1] 尹軍，譚學軍，廖國盤，等.我國城市污水污泥的特性與處置現(xiàn)狀[J].中國給水排水，2003(19):21-24.

Study on the treatment of excess sludge from urban sewage treatment plant by brick making process

WANG Liping1, LI Xinhai1, ZHOU Runhua2

(1.Shanxi Xinzhou Sewage Treatment Plant, Xinzhou Shanxi 034000, China;2.Shanxi Xinzhou Luhua Wall Material Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 034000, China)

With the acceleration of urbanization, municipal treatment plants have been built from place to place, which greatly improve urban sewage treatment rate. At the same time, a large number of excess sludge is produced in this process, which leads to secondary pollution of the ecological environment. Therefore, as to the problem of sludge disposal,through extensive research and practice, this paper puts forward a reliable approach to reduce and recycle the sludge.

brick making method; disposal; excess sludge; study

2016-05-06

王麗萍，女，1972年出生，2010年畢業(yè)于中北大學，本科，工程師，從事環(huán)境污染防治、資源綜合利用方面工作。

環(huán)境保護

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.41

X703

A

1004-7050(2016)05-0130-03