鐘嘉利 羅居海 陳孝娥

（攀枝花學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000）

0 引言

時(shí)代高速發(fā)展，城市化進(jìn)程愈發(fā)完備，隨之而來(lái)的是日漸增多的生活污水處理問(wèn)題，到2010年底，全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理量為343億m3，每年產(chǎn)出的脫水污泥接近2200萬(wàn)t，其中有80%未得到處理[1]。而如今我國(guó)的城鎮(zhèn)污水處理規(guī)模達(dá)到了2.2億噸每天，每天產(chǎn)生的含水率在80%的污泥超過(guò)了6000萬(wàn)噸。污泥具有含水率高和強(qiáng)度低的特性，且往往伴隨著一些病原體、重金屬和有機(jī)物。在我國(guó)，目前有關(guān)于污泥的處置方式主要有衛(wèi)生填埋、熱化學(xué)處理后建筑材料利用、生物穩(wěn)定化處理后土地利用。其中衛(wèi)生填埋對(duì)場(chǎng)地需求較大；污泥含水率較高，焚燒所需能耗較大；土地利用需要對(duì)污泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理否則會(huì)造成二次污染，污泥資源化處理迫在眉睫[2]。

污泥陶粒是一種良好的污泥資源化的產(chǎn)品，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，表面粗糙且有一定的比表面積，有一定的吸附能力，再生性能較好，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可以作為濾料及微生物附著的載體，在水處理中的應(yīng)用較為廣泛[3-5]。

1 污泥制陶粒的類型

1.1 燒結(jié)型陶粒

燒結(jié)型陶粒在焙燒的過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致燒結(jié)陶粒內(nèi)部只有少量連通或開(kāi)放性的氣孔，從而影響陶粒燒結(jié)性能的因素主要有焙燒溫度，焙燒時(shí)間，污泥狀態(tài)參比等。劉亞?wèn)|等[6]發(fā)現(xiàn)影響陶粒結(jié)構(gòu)特征的主要因素是燒結(jié)溫度，燒結(jié)溫度過(guò)低，陶粒未成瓷，過(guò)高可能會(huì)使陶粒內(nèi)部的孔隙坍塌，適當(dāng)?shù)靥岣邿Y(jié)溫度，可以使陶粒具有較好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，孔隙分布均勻。杜欣[7]等發(fā)現(xiàn)對(duì)脫水污泥“干化燒結(jié)”比“濕法造粒燒結(jié)”得到的陶粒效果要更好，“干化燒結(jié)”輔以粉煤灰、粘土和少量沸石粉制成的陶粒能進(jìn)一步提高產(chǎn)品強(qiáng)度。朱思銘[8]發(fā)現(xiàn)將從污水處理廠取回的脫水污泥直接與其他原料按一定的配比制成陶粒，形成的陶粒堆積密度更低，吸水率與單顆抗壓強(qiáng)度等性能與傳統(tǒng)工藝一致。

1.2 燒脹型陶粒

燒脹型陶粒在燒制中會(huì)發(fā)生較大的體積膨脹，導(dǎo)致燒脹陶粒內(nèi)部會(huì)有大量密閉的互不相通的氣孔，開(kāi)放性氣孔極少。當(dāng)煅燒溫度高于1200℃時(shí)，陶粒膨脹性能隨著煅燒溫度的提高明顯改善。曲烈等[9]發(fā)現(xiàn)陶粒燒脹的原因是在還原氣氛下發(fā)生鐵碳反應(yīng)。在高溫條件下，陶粒會(huì)部分液相化，隨著溫度的升高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)分解，產(chǎn)生氣體，使液相重新塑型，發(fā)生膨脹。升溫增加了陶粒體積收縮率，使得陶粒表面和內(nèi)部的密度增大，吸水率降低。在趙傳文[10]的研究中，燒脹型粉煤灰污泥陶粒比粘土污泥陶粒更利廢、節(jié)能、節(jié)土，能帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 免燒型陶粒

免燒型陶粒投資小，容易實(shí)施，技術(shù)難度小，成本低，但成品密度較大，易受養(yǎng)護(hù)方式影響，配比嚴(yán)格。粉煤灰中的活性SiO2和Al（OH）3在堿性介質(zhì)條件下，受激發(fā)而水化、硬化具有膠凝性能。周靖淳[11]發(fā)現(xiàn)在蒸汽養(yǎng)護(hù)之前先用紗布養(yǎng)護(hù)可以加速粉煤灰內(nèi)部的玻璃體與Ca（OH）2之間聚合形成膠凝物，還能降低陶粒的破碎率和磨損率。劉丹妮[12]發(fā)現(xiàn)，蒸養(yǎng)時(shí)間適當(dāng)增加會(huì)促進(jìn)原料的水熱合成和水化反應(yīng)，增加陶粒強(qiáng)度，降低解體率。

2 污泥陶粒的應(yīng)用

2.1 用于建筑材料

污泥陶粒作為骨料被用于建筑領(lǐng)域，它具有質(zhì)輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐腐蝕的特點(diǎn)，作為建材更有防滲漏防震和保溫隔熱等特點(diǎn)。以污泥陶粒和黏土陶?；旌夏z凝材料（水泥）制備陶?；炷粒炷恋目箟簭?qiáng)度隨陶粒粒徑的增大而減小，粒徑為12mm時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大（28MPa）[13]。在混凝土里加入25%的污泥陶?？梢蕴岣呋炷恋谋馗魺嵝阅躘14]。蔣文婷等[15]用工業(yè)污泥陶粒配制的輕骨料混凝土，在800℃高溫作用后，輕骨料混凝土有47%左右的抗壓強(qiáng)度殘余，和大約40%的劈裂抗拉強(qiáng)度殘余，其強(qiáng)度高于普通混凝土材料。添加污泥陶粒所制的空心砌塊現(xiàn)如今被廣泛使用，其保溫，隔熱以及節(jié)能效果顯著，被夏熱冬冷的地區(qū)歡迎。

2.2 用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植

污泥陶粒含有N、P等植物所必須的營(yíng)養(yǎng)元素及有利于植物生長(zhǎng)的Ca、Mg、K等微量元素，作為栽培基質(zhì)時(shí)主要有增加植物產(chǎn)量、利于植物存活與生長(zhǎng)、促進(jìn)干物質(zhì)積累等作用。但被用作無(wú)土栽培基質(zhì)必須滿足低浸出毒性的特性，有較好的透水透氣功能，同時(shí)對(duì)pH在一定范圍內(nèi)有緩沖作用。羅沛聰?shù)热薣16]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陶粒施用量為20%時(shí)小白菜種子發(fā)芽率最高，萌發(fā)較快；且隨陶粒施用量增加，小白菜產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。污水處理后的污泥陶粒含有大量堿性物質(zhì)如磷酸鈣水合物、磷酸氫鈣鈉等，可有效中和土壤中的酸性物質(zhì)，提高土壤的pH。在土壤表層添加陶粒不僅能有效提高基質(zhì)中的水分，而且可以使不同土層、不同月份之間含水量的變幅降低，從而使植物的生長(zhǎng)環(huán)境處于穩(wěn)定狀態(tài)[17]。在土壤表面覆蓋陶粒不僅對(duì)植物的光合作用影響顯著，而且可提高植物的存活率與生長(zhǎng)速率[18]。

2.3 用于污水處理

污泥陶?？勺鳛槲⑸锷L(zhǎng)繁殖的載體，有利于細(xì)菌生物膜的形成和附著，捕捉水中的有機(jī)物，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的分解和消化吸收，起到水體凈化的作用。根據(jù)其物理和物理化學(xué)作用分為過(guò)濾材料和吸附生物作為生物載體。作為過(guò)濾材料，污泥陶粒具有吸水不吸油的特點(diǎn)，被廣泛用于油田污水的處理；作為生物載體，污泥陶粒具有機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定難于被分解、微生物親和力強(qiáng)等特點(diǎn)，且能截留少部分的懸浮物等顆粒物，降低污水的濁度和色度，平衡污水水流，使水流平穩(wěn)，主要運(yùn)用于生物膜法污水處理[19]，以及濕地浮床綠植種植技術(shù)。

2.4 用于海綿城市建設(shè)

改變污泥陶粒特性生產(chǎn)出適宜于滲水儲(chǔ)水的陶粒，這種陶粒可被用于海綿城市滲水混凝土路的鋪設(shè)，雨水花園的濾料以及地下滲透過(guò)濾材料等。陶粒用于滲水混凝土路的鋪設(shè)，水通過(guò)陶粒吸收可逐漸保留在綠化帶中。用于混合混凝土設(shè)置明溝，可促進(jìn)雨水的沉淀，避免造成路面積水。這種模式的陶粒已投入生產(chǎn)線并被多個(gè)城市采用和實(shí)施。

2.5 用于吸聲材料

污泥陶粒內(nèi)部有大量的孔隙，聲波通過(guò)連通的孔隙中時(shí)因空氣的粘滯摩擦和陶粒自身的熱傳導(dǎo)性，能量大大削弱，從而起到吸聲的作用。以污泥陶粒為骨料，水泥為膠凝材料，添加外加劑，通過(guò)混合、攪拌、壓制、養(yǎng)護(hù)等工藝可以制備成一種多孔吸聲材料。駱翔宇等人[20]研究表明陶粒生產(chǎn)過(guò)程中可以形成不同的粒級(jí)，通過(guò)采用不同粒級(jí)的陶粒，調(diào)整陶粒和膠凝材料的比例，可以形成不同孔隙率的吸聲材料，從而制備滿足吸聲、隔聲要求的吸聲材料。周紅梅等[21,22]用陶粒在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備了小型吸聲樣件，通過(guò)駐波管法進(jìn)行了吸聲系數(shù)測(cè)試，并針對(duì)軌道交通吸聲板應(yīng)用進(jìn)行了許多相關(guān)研究。但目前國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究欠缺，工藝生產(chǎn)也相較于國(guó)外落后許多。

此外，污泥陶粒具有較好的保溫隔熱效果，在工業(yè)生產(chǎn)中常被用于冶金方面回轉(zhuǎn)窯保溫隔熱層的制備。

3 結(jié)語(yǔ)

目前污泥處理處置技術(shù)路線各有利弊，尚無(wú)一種成本低、速度快、占地面積小，在減量化、無(wú)害化、資源化方面都具有優(yōu)勢(shì)的處置技術(shù)。污泥制成陶粒，在焙燒過(guò)程中，污泥中含有的大量病原菌會(huì)被殺死，重金屬會(huì)固化在陶粒中，不僅可以達(dá)到資源化的要求，還可以減少污染，降低污泥的處理成本。將污泥制作成陶粒，可以大量的消耗污泥，且制成的陶粒可廣泛地應(yīng)用于建筑、水處理等領(lǐng)域。但污泥制備陶粒，還需要提升產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)業(yè)環(huán)保、節(jié)能以及生產(chǎn)工藝方面的技術(shù)水平，做到規(guī)?；⒎€(wěn)定化處置。此外，污泥制陶粒燒制溫度要求過(guò)高，在高溫條件下有部分重金屬會(huì)被揮發(fā)出來(lái)，所以在高溫?zé)铺樟＿^(guò)程中還要注意對(duì)產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行嚴(yán)格把控。污泥陶粒性能也需要通過(guò)配料比的優(yōu)選，污泥的改性，焙燒條件的控制，進(jìn)一步得到改善。