摘要 利用污泥生产烧结墙体材料是烧结砖厂转型为“城市净化器”的重要内容，但是如何利用污泥却存在许多争议。本文根据某市推动的一次利用污泥生产烧结砖的总结报告，比较详细地介绍了这次试验过程中取得的数据和经验，对今后污泥的资源化综合利用具有一定的参考意义。
1、前言
根据某市环境保护局《关于开展协同应急处理部分生活污水处理厂污泥的通知》精神，为了缓解某市生活污水处理厂产生的污泥远超处置能力的现状，由市环保局牵头，几家单位积极参与应急处置污泥的试验工作，取得了试验的第一手资料，为下一步东莞市污泥资源化处理，特别是在烧结砖厂中的利用积累的宝贵的经验。
试验工作一共进行了40余天，处置污泥260多吨，试制过程中采用了四组试验方案和多个配方，生产烧结砖360万块。
2、污泥
污泥来源于城市污水处理厂污泥，做简单脱水处理达到50％残余含水率后，由专用汽车运输到生产现场。污泥经相关权威部门化验，其各种成分见表1和表2。
表1 部分污水处理厂的污泥检验报告(一）
从表1看出，pH值平均数据超标，总镍有一项数据超标，其余均在正常值范围之内。
表2 部分污水处理厂的污泥检验报告(二）
运输到现场的污泥为经过板框式压滤机脱水后的污泥，呈碎块状，有异味，自然含水率为50%左右，从污泥的检验报告分析，污泥中有机物含量30％~40％，总氮（TN）含量12000~19000（干泥mg/kg）,并含有锡（Sn）、铅(Pb)、铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)等重金属元素，基本符合GB/T25031-2010《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》的要求，部分污泥中石灰（CaO）质含量到达到20%以上（见图1）。
3、烘干与脱水
把污泥装到烧砖的窑车上，一组送进隧道窑内与砖坯一起只完成干燥过程，从室温逐渐升温到300℃，干燥过程约10小时，污泥烘干后含水率为30％~40％（见图2中的4-1、4-2）；第二组经过烘干以后在随砖坯进入隧道窑经理焙烧过程，经历300℃→1000℃→室温的高温过程30小时，污泥完全脱去物理水分（但是还保持8~9％的结晶水，见图2中的4-3、4-4）。
经过高温脱水的污泥呈红、白、黄、褐等各种颜色，但是最突出是在烘干过程中随水分逸出到污泥表面再结晶的白色毛发状结晶和和颗粒状结晶体，形成严重的泛霜现象，又在1000℃左右的高温下烧结成很多成分不明的固溶体和玻璃体（见图2）。
与没有脱水的污泥一起，形成三组含水率不同的污泥（见表3）：
4、 试验配方
遵循循序渐进的原则，在本次试验中我们采用了两种试验方法，第一组是未经处置的污泥；第二组是经过干燥脱去部分水分的污泥，第三组是经过烘干-焙烧处理的污泥。配方参数见表4。
试验采用的各组配方，依次按事先设计的比例（质量比），把这些污泥掺兑到建筑渣土（垃圾）中，第一组还需要掺入一定量的粉煤灰作含水率调整剂，在实验砖厂的生产线上混合均匀成为制砖的原料。建筑渣土为实验砖厂目前使用的主要原料，自然含水率26％左右。
5、试制过程
试制过程在实验砖厂的现有生产线上进行。
5.1 原料计量
采用装载机把污泥和建筑渣土分别铲至箱式给料机中，通过调整给料的速率进行参配。根据污泥的含水率，我们还采用了掺兑粉煤灰降低混合料含水率的办法，粉煤灰掺入量最多时达到20％。
5.2 原料混合
污泥在与建筑渣土混合后，由高速细碎对辊机进行破碎和混合，然后经双轴搅拌机进一步搅拌，送进陈化库困存48小时。
5.3 成型方法
采用双级真空挤出机塑性挤出成型，第一组污泥试制时，随着污泥的掺量增加，成型水分随之增加，变化幅度为16~20％，当污泥的掺量达到20％时，成型水分达到18％，坯体变软，码放到窑车上时，最下面三层砖坯开始变形。
5.4 干燥与焙烧
干燥与焙烧都是在原一次码烧的“一烘一烧”隧道窑里进行的，干燥周期约为8~10小时，焙烧周期约为28~30小时，干燥室里最高温度约为300℃，焙烧温度为950~1050℃。
6、试验结果
6.1 产品外观
第一组污泥和第二组污泥（采用了干燥脱水的）掺兑生产出来成品基本上都呈红色，但第二种污泥（采用了干燥脱水的）生产出来的砖坯在干燥过程中有较为明显的盐析（泛霜）现象，成品表面肉眼能见到不明成分的结晶集合体（见图4）。
第一组污泥、第二组污泥掺配后生产出来的砖坯，烧制出来的成品颜色正常，基本上与普通烧结砖没有区别（见图5）：
但是，第三组污泥（经过干燥-焙烧脱水）掺配生产出来的产品，颜色不正常，制品表面见到很多在高温下熔融的固溶体气泡，从形态上分析属于含铁成分很高的固溶体在气体的作用下，从坯体内部逸出到制品表面重新凝固，形成俗称的“铁石馏”。并且制品呈较深的褐色（见图6）。
6.2 有害气体
试验中，污泥不经干化处理直接掺混在原料中，会有一股刺鼻的气体逸出漂浮在车间内，类似淡淡的臭鸡蛋味，现场工人感觉不适，推断逸出的气体主要是硫化氢（H2S）气体，对车间操作人员有刺鼻、咽部不适的影响。后调整试验方法，将新鲜污泥经干燥处理后掺混压坯，没有产生异常气味。
6.3 体积收缩
污泥不仅含水率高，并且有机质含量高，焙烧过后留下很大的空隙，采用第一组和第二组配方时，随着掺量的增加，砖坯的收缩率增加，掺量20%时成品砖就有明显收缩和开裂现象，使成品的外观质量下降（详见图7）。
由图7所见，污泥掺量15%以内的时候，砖坯外观正常，当掺量超过20%时开始，砖坯弯曲明显，并且成品呈螺旋纹状开裂，对砖的品质产生很大的影响。
6.4 产品质量
四组配方试制的产品送某省建材产品质量检验中心检验，结果符合国家标准GB/T 5101-2003之MU10等级的要求，产品质量合格（见表5）。但值得注意的是，随着污泥掺量增加，其抗压强度显著下降。当污泥的掺量超过20％时，砖坯收缩变形严重，无法再加大污泥的掺配比例。
表5 样品强度检验结果汇总表
7、结论及建议
7.1 把城市污水处理厂产生的污泥掺兑到烧结砖原料中生产烧结砖，是消纳污泥的好途径。只要处理得当能够生产出符合国家标准的烧结砖产品。
7.2 污泥在作为制砖原料之前，应当进行相应的无害化处理，消除污泥里面的有机物和多余的水分，再送到烧结砖厂作为生产原料。尤其是考虑利用窑炉余热来烘干污泥，实现节能降本、资源循环。
7.3 准备采用污泥作为原料的烧结砖厂，要改进原料处理工艺，修改干燥与隧道窑的工作制度，特别是要增加相关的环保处理设备，消除生产过程中的有害气体，保护环境、文明生产。
7.4 上述工作需要政府部门牵头，协调污泥产生单位、污泥处置单位、质量监督单位、环保技术单位等一起协同作战，共同完成污泥在烧结砖厂的资源化综合利用。
8、结束语
由于时间紧和现场条件所限，本次试验我们还不能扩大试验的范围，特别是废气成分的分析和成品的浸出物试验没有条件做，需要今后补充以上测试。但是试验取得的数据和体验是非常宝贵的，对开展污泥的资源化利用工作，有一定的指导意义和参考价值。
完
污泥是污水处理厂和污水处理的必然产物。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。
（1）污泥含水率高。未脱水污泥含水率大于90%，初步脱水污泥含水率也高达80%，造成运输成本高、堆放面积大，挤压垃圾填埋场库容，堵塞垃圾渗滤液管等问题；
（2）细菌滋生。不仅造成视觉污染，而且为其他有害生物的滋生提供了场所；
（3）大气污染。污泥堆放在露天散发出臭气和异味，日晒风刮，污染物颗粒会造成大气污染；
（4）污染水体。经水浸泡、溶解，污染物伴随污水流入河道，会污染地表水，进入地下水；
（5）含有重金属。如不加以控制，则可能污染土地。
未来几年是我国污水处理市场的黄金时代，将建成上千座污水处理厂。每座污水处理厂每天要排放含水率约99.2%的剩余污泥数百乃至上万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。污泥处理技术包括了污泥的浓缩、脱水和干燥三方面的技术。国内现有的基本是污泥浓缩和脱水技术，污泥经浓缩和脱水后，一般含水率只能降低到80%左右，而发达国家正逐步要求污泥的含水率降低到20%-30%。因此，高效、经济的污泥处理技术包括脱水和干燥技术将有巨大的市场。
随着污水处理率的提高，污泥产量也不断增加，污泥的处理处置问题愈加突出。
全国城镇污水处理厂产生干污泥约180万t/年(含水80%污泥900万t）；预计未来五年内，每年将产生干污泥540万t（含水80%污泥2700万t）；
现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。有些地方的污泥没有得到合理的处理和处置便直接排放，造成了严重的二次污染。
国家环保总局发布的GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》于2003年7月1日开始实施，特别增加了污泥控制标准的内容。专家认为，目前迫切需要制定和完善配套系列标准，如污泥资源化用途的肥料、建材、施工用土等有关标准，需要细致研究污泥的安全性问题等等。
目前，我国城市污水处理厂普遍采用污泥脱水机进行脱水，形成含水率80～75%的脱水污泥，目前的市污水处理厂脱水污泥处置方法中，污泥农用占44.8%、陆地填埋占31%、其他处理约10.5%、没有处理约13.7%
将一定量的污泥掺入页岩中，生产污泥烧结页岩砖，这样能大量消耗城市污泥，减少城市污泥对环境带来的危害，同时又不改变页岩砖生产工艺，不增加页岩砖生产成本，这是处理城市污泥的一种有效方法。且污泥热值比较高，烧制污泥砖可以节省大量能源旧。城市污泥烧结页岩砖的研发既实现了城市污泥的减量化，无害化和资源化处理，同时改善了页岩砖的性能，使之具有保温隔热作用。
本研究所结合现有污泥制备烧结砖技术，对长沙市污水处理厂污泥进行了化学成分、重金属含量、烧失量等进行了检测分析，为长沙市污泥生产烧结砖产业化提供可行性研究，并为进一步发展城市污泥烧结多孔砖的产业化提供理论研究技术。
通过对该送检污泥样品进行化学成分、重金属含量、放射性检测，经检测该污泥样品放射性合格，污泥中有机物含量较高，烧失量较高达到51.08%，化学成分在烧结砖原料化学成分要求范围内，可作为烧结砖原料。
送检污泥样品中镉、汞、铅、铬、砷、镍、铜、硼含量均低于《农用污泥中污染物控制标准》GB4284中污泥农用时污染物控制标准限值，但该送检污泥样品中锌含量达到3259.37mg/kg，高于3000 mg/kg的最高限值，因此该污泥不适用于农用和堆放处理，处理不当将产生二次污染。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002,处理后的污泥农用时，其污染物含量应满足《农用污泥中污染物控制标准》GB4284的有关规定，污泥农用时污染物控制标准限值如下表所示：
处理建议：污泥与页岩混合在烧结过程中生成硅酸盐矿物，可以对污泥中重金属起到有效的固化作用，可利用污泥制备烧结材料固化污泥中重金属。建议可适量掺加污泥原料与其他原料混合生产烧结砖产品，对污泥烧结产品进行重金属浸出检验，确保产品安全。
本研究所后续将加大对城市污泥、河道淤泥等废弃物制备烧结砖技术的研究力度，完善城市污泥、河道淤泥烧结多孔砖的生产工艺。
联系客服
