水污染控制工程课程论文

水污染控制工程课程论文

——城市污泥制砖技术文献综述

学生姓名：****

指导老师：***老师

所在院系：地理与环境科学学院

学号：**********

所在专业：环境科学

所在班级：13级环境科学班

完成时间：2015年12月26日

城市污泥制砖技术文献综述

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摘要： 污泥主要包括给水厂、污水处理厂和工业生产过程中产生的污泥。污泥的化学成分组成与粘土类似，可以作为制砖原料。可以利用干化污泥、污泥焚烧灰或湿污泥配合其他原料制作砖。

关键词：城市污泥；砖；资源化

Abstract:Sludge includes waterworks,sewage plants and industrial sludge.The chemical

composition of sludgeis similar as day's.So it’s possible to utilize sludge as brick e the

dry sludge,sludge incinerationash or wet sludge produced bricks with other materials.

Key words:sludge;brick making;recycling reclamation

污泥水分高,体积庞大,不易处理，且成分复杂,含有苯、氯酚等大量有机物质,有毒有害的重金属,病源微生物、寄生虫卵,盐类以及放射性核素等难降解物质【1】,一旦处理不当，很容易对水体造成二次污染。据预测,2020 年我国污水排放量约为 5.36×1010t/a。污泥量通常占污水量的 0.3%～0.5%, 约占污水处理量的

l%～2%, 如果属于深度处理, 污泥量会增加 0.5～1 倍。污水处理效率的提高必然导致污泥数量的增加。虽然目前我国污水处理量和处理率只有4.5%, 但城市污水处理厂排放干污泥约为 3.0×105t/a, 每年还以大约 10%的速度增长。因此,

污水处理厂的污泥必须及时处理处置, 才能保证各个单位污水处理装置的正常运行, 消除二次污染, 保护环境。【2】关于污泥处置和利用:a.投海处置方法已被弃用;b.填埋所占比重有较大幅度的降低;c.焚烧所占比重增加;d.农田、园林利用仍在发展中;e.建材利用越来越受到关注。而在已经发展建材利用中，干化焚烧利用热能投资大、成本高、烟气治理难度大,难以实际推广应用，高温可能产生二噁英等巨毒物质.污泥使用时烘干能耗非常高,有机物挥发容易造成对大气的二次污染.污泥掺入比例不能超过10%,否则对水泥产品质量造成影响,且需对水泥生产工艺参数进行调整.污泥中CaO等无机成份含量较高,将影响陶粒的高温烧胀性及陶粒的性能,造成烧成陶粒外壳开裂,降低筒压强度且难降低陶粒的表观密度，吸水率也过大，污泥焚烧灰渣烧结能耗高,投资大.【3】 而污泥制砖原料充足。污泥作为制砖的原料，在高温焙烧时，等于将污泥无害化、减量化和资源化处理。在烧砖中，污泥含有一定发热量的有机物质补充了砖在高温焙烧所需的热量，降低了能源的消耗（2.5kg 含水率 35% 的污泥相当于 1kg标准煤）【4】。所以，利用污泥代替黏土制砖，充分利用了污泥中的无机物（粘土），补充了当前水泥生产与制砖生产紧缺的泥源；同时充分利用了污泥中有机物（具有热值）作为辅助燃料，减低了建材产品生产的煤耗量；由于焚烧温度高达 1200℃、污泥中病原体被彻底毁灭；燃烧过程中产生的有害废气（如二噁英）被彻底分解，又无残留灰渣，彻底避免了对环境的污染；同时为建材生产厂提供了再生资源，降低建材产品的单位成本；根据市场经济运作，污水厂还从中得到了应有的实惠【5】。

1.污泥制砖的基本条件 根据Tania Basegio和Bernd Wiebusch对生活污泥和粘土的化学成分的比较(其结果见表1、2),污泥灰中的SiO2含量远低于粘土中的含量,污泥灰中Fe2O3与P2O5的含量比粘土中高10%左右,重金属含量比粘土中要明显的多,其他的含量基本接近,因而生活污泥燃烧后的产物与粘土的组成基本接近,用粘土制砖时加一定量的干生活污泥一般是可行的。因干生活污泥中含有大量的有机物,有一定的燃烧热值,其燃烧热值在10000J/g左右,用于制砖,可节约能源。【6】由于排水管污泥中的有机物约为26.1%,因此在烧制砖的过程中,其本身会产生热量,而热量在纯粘土制砖中则不会产生。通过氧弹法测定,该发热量为21762.3kJ/kg。按我国制定的每kg标准煤的低位发热量为123092kJ/kg,则约每kg排水管污泥的发热量相当于0.176kg标准煤的发热量。即使用1kg排水管污泥制砖时,可节约0.176kg标准煤。【8】研究表明，污泥掺量5%、烧结时间6h、烧结温度1 000℃时，烧制的污泥粘土砖抗压强度最大；烧成质量减少分数随着烧结时间、烧结温度、污泥掺量的增加而增加；烧成密度随着烧结时间、烧成温度的增加而增加，随着污泥掺量的增加而减少[15]

【7】

2.污泥制砖

主要有两种方法,一种是用干污泥直接制砖;另一种是用污泥焚烧灰渣制砖。WENG等研究表明,将高达20%(质量分数,下同)的污泥添加到砖中,在960～ 1

000℃中进行强度测试符合国家标准要求,且砖的金属浸出水平很低;当加入的污泥为10%、含水率为24%、880～ 960 ℃时,烧制出来的砖质量最好。【10】第三种方法是将脱水污泥与配料（粉煤灰、页岩等）混合制砖。【11】

2.1干污泥制砖

干化污泥制砖是将污泥干化（烘干或在室外自然晾干），经过磨细处理后，与其他原料混合（如粘土），加压成型，焙烧后制成污泥砖。缺点是在高温焙烧时，有机物转化为气体，致使污泥砖表面不平整，容易产生裂缝。随着污泥掺量升高，污泥砖性能下降明显。当污泥掺量高于30%时，抗压强度已不能达到砖的性能标准。在砖的焙烧过程中，还会有有害气体放出造成空气污染。浙江大学开发出“城市污泥可制节能砖的技术”，能够节省10％～15％粘土资源。国外Tay等人指出制砖时各个环节控制在最佳参数，干化污泥掺入量可达 40%。掺入30%的干化污泥或湿污泥制砖，不会影响砖的性能。【12】

用干污泥直接制砖时,应该在成分上做适当调整,使其成分与制砖粘土的化学成分相当。首先对污泥进行除臭处理,然后加水使其含水率达到90%以上,再用化学方式(按水不溶和弱酸不溶)对其进行去除重金属的过程,同时进行破胶处理(防止污泥胶结,影响后程脱水),助滤及颗粒分离,最后进行重力式真空分离,产生制砖原料用于生产建筑砖。该技术的生产工艺如下:

国外报道,S.Valls等将含水率为15%的污泥粉(经200℃烘干处理,主要微生物已杀死)替代部分水泥拌制成混凝土,当污泥掺量分别为0%,2.5%,5.0%,和10%时,混凝土的2d8抗压强度分别为24MaP、15Mpa、9.SMpa和5.5Mpa,且随着污泥掺量的增加,混凝土强度明显降低。【9】

2.2 污泥焚烧灰渣制砖

污泥焚烧为减量化效果最显著的处置方式，与其它各种污泥处理工艺相比具

有较大优势，焚烧后的剩余物质是很稳定的灰质。根据 Tania Basegio和 Bernd

Weibusch对生活污泥和粘土的化学成分的比较（结果见表 1.9），污泥灰中的SiO2含量远低于粘土中的含量，污泥灰中 Fe2O3与 P2O5的含量比粘土中高 10％左右，重金属含量比粘土中要明显的多，其它含量基本接近。因此，可在污泥焚烧灰中加入适量的粘土与硅砂，可使其成分达到制砖粘土成分标准。

污泥中含有机质或油类物质较多，易对砖块造成不利影响，因此可以将焚烧灰掺粘土制砖，其工艺流程见图 1.4。利用污泥焚烧灰制砖，污泥灰的掺量可高

达 50％，砖的综合性能好。日本在该方面的研究较早，应用也较广泛，所生产的污泥焚烧灰制砖不加任何添加剂，砖块在恶劣环境下也没有金属渗出[46]，广泛用于公共设施。英国斯坦福德大学的研究使砖块制造者认识到在原料中加一定比例的污泥焚烧灰有可能代替砂子来造砖。德国对于污水污泥的建材利用才刚刚起步，没有任何长期工业上的实践，正借鉴日本的经验，并与日本开展合作研究项目，已经取得阶段性研究成果，对不同焚烧灰对砖块性质的影响在主要参数上有了结论。【7】

2.3利用湿污泥制砖

湿污泥一般含有约80-90%的水分，污泥焚烧和污泥干燥都需要大量的能量，而这限制了污泥制砖的大规模工业化生产，近年来部分研究者试验将湿污泥直接制转。Junzhou等利用城市污泥混合點土后烧制室内地板砖，使用污泥中含有水分满足砖述制作过程中的用水需求，节省了水资源，实验结果表明污泥掺杂量可以达到在。下烧结后可以达到标准，重金属实验结果达到美国联邦法规标准，为城市污泥能量节约、环境友好的资源化利用提供了新的思路。【13】 给水厂湿污泥在不含或已经去除体积较大固体杂质的情况下可以直接与其他原料 （如粘土）合，加压成型，焙烧后制成污泥砖。湿污泥通过配一定体积比的其他原料，可以直接制砖。湿污泥制砖不仅利用了污泥中原有的水分，而且不需要对污泥进行复杂的预处理，节约能源。其掺入量按体积比一般在40%以上。但是湿污泥含水率较高，所以污泥掺入量不会太高。当污泥体积掺入量达到50%以上时，砖坯烘干后容易开裂。任伯帜等人利用含水率为60%～80%的给水污泥，在体积比掺入量为30%～45%时加入粘土和粉煤灰制成符合国家标准要求的污泥砖。【12】

3.改变污泥性质的途径

将黄土、熟石灰、粉煤灰等原料加人到污泥中进行改性,可以改变污泥的物理、化学性质,使之适用于建材要求。石灰加人到污泥中:一是利用其碱性成分产生的高pH值(>l2)及热量杀灭污泥中的微生物;二是利用其成分与污泥进行的离子变换反应、结晶硬化作用等改善污泥理化性质。通过添加不同百分量的石灰所测得的pH值变化(如表3所示),可以看出:当熟石灰添加量达到10%以上时,pH值可以达到12以上,熟石灰的适合添加量在10%一15%之间。另外在实验中,我们对添加了石灰、黄土、粉煤灰等不同原料的污泥改性物进行测试,各不同配比所得的改性污泥样品抗压强度如表4所示含水量高是污泥回收的一个主要难题。在污泥中加人石灰、粉煤灰和黄土等材料,可以减少污泥的含水量。还可以使污泥制品的强度提高,达到10k0Pa以上。符合建筑材料的要求。但过多的粉煤灰(超过200%)反而会引起一些消极的效果,如可塑性差等。可以看出,利用黄土、粉煤灰等材料对污泥进行改性用于建筑材料,有比较广阔的前景和实用性。【16】

4.改变砖的性质的方法

a. 加入高硅材料添加剂能够提高烧结体强度,硅是产生玻璃体成陶组分的主要成分, 添加硅质能促进SiO2晶体网状结构形成,但添加量过高将导致耐火度增加、熔融液相含量减少、抗压强度降低.

b. 加入高铝材料添加剂能够提高烧结体强度,铝能够和干污泥中的磷反应生成类似石英结构的AlPO4, 提高烧结体强度, 但添加量过高将导致烧结体抗压强度降低.

c. 加入钠质能增加烧结体的熔融液相, 显著降低烧结体的吸水率, 但烧结体因为变脆导致抗压强度降低.