利用污水廠污泥配料煅燒水泥熟料的探討

張 巖

（河南省豫鶴同力水泥有限公司，湖南 鶴壁 458000）

在水泥熟料生產(chǎn)過程中，需要大量富含Si02的材料。污水廠污泥中含有大量Si02，是由膠體、無機(jī)顆粒等構(gòu)成的非均質(zhì)物體，煅燒后會(huì)形成無害化合物，直接掩埋則容易帶來環(huán)境二次污染。將污水廠污泥作為煅燒配料進(jìn)行水泥熟料生產(chǎn)，能夠減少水泥生產(chǎn)材料消耗，同時(shí)能夠?yàn)槲勰噘Y源化、無害化利用提供方法。因此，還應(yīng)對(duì)利用污水廠污泥配料煅燒水泥熟料的方法進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)污泥資源的有效利用，推動(dòng)水泥生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1 試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)配料

試驗(yàn)采用水泥廠提供的粘土、煤灰和石灰石作，搭配城市污水廠提供的污泥進(jìn)行水泥熟料煅燒。如表1 所示，為各種配料的化學(xué)組分。

表1 試驗(yàn)配料化學(xué)組分（%）

1.2 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)過程中，經(jīng)過配料重新分配計(jì)算，需要利用污泥進(jìn)行一半粘土的替代。針對(duì)石灰石等配料，需要在溫度110℃條件下烘干24 小時(shí)，然后利用球磨機(jī)進(jìn)行粉磨，篩分到一定細(xì)度。針對(duì)污水廠污泥，考慮到污泥含水率較高將導(dǎo)致料漿水分上升，所以需要根據(jù)相態(tài)和含水率進(jìn)行脫水、干燥、除臭，然后利用球磨機(jī)粉磨[1]。經(jīng)過篩分后，可以對(duì)配料混合，形成生料。從生料配比來看，石灰石、粘土、煤灰、污泥的干基分別為85.57%、6%、2.43%和6%，濕基分別為85.47%、5.99%、2.65%和5.89%。按照《水泥易燒性試驗(yàn)方法》JC/T 735-2005 可以進(jìn)行試樣制備，然后利用壓力機(jī)壓成13mm×13mm 試塊，在恒溫105℃真空干燥箱中烘干1h 后，可以在硅碳棒爐中煅燒。煅燒溫度以10℃/min速度均勻提高，直至達(dá)到1450℃后維持30min。將試塊取出，在空氣中冷卻，可以將得到的熟料干燥保存，然后按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》GB/T 17671-1999 進(jìn)行性能測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 熟料物理性能分析

針對(duì)煅燒得到的熟料，通過物理性能分析可以發(fā)現(xiàn)熟料比表面積達(dá)306㎡/kg，稠度達(dá)24%，與采用正常配料煅燒的熟料大致相同。從熟料凝結(jié)時(shí)間上來看，采用污泥煅燒的熟料在1h20min 后初凝，終凝時(shí)間為2h7min，較之正常煅燒的熟料時(shí)間縮短30min 左右。從抗折強(qiáng)度上來看，熟料3d 強(qiáng)度達(dá)6.4MPa，與正常熟料差距不大，28d 強(qiáng)度為9.2MPa，正常熟料達(dá)8.5MPa，有一程度提高。從抗壓強(qiáng)度上來看，采用污泥煅燒的熟料3d 強(qiáng)度達(dá)35.2MPa，正常熟料達(dá)33.1MPa，28d 強(qiáng)度為54.7MPa，正常熟料達(dá)61.7Pa，抗壓強(qiáng)度偏低。分析原因可以發(fā)現(xiàn)，采用污泥煅燒的熟料f-CaO 含量和S03含量分別為2.4%和2.4，正常熟料分別為1.21%和0.32%。而f-CaO 含量和S03含量偏高，導(dǎo)致熟料物理性能受到了一定程度影響。

2.2 熟料質(zhì)量影響因素分析

分析熟料質(zhì)量受到的影響可以發(fā)現(xiàn)，在污水廠提供的污泥中，含有主成分為Al2(SO4)3的混凝劑，造成熟料中SO3含量大幅度提高。實(shí)際在用于熟料煅燒的生料中，包含較高含量的SO3，不僅影響了熟料的安定性和物理性能，也導(dǎo)致煅燒期間廢氣中的SO3含量提高，如果直接排放至空氣中會(huì)引發(fā)環(huán)境污染。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采用水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行熟料煅燒，能夠?qū)α蚧镞M(jìn)行一定程度的吸收，并且使污泥中重金屬被固定在熟料中，因此能夠?yàn)榄h(huán)境安全性提供保證[2]。而f-CaO 含量的提高，與污泥中Ca0 的含量較高有關(guān)。按照要求，熟料中f-CaO 含量應(yīng)不超出1.5%。所以利用污泥進(jìn)行粘土替代，需要加強(qiáng)污泥使用量的控制，使熟料質(zhì)量得到保證。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以將采用污泥生產(chǎn)的水泥熟料與安定性較好的熟練進(jìn)行配比使用，得到符合國(guó)家質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的硅酸鹽水泥。

2.3 熟料煅燒效益分析

從經(jīng)濟(jì)性角度來看，使用污水廠污泥能夠減少粘土成本。但采用烘干方式將對(duì)污泥含水率，將導(dǎo)致煤耗增加。實(shí)際對(duì)污水廠污泥進(jìn)行消納，按照含水率70%進(jìn)行計(jì)算，還會(huì)引起電費(fèi)、管理費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備折舊費(fèi)等多種費(fèi)用的增加。如果按照1t 污泥消耗量進(jìn)行計(jì)算，成本約增加9.1 元。1t 污泥能夠煅燒約51t 水泥，因此每t 水泥成本約提高0.178元。從社會(huì)效益角度來看，采用污水廠污泥進(jìn)行水泥煅燒，能夠?yàn)槲勰嗵幚硖峁p量化、資源化和無害化的方式，通過減少天然資源的消耗削減企業(yè)生產(chǎn)成本，能夠帶來較好環(huán)境效益，因此有助于推動(dòng)水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，采用污水廠水泥進(jìn)行水泥熟料的煅燒，得到的水泥熟料物理性能受到了一定影響，出現(xiàn)了抗壓強(qiáng)度偏低的問題，。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過與安定性較好的水泥熟料搭配進(jìn)行質(zhì)量合格的水泥生產(chǎn)。采取該種生產(chǎn)方式，水泥生產(chǎn)成本可以控制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)能夠帶來可觀環(huán)境效益，因此符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展要求。