燒結(jié)污泥渣土磚質(zhì)量控制研究

劉傳龍 張弛

摘 要：城市污水處理廠污泥的綠色化、工業(yè)化可持續(xù)利用是困擾社會(huì)發(fā)展的一大難題。本文結(jié)合當(dāng)?shù)卦牧虾蜕a(chǎn)工藝，從污泥應(yīng)用于燒結(jié)渣土磚的配比探索研究，總結(jié)分析并解決應(yīng)用中存在的工藝質(zhì)量問(wèn)題，在追求污泥摻入量最大化的前提下，通過(guò)強(qiáng)化過(guò)程質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)合格產(chǎn)品生產(chǎn)，為污泥變廢為寶提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：污泥;摻入量;燒結(jié)磚;結(jié)構(gòu)空洞;強(qiáng)度;泛霜;質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）08-0028-02

0 引言

城市污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，城市污泥的處理也成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，各級(jí)政府也越來(lái)越重視污泥的處理。大量的污泥給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力，污泥危害主要有幾種：（1）有機(jī)物的污染，其特點(diǎn)的不易降解，進(jìn)入土壤和水體后造成環(huán)境污染。（2）病原微生物的污染，這些微生物易通過(guò)食物鏈對(duì)人體和畜生帶來(lái)危害。（3）重金屬污染，將直接危害人體健康，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化。

據(jù)了解，目前污泥資源化利用方式主要有：農(nóng)用、熱能利用、制取活性炭等。但這些利用方式往往存在利用率低，利用成本高等弊端，所以一般采用送往有資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行焚燒處理，但處理費(fèi)用較高，難度大。鑒于此，燒結(jié)污泥渣土磚將會(huì)是經(jīng)濟(jì)成本較低，環(huán)境效益較高的一種處理方式。但是燒結(jié)污泥磚的生產(chǎn)中，污泥的用量又會(huì)對(duì)燒結(jié)磚的半成品和最終產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)影響。本文就筆者基于主持湖北玉鑫新型建材有限公司申報(bào)的2020年十堰市科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃 “污泥在燒結(jié)磚生產(chǎn)中的綠色化應(yīng)用” 項(xiàng)目研究，總結(jié)分析燒結(jié)污泥渣土磚生產(chǎn)過(guò)程中污泥的添加量對(duì)半成品合格率和成品抗壓強(qiáng)度、吸水率、泛霜質(zhì)量指標(biāo)的影響及解決方案，獲得合理的配比，以期達(dá)到既消耗了更大量的污泥，又能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的目的。

1 中試方案

1.1 試驗(yàn)原料

污泥（經(jīng)擠壓烘干脫水，含水率為30%，干污泥揮發(fā)份40%）;渣土（頁(yè)巖含量約90%，黏土含量約為10%）、煤矸石（發(fā)熱量2500kcal/kg，灰分55%）。

1.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備

試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5101-2017《燒結(jié)普通磚》，試驗(yàn)用設(shè)備主要有JZK90B擠壓成型機(jī)，118m×3.7m隧道窯，大型烘箱，微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，電熱鼓風(fēng)干燥箱等。

1.3 工藝控制參數(shù)

采用30%含水率的污泥，物料經(jīng)兩級(jí)破碎，細(xì)度用0.11mm方孔篩篩余控制50%以下，混合料陳化時(shí)間為72h，塑性指標(biāo)控制在8～10，磚坯含水率29%～31%，燒結(jié)溫度為1050℃～1150℃，高溫帶長(zhǎng)37m，高溫?zé)Y(jié)時(shí)間12h。

1.4 工藝過(guò)程

80%含水率污泥經(jīng)擠壓、烘干至30%含水率污泥與經(jīng)兩級(jí)破碎的渣土、煤矸石、水按一定配比混合均勻?qū)δ肴霂?kù)陳化，陳化物料經(jīng)調(diào)水、攪拌、真空擠壓制坯、入窯烘干、預(yù)熱、焙燒、冷卻、成品出窯堆放。

1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表1、表2所示。

2 試驗(yàn)分析

2.1 污泥摻入量對(duì)半成品的影響

從污泥的成分和特性看，干基污泥中有35%～45%可燃物質(zhì)，主要成分為高分子有機(jī)物（絮凝劑）、微生物等，經(jīng)高溫煅燒隨煙氣排出，不參與成品礦化反應(yīng);灰分含量為55%～65%，主要成分為SiO2、Fe2O3、Al2O3、重金屬等，高溫煅燒時(shí)參與化學(xué)反應(yīng)而形成硅酸鹽礦物。污泥的摻量大小直接影響半成品和成品質(zhì)量。從污泥摻入量對(duì)半成品與成品外觀質(zhì)量合格率的影響表1可以看出，當(dāng)30%含水率污泥占比達(dá)到20%及以上時(shí)，塑性指標(biāo)難以控制，磚坯出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂，煅燒時(shí)堆垛易塌落，半成品和成品合格率隨著污泥占比的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[1]。

2.2 污泥配比對(duì)成品抗壓強(qiáng)度、吸水率的影響分析

強(qiáng)度等級(jí)是燒結(jié)磚的一項(xiàng)重要的質(zhì)量參數(shù)，其決定了燒結(jié)磚的使用性能和范圍，通過(guò)試驗(yàn)可以確定燒結(jié)磚的強(qiáng)度等級(jí)，從污泥摻入量對(duì)產(chǎn)品主要質(zhì)量指標(biāo)的影響表2可以看出，不同的污泥添加量會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度的不同，污泥添加量越大強(qiáng)度越低，分析原因主要是因?yàn)闊Y(jié)過(guò)程中的高溫導(dǎo)致污泥中的有機(jī)物和微生物分解后形成氣體造成磚體結(jié)構(gòu)空洞，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，吸水率增加。本次試驗(yàn)中當(dāng)30%含水率污泥占比為15%時(shí)即可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的MU10的強(qiáng)度等級(jí)，同時(shí)也能保證吸水率達(dá)標(biāo)[2]。

2.3 污泥添加量對(duì)成品泛霜性能的影響

污泥主要來(lái)自于生活污水，其中富含鈉離子，摻量的增加勢(shì)必會(huì)影響鈉離子的帶入量，從而影響成品的泛霜性能。通過(guò)擠壓的方式脫水能有效降低鈉離子帶入量，而烘干方式脫水不能有效降低鈉離子含量。采用擠壓脫水使含水率控制在50%以下，再烘干至含水率30%以下使用，摻量可以達(dá)到20%而保證泛霜指標(biāo)合格。

2.4 污泥的添加對(duì)能源消耗的影響

由于污泥中含有熱量物質(zhì)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)污泥的摻入可降低配煤量，可減少煤矸石的消耗約5%。

3 質(zhì)量控制措施

（1）頁(yè)巖質(zhì)渣土和煤矸石來(lái)源穩(wěn)定，成分波動(dòng)不大，對(duì)硅、鈣含量實(shí)施監(jiān)測(cè)控制。（2）參與配料的污泥水分含量應(yīng)控制在30%以下，防止污泥成團(tuán)，以保證其在物料中的分散度。（3）堿金屬鉀、鈉以離子形式存在于污泥中，污泥擠壓出的水因富含鈉離子不能用于制磚配水，否則會(huì)增加產(chǎn)品泛霜性能超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)?？傮w把控物料中的鉀、鈉離子含量是有效防止產(chǎn)品泛霜的關(guān)鍵。（4）嚴(yán)格控制物料粒度和顆粒級(jí)差，細(xì)度越小，塑性越好，有利于陳化和制坯，有利于煅燒過(guò)程中硅酸鹽礦化物的形成。適當(dāng)添加黏土配料可改善物料塑性。（5）采用移動(dòng)式布料和取料，保證物料應(yīng)充分混合均勻。物料含水率控制在15%～25%之間，物料陳化時(shí)間不低于72h，時(shí)間越長(zhǎng)，塑性越好，半成品的狀態(tài)更加穩(wěn)定。（6）真空磚機(jī)壓力保證在0.85MPa以上，壓力越高，磚坯合格率越高，磚體結(jié)構(gòu)越密實(shí)，強(qiáng)度和吸水率都會(huì)得到改善。（7）采用隧道窯煅燒，通過(guò)調(diào)節(jié)外加煤和抽風(fēng)壓力，控制煅燒溫度1100±50℃，同時(shí)保證高溫帶長(zhǎng)度和磚坯在高溫帶煅燒時(shí)間[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，燒結(jié)污泥渣土磚生產(chǎn)中污泥的摻入會(huì)帶來(lái)工藝和產(chǎn)品的問(wèn)題。強(qiáng)化質(zhì)量控制措施，對(duì)癥解決問(wèn)題產(chǎn)生的原因，可以實(shí)現(xiàn)在污泥摻入量不斷增加的前提下生產(chǎn)出合格產(chǎn)品?；诂F(xiàn)有工藝裝備和原材料條件，30%含水率污泥摻入達(dá)到15%為最佳配比。以此配比，年生產(chǎn)5000萬(wàn)標(biāo)磚可消耗80%含水率污泥5萬(wàn)t～6萬(wàn)t，較好解決了污泥綠色化、工業(yè)化處理并可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 施育莎.城布污水處理廠污泥制磚的試驗(yàn)研究[J].能源與環(huán)境，2011（4）：83-84.

[2] 于鎖清，王懷宇.污泥燒結(jié)磚的試驗(yàn)研究[J].輕工科技，2017（12）：102-103.

[3] 劉爽，白錫慶，張鵬宇，等.無(wú)粘土、高含量污泥燒結(jié)磚效果的影響因素研究[J].中國(guó)給水排水，2016（5）：98-103.