杭州余杭區(qū)污水廠污泥制磚利用分析研究

章維維 林 敏 郁志杰 劉 銳

（1 杭州嘉澍環(huán)境監(jiān)測有限公司 浙江杭州 311100 2 杭州余杭水務(wù)控股集團有限公司 浙江杭州 311100）

引言

近年來，城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，需處理的污水規(guī)模不斷增大，隨之而來的是二次產(chǎn)物污泥產(chǎn)量大大增加，每年城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)生量達(dá)幾千萬噸，如果得不到科學(xué)合理的處置，將對污水處理廠經(jīng)濟及環(huán)境效益帶來極大的不利影響。污泥利用率低是一直以來存在的問題，以無害化、資源化、減量化為原則，以堅持高效、科學(xué)為目的，根據(jù)不同地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀及污泥特點不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，建立健全污泥處置技術(shù)及方法勢在必行?；诖?，政府先后頒布了一系列關(guān)于污泥處理處置的政策法規(guī)。2011 年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）》[1]指出：污泥處理處置方案的選擇，應(yīng)將土地利用作為優(yōu)先考慮對象，其次考慮焚燒或建材利用的處置方式，最后考慮衛(wèi)生填埋的處置方式。因此，選擇合適的污泥處置方案，是實現(xiàn)污泥處置可持續(xù)發(fā)展的必然條件。

城鎮(zhèn)污泥處置的研究，國外己經(jīng)有相對豐碩的理論研究成果，但城鎮(zhèn)污泥處置必須與城鎮(zhèn)有序發(fā)展步調(diào)相一致，從而需要選擇更具科學(xué)性和可操作性的處置方案。杭州余杭區(qū)共有6 家污水處理廠，分別為余杭、良渚、崇賢、塘棲、開發(fā)區(qū)和臨平凈水廠。污泥的建材化利用主要有制磚、制水泥、制陶粒三種。本文就杭州余杭區(qū)污水廠污泥制磚利用，進(jìn)行可行性分析，并進(jìn)行污泥燒結(jié)磚小試研究，為后續(xù)污泥建材化利用提供有力支撐。

1 污泥制磚

污泥制磚是指將污泥經(jīng)過一定處理篩選后，與其他原料或是外加劑混合（如黏土、頁巖、煤矸石、粉煤灰），加壓成型，焙燒后制得污泥磚[2]。污泥制磚有兩種方法，一種是用干化的污泥直接用來制磚，另一種方法是利用污泥焚燒灰制磚。各種制磚生產(chǎn)工藝基本相同，原料配制-制坯-干燥-焙燒-成品[3]。

干化污泥制磚，是在自然環(huán)境下或經(jīng)人工將污泥曬干或烘干，磨細(xì)后加入其余制磚原料，加壓成型后進(jìn)行烘焙成磚。其中，由于污泥含量會影響磚的力學(xué)特性，要將其含量控制在10-20%。污泥焚燒灰化學(xué)成分與制磚粘土相似，在焚燒中需要加強壓力，以保證磚的綜合性能。

2 污泥制磚可行性分析

依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB/T 25031-2010）[4]中有關(guān)規(guī)定，就污泥理化、燒失量、放射性核素、污染物含量、衛(wèi)生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、干化氣體成分等指標(biāo)進(jìn)行檢測分析。

2.1 理化指標(biāo)（pH值、含水率）

經(jīng)過檢測，6 家污水廠污泥的pH 值基本為中性或弱堿性，范圍在7～9 之間，對照（GB/T 25031-2010）中規(guī)定，本批次的污泥均符合要求。所有污泥的含水率極高，范圍在70%～80%之間，均遠(yuǎn)超過規(guī)定中40%的上限值，因此在用于制磚利用時，需要經(jīng)過脫水與適當(dāng)干燥方可使用，同時經(jīng)過處理后也方便污泥進(jìn)行運輸。

2.2 燒失量

污泥燒失量是指污泥加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物（如H2O、CO2等）和有機質(zhì)的含量。根據(jù)規(guī)定中的標(biāo)準(zhǔn)要求，污泥用于制磚時，污泥燒失量需要≤50%方可使用。

根據(jù)我們對污泥干燥基的元素分析結(jié)果來看，污泥的灰分含量不盡相同。若灰分含量高于50%則表示，在干污泥經(jīng)過灼燒后的質(zhì)量超過干污泥原質(zhì)量的50%，同樣能夠表示污泥燒失量低于50%的標(biāo)準(zhǔn)值。從結(jié)果來看，余杭和崇賢兩家污水廠的污泥灰分均低于50%，不符合標(biāo)準(zhǔn)，而其余四家均符合標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)率達(dá)到了100%，能夠用作制磚。（見圖1）

圖1 污泥干基元素組成

2.3 放射性核素

放射性核素是指不穩(wěn)定的原子核，能自發(fā)地放出射線（如α射線、β 射線等），通過衰變形成穩(wěn)定的核素。在（GB/T 25031-2010）中規(guī)定，污泥的內(nèi)外放射性核素均必須低于1.0 時才能夠利用于制磚。經(jīng)過對所有污泥的放射性檢測，內(nèi)照射指數(shù)IRa 均為0，外照射指數(shù)Ir均為0。我們可以得出結(jié)論，污泥的放射性核素均達(dá)到要求，且達(dá)標(biāo)率100%，能夠滿足制磚用要求。

2.4 污染物含量

污泥中含有多種重金屬離子及有毒有害的有機物，容易因滲濾或揮發(fā)對水體及大氣環(huán)境造成二次污染。污泥含有Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu 等重金屬元素，污泥制磚時若重金屬含量過高也會影響使用。因此，選用重金屬含量低的污泥是關(guān)鍵。

圖表中為6 家污水廠污泥樣品的重金屬含量以及礦物油、揮發(fā)酚、總氰化物等的檢測結(jié)果?？梢钥闯?，污泥中的各種污染物含量不盡相同，但總體上均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。（見圖2）

圖2 污泥污染物含量分析結(jié)果

2.5 衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)

污泥中含有大量細(xì)菌、寄生蟲及病毒，容易造成傳染病傳播。從檢測結(jié)果來看，所有污泥的糞大腸菌群數(shù)范圍在1.7×103～2.1×103個/g 之間，能夠達(dá)到泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，同時蠕蟲卵死亡率達(dá)到了100%，為使用的安全性提供了很好的保障。

2.6 干化氣體成分分析

經(jīng)過檢測，污泥在干化過程中所排放的氣體污染物均滿足標(biāo)準(zhǔn)。污泥在制磚過程中所排放的氣體污染物需要經(jīng)過實際制磚效果監(jiān)測，但依據(jù)污泥干化氣體的結(jié)果分析，若其余的混合材料等均能夠滿足國標(biāo)要求，總的污染物排放必定能夠滿足大氣污染物排放指標(biāo)且基本能夠達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。（見表1）

表1 污泥干化氣體成分分析結(jié)果

3 污泥燒結(jié)磚小試研究

依據(jù)《燒結(jié)普通磚》（GB/T 5101-2017）[5]中有關(guān)規(guī)定，本文分析不同燒制過程對污泥磚燒結(jié)效果的影響。為了分析污泥含水率對燒結(jié)工藝的影響，對部分污泥進(jìn)行了壓濾預(yù)處理（1#），與原污泥（2#）作對照。同時為了便于比較，污泥干基摻比統(tǒng)一設(shè)為10%。（見表2）

表2 污泥燒結(jié)磚分析結(jié)果比對

可見，1 號和2 號，磚塊燒制成型效果較好，抗壓強度均大于10MPa。比較發(fā)現(xiàn)，低溫段的駐留時間是造成磚塊抗壓強度差異的主要因素。而其中1 號與2 號相比，在200-300℃駐留時間更長，強度也更高，這說明磚塊強度主要受200-300℃作用的影響。

結(jié)語

（1）通過對污泥各元素進(jìn)行檢測分析可知，除余杭和崇賢兩家污水廠污泥燒失量不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)外，其余指標(biāo)均基本符合（GB/T 25031-2010）中規(guī)定，但污泥含水率均超標(biāo)，這表明杭州余杭區(qū)6家污水廠污泥需經(jīng)過脫水處理后可用于污泥制磚利用。

（2）通過對污泥燒結(jié)磚小試研究可知，基于污泥干基摻比為10%而言，低溫段的駐留時間是造成磚塊抗壓強度差異的主要因素，且磚塊強度主要受200-300℃作用的影響，這為后期污泥制磚提供了有力支撐。

（3）污水廠污泥制磚利用有效地減少了能源消耗的問題，解決了占用耕田資源的問題，有利于促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的良性循環(huán)。同時也有效地減少了環(huán)境的污染，實現(xiàn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。具有良好的經(jīng)濟效益、社會效益及環(huán)境效益。