污泥處置與建材化的現狀研究

張冰心

(華北水利水電大學，河南 鄭州 450045)

0 前 言

隨著我國城市化進程的加快、城市人口的激增。城市中生活污水越來越多，隨之而來污水中的污泥也越來越多。預計到2020年，我國污泥產量每年將會達6 000萬t[1]。鑒于如此大的污泥產量，我國相對于其他發達國家而言污泥的處理與處置制度及方法還不夠完善，甚至出現了“亂丟、亂棄”的現象，甚至經過處置的污泥出現了“二次污染”的問題。因此，污泥的妥善處置問題已經刻不容緩。但如何讓污泥走上“綠色環保”的處置道路，最終實現“變廢為保”的目標，成為研究人員們不斷努力的方向。

1 污泥處置的現狀

污泥：污泥是污水處理后留下的產物，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的極其復雜的非均質體。主要有含水率高、有機物含量高、易腐化發臭、顆粒較細、比重較小、呈膠狀液態等特點，是介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵運輸，但很難通過沉降進行固液分離。

污泥具有來源比較廣泛、區域性強、成分比較復雜、產量大等特征，若不能妥善處置將會引發“二次污染”的嚴重后果[2]。據統計，目前我國有70%以上的污泥屬于棄置狀態，剩下的部分主要采用土地利用和填埋兩種方式[3]。但隨著國家綜合國力的增強以及人們對于污泥處理與處置不當帶來不可估量損失的深刻認識，政府相關部門已經投入了大量的資金并頒布了一些法律條文，污泥的處理與處置問題也將會得到改善[4]。

2 污泥的處置技術

污泥的處置是處理的最終產物，兩者是相互影響、相互作用的關系。任何一步的處理或處置不當最終都實現不了污泥“減容化、無害化、穩定化、資源化”的目標[5]。根據《城鎮污水處理廠污泥處置分類》(GB23484-2009)中將污泥的處置分為四大類：土地利用、填埋、焚燒及建材化四種。就我國目前污泥的處理與處置的成效并未達到理想中的效果，因此，在污泥的妥善處理與處置方面我們依然任重而道遠。

2.1 土地利用

土地利用分為：農田堆肥、林地利用、綠化利用等。土地利用主要是充分利用污泥中的微量元素以及一些有益的細菌，不僅可以給作物增加肥力，還能夠改善土壤的結構。但要注意污泥中的重金屬、細菌病毒等有害物質，必須保證使其含量在滿足國家規范符合要求時方可用于土地利用 。

2.2 衛生填埋

衛生填埋是一種污泥處理周期短、消納量大、經濟性好、見效快的一種處置方式。但具有二次污染的可能性大、浪費土地資源等缺點。

2.3 焚 燒

污泥焚燒可以消滅污泥中攜帶的病毒等有害細菌，并分解內部的有機物。具有減容速度快、無害化、熱量回收利用等優點，但處理的費用高及焚燒時排放的煙氣易污染空氣等缺點的制約，一直影響著焚燒技術的推廣使用。

3 污泥的建材資源化

3.1 污泥用作建材的可行性分析

近年來一向被稱為“基建狂魔”的我國在建筑業取得了舉世矚目的成就。例如：剛竣工的“北京大興國際機場”“港珠澳大橋”等，有些不可再生的建材資源已經面臨著枯竭的危險、有些由于生產工藝等原因嚴重污染了周圍環境。為緩解以上的困境，國家提出 “綠色、環保、廢物再利用”的號召。專家學者們花費大量的時間和精力致力于污泥的研究。因污泥本身具有成分比較復雜，地域性差異大、易受季節影響等特點，給污泥的妥善處置增加了難度。與其他的處置方式相比，污泥建材化是比較有效的處置方式之一。研究發現污泥的化學成分中有效氧化物的成分含量與某些建材中的十分相似；污泥中含有有機物、細菌及病毒等其他有害物質，經過高溫燒制被完全消除；污泥中重金屬含量及浸出問題同樣困擾著研究人員，經研究發現將污泥用于制造建材時可以有效地將其固化在建材中不會引起再次污染問題。

3.2 污泥建材化現狀

3.2.1 污泥制磚

據國家發改委消息，2010年底，我國所有城市城區將禁止使用毀田耗能的實心黏土磚，我國實心黏土磚產量控制在4 000億塊以下。據悉，我國每年因生產黏土磚毀田50萬畝，黏土磚在使用中因保溫隔熱性能差致使建筑能耗總量大。由上述材料可知我國制磚的主要原料黏土資源十分短缺，而污泥的一些氧化物含量與黏土的主要化學成分十分相似。將污泥替代部分黏土制磚不僅可以節約黏土資源，而且實現了污泥廢物再利用，可謂是一舉兩得。

污泥制磚方法一般可以分為兩種：干化污泥直接制磚與污泥焚燒灰制磚。

1)干化污泥直接制磚。干化污泥制磚是指直接將干化處理后的污泥部分替代黏土和其他的材料混合在一起壓制成磚的過程。李淑展等[6]的研究表明當污泥的取代率達到15%左右時制得的磚，不僅強度達到普通磚M20的強度左右、抗磨性好而且重金屬的浸出量也符合規范的要求。李慶繁[7]用燒失量小于50%的污泥和其他材料混合之后制成磚的燒失量符合相關規范的要求。趙偉[8]將污泥的取代率達到30%時所燒制磚的性能符合國家對于普通磚的指標要求。 Okuno Nand Takahashi S[9]研究發現將污泥全部取代黏土燒制的磚，無論是強度還是外觀都比普通的黏土磚好；燒磚時的溫度大小主要取決于P2O5的濃度的大小；通過化學的方法將污泥的吸水率控制在4%以下時，磚表面泛霜及苔蘚的問題就能有效控制。

2)污泥焚燒灰制磚。污泥焚燒處理的方法是減容效果相對較好的處理方法。日本大阪的制磚廠大部分采用的是污泥焚燒灰制磚。燒制的磚不僅經濟性好且大部分重金屬被固化在磚內，不用擔心重金屬的浸出問題[10]。

3.2.2 污泥制水泥

水泥是將石灰石、黏土、鐵礦粉按比例磨細混合，在1 450 ℃左右的高溫中煅燒而成，并將煅燒后的產物和石膏一起磨細按比例混合之后的混合物稱之為水泥。據統計2019年我國的水泥年產量達25億t左右位居世界第一，為了給資源減負并降低污泥廢棄物處置的負擔，日本早在20世紀末就將焚燒過的污泥用于生態水泥的生產并已經進行了工業化生產模式[11]。

3.2.3 污泥制陶粒

陶粒是輕骨料的一種，具有保溫、隔聲的特點。薛凱旋等[12]試驗得出了當陶粒的性能最佳時各種材料的配比情況。賀君等[13]以污泥為原料燒制陶粒，當燒制溫度在1 140 ℃時，燒制出了密度等級在900級以上，容重比普通的骨料較小的陶粒，按照不同的顆粒級配篩分之后替代輕集料混凝土中的粗細集料使用。韓露[14]通過試驗不僅將污泥燒制陶粒并成功將陶粒用于水處理的填料試驗。羅暉[15]將污泥用于燒制陶粒時發現，當污泥的摻量在一定范圍時重金屬的固化能力比污泥制磚時重金屬的固化能力強，浸出量符合國家規范的要求。

4 污泥建材化中遇到的問題及解決辦法

污泥建材化填補了我國目前建材原材料匱乏的缺口，也為如何妥善、合理處置污泥的問題找到了解決辦法。當然在實際的生產實踐中也遇到一些令人棘手的問題。

首先，污泥建材化處置方式雖然在理論上是可行的，但我國對于污泥處理與處置的技術、設備、設施都比較落后，導致這些理論基本上只是停留在理論方面并未有效地用于實踐中。因此，國家及相關政府部門加大投資力度，借鑒國外先進有效的處置技術，完善相關建筑設施的規范。

其次，綜合污泥自身的特點(成分復雜多變、地域性強、易受季節等外部因素的影響)及國內關于污泥處理與處置的規范性的文件及政策等方面較少。因此，污泥生產的建材的安全與否對于消費者來說還存在一定的懷疑態度。針對上述出現的問題，一方面政府應該完善污泥建材化處置的相關技術規范，另一方面政府應該出面引導扶持相關處理廠的污泥建材化處置項目，從而增強消費者對產品的信任同時企業家們也應該按規則生產建材，切不可為了謀取私利而做違法之事。

最后污泥應用于建材的制造，無論是將污泥用于制磚、制陶粒還是制水泥等建筑材料，在滿足材料的基本性能的條件下污泥摻量都很小。我國污泥增長速度呈現出遞增的趨勢，污泥的建材化遠不能達到污泥處置的目標。因此，如何將污泥更多地用于建材中成為了眾多專家、學者們努力的工作重心[16]。

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