燒結污泥渣土磚質量控制研究

劉傳龍 張弛

摘 要：城市污水處理廠污泥的綠色化、工業化可持續利用是困擾社會發展的一大難題。本文結合當地原材料和生產工藝，從污泥應用于燒結渣土磚的配比探索研究，總結分析并解決應用中存在的工藝質量問題，在追求污泥摻入量最大化的前提下，通過強化過程質量控制，實現合格產品生產，為污泥變廢為寶提供了解決方案。

關鍵詞：污泥;摻入量;燒結磚;結構空洞;強度;泛霜;質量控制

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0028-02

0 引言

城市污泥是污水處理過程中產生的廢物，隨著城市規模的擴大，城市污泥的處理也成為社會關注的焦點，各級政府也越來越重視污泥的處理。大量的污泥給生態環境帶來了巨大的壓力，污泥危害主要有幾種：（1）有機物的污染，其特點的不易降解，進入土壤和水體后造成環境污染。（2）病原微生物的污染，這些微生物易通過食物鏈對人體和畜生帶來危害。（3）重金屬污染，將直接危害人體健康，導致環境質量惡化。

據了解，目前污泥資源化利用方式主要有：農用、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的企業進行焚燒處理，但處理費用較高，難度大。鑒于此，燒結污泥渣土磚將會是經濟成本較低，環境效益較高的一種處理方式。但是燒結污泥磚的生產中，污泥的用量又會對燒結磚的半成品和最終產品質量帶來影響。本文就筆者基于主持湖北玉鑫新型建材有限公司申報的2020年十堰市科學技術研究開發計劃 “污泥在燒結磚生產中的綠色化應用” 項目研究，總結分析燒結污泥渣土磚生產過程中污泥的添加量對半成品合格率和成品抗壓強度、吸水率、泛霜質量指標的影響及解決方案，獲得合理的配比，以期達到既消耗了更大量的污泥，又能生產出合格產品的目的。

1 中試方案

1.1 試驗原料

污泥（經擠壓烘干脫水，含水率為30%，干污泥揮發份40%）;渣土（頁巖含量約90%，黏土含量約為10%）、煤矸石（發熱量2500kcal/kg，灰分55%）。

1.2 試驗標準及設備

試驗采用標準為GB/T 5101-2017《燒結普通磚》，試驗用設備主要有JZK90B擠壓成型機，118m×3.7m隧道窯，大型烘箱，微機控制電子萬能試驗機，電熱鼓風干燥箱等。

1.3 工藝控制參數

采用30%含水率的污泥，物料經兩級破碎，細度用0.11mm方孔篩篩余控制50%以下，混合料陳化時間為72h，塑性指標控制在8～10，磚坯含水率29%～31%，燒結溫度為1050℃～1150℃，高溫帶長37m，高溫燒結時間12h。

1.4 工藝過程

80%含水率污泥經擠壓、烘干至30%含水率污泥與經兩級破碎的渣土、煤矸石、水按一定配比混合均勻對碾入庫陳化，陳化物料經調水、攪拌、真空擠壓制坯、入窯烘干、預熱、焙燒、冷卻、成品出窯堆放。

1.5 試驗數據

試驗數據表1、表2所示。

2 試驗分析

2.1 污泥摻入量對半成品的影響

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

2.2 污泥配比對成品抗壓強度、吸水率的影響分析

強度等級是燒結磚的一項重要的質量參數，其決定了燒結磚的使用性能和范圍，通過試驗可以確定燒結磚的強度等級，從污泥摻入量對產品主要質量指標的影響表2可以看出，不同的污泥添加量會導致強度的不同，污泥添加量越大強度越低，分析原因主要是因為燒結過程中的高溫導致污泥中的有機物和微生物分解后形成氣體造成磚體結構空洞，從而導致強度降低，吸水率增加。本次試驗中當30%含水率污泥占比為15%時即可達到標準中規定的MU10的強度等級，同時也能保證吸水率達標[2]。

2.3 污泥添加量對成品泛霜性能的影響

污泥主要來自于生活污水，其中富含鈉離子，摻量的增加勢必會影響鈉離子的帶入量，從而影響成品的泛霜性能。通過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，摻量可以達到20%而保證泛霜指標合格。

2.4 污泥的添加對能源消耗的影響

由于污泥中含有熱量物質，試驗發現污泥的摻入可降低配煤量，可減少煤矸石的消耗約5%。

3 質量控制措施

（1）頁巖質渣土和煤矸石來源穩定，成分波動不大，對硅、鈣含量實施監測控制。（2）參與配料的污泥水分含量應控制在30%以下，防止污泥成團，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，否則會增加產品泛霜性能超標的風險。總體把控物料中的鉀、鈉離子含量是有效防止產品泛霜的關鍵。（4）嚴格控制物料粒度和顆粒級差，細度越小，塑性越好，有利于陳化和制坯，有利于煅燒過程中硅酸鹽礦化物的形成。適當添加黏土配料可改善物料塑性。（5）采用移動式布料和取料，保證物料應充分混合均勻。物料含水率控制在15%～25%之間，物料陳化時間不低于72h，時間越長，塑性越好，半成品的狀態更加穩定。（6）真空磚機壓力保證在0.85MPa以上，壓力越高，磚坯合格率越高，磚體結構越密實，強度和吸水率都會得到改善。（7）采用隧道窯煅燒，通過調節外加煤和抽風壓力，控制煅燒溫度1100±50℃，同時保證高溫帶長度和磚坯在高溫帶煅燒時間[3]。

4 結語

通過試驗驗證，燒結污泥渣土磚生產中污泥的摻入會帶來工藝和產品的問題。強化質量控制措施，對癥解決問題產生的原因，可以實現在污泥摻入量不斷增加的前提下生產出合格產品。基于現有工藝裝備和原材料條件，30%含水率污泥摻入達到15%為最佳配比。以此配比，年生產5000萬標磚可消耗80%含水率污泥5萬t～6萬t，較好解決了污泥綠色化、工業化處理并可持續發展的問題。

參考文獻

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

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

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