城市污水处理厂污泥制砖的可行性研究

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前言：

分析了污水处理厂污泥的成分,研究了四种污泥砖坯在不同炼制条件下的性能,找出了污泥制砖配比和炼制条件。实验表明,利用污泥、黏土和黄河泥沙混合配比制砖是可行的,为实现污泥的资源化开辟了新的途径。

污泥处置和污水处理一样是解决城市水污染的重要方面。一般的城市污水处理厂产泥量占污水量的0.3%～0.5%(体积百分比,含水率按97%计),如进行深度处理,污泥量还可能增加0.5～1倍。污泥处置是污水得以最终妥善处理的保障,污泥的资源化是循环经济发展的需要。基于污泥中无机物的组成与建筑材料中的所需成分基本相似,本文进行了污泥制砖的研究。
1实验用污泥的来源

实验用污泥取自郑州市王辛庄污水处理厂脱泥车间。该厂日处理废水量为35万t,处理工艺为活性污泥法,处理程度为二级,日产污泥量200t(含水率70%～80%),污泥处理工艺为:

2污泥、污泥灰和黏土成分分析

2.1 泥样的预处理

取一定量的污泥和黏土样品,放入烘箱内,在105℃干燥至恒重。把经干燥处理的污泥放入马福炉中于600℃温度下烧4h,得灰白色污泥灰,在球磨机上研磨,过100目筛,分别测定污泥、污泥灰和黏土的成分,测定结果见表1～3。

2.2 测定结果分析

测定结果看出:污泥中含有有机碳和大量的水,含有有机碳说明污泥有一定的热值;生活污泥燃烧后的产物与黏土的组成基本接近,可以用污泥代替黏土制砖,但污泥灰中SiO2的含量低于黏土中的含量,污泥灰中Fe2O3和P2O5的含量比黏土中的高,其它成分的含量二者基本接近。

3砖坯的制作

为了研究污泥制砖的可行性,研究方案有4种:污泥直接烧制;污泥和黄河泥沙配比烧制;污泥、黏土和黄河泥沙配比烧制;污泥灰、黏土和黄河泥沙配比烧制。工艺流程图见图1～4。烧制温度为800℃、900℃、1000℃、1020℃和1040℃,烧制时间分别为4h、8h、12h。

砖坯的制作,需要先干燥,干燥的目的是降低污泥中含水率,确保制作砖坯的含水率在20%左右。实验采用加热烘干和自然干燥两种方法。

(1)纯污泥砖坯的制作将含水率为70%～80%的污泥,经过干燥处理后,制成一定形状的长方形砖坯,其含水率为20%。

(2)污泥和黄河泥沙砖坯的制作取含水率为70%～80%的污泥和黄河泥沙,按1∶1、1∶2、1∶3的比例进行配比,混合均匀,制成不同尺寸的长方形砖坯。经过干燥处理后,砖坯的含水率在20%左右。

(3)干污泥、黏土和黄河泥沙制作的砖坯在自然条件下将污泥样品晾晒10～15d,进行干化处理,将干污泥磨碎后,与黏土和黄河泥沙以不同配比(见表4)进行混合,然后制成不同尺寸的长方形砖坯。

(4)污泥灰、黏土和黄河泥沙制作的砖坯将污泥灰、黏土和黄河泥沙以不同的配比(见表5)混合均匀,做成不同尺寸的长方形砖坯。

4烧出砖的质量对比
将烧制好的4种不同组成的砖的性能进行比对,结果见表6。

结果表明:在烧制过程中,污泥中有机物通过挥发和燃烧变成了气体,使得砖坯失重较大、强度变低、形状改变。加上黄河泥沙疏松,高温下不宜结合在一起,所以,单纯用污泥制砖和污泥与黄河泥沙配比制砖的强度和硬度都较差,砖体变形较大。污泥灰、黏土和黄河泥沙制作的砖,在同样的烧制条件下,随着黄河泥沙量的增多,烧制砖的强度在减少;在黄河泥沙含量为5%时,随着污泥灰含量的增加,烧制砖的强度增加。当污泥灰含量为30%左右、泥沙含量为5%、黏土含量为65%时,随着烧制温度的提高和烧制时间的延长,烧制砖的强度变大,变形小,适宜烧成温度为1020℃～1040℃。
5结语
(1)试验证明直接用单纯的污泥、污泥灰、或者污泥和黄河泥沙配比烧制出的砖强度太低,外观条件差,达不到一般建筑用砖的强度要求;
(2)干污泥、黏土和黄河泥沙混合配比烧制的砖,可以有效改善烧制成品的外观条件。最佳配比为:干污泥5%～10%、黄河泥沙5%～10%、黏土80%～90%。在相同的试验条件下,随着干污泥和黄河泥沙含量的增加,成品抗压强度显著下降;
(3)污泥灰、黏土和黄河泥沙混合配比制砖,烧制成品的外观条件最好,污泥灰含量比较高,可达到40%左右,配比为:污泥灰30%、泥沙5%、黏土65%;适宜烧成温度1020℃～1040℃;
(4)利用污泥、黏土和黄河泥沙制砖,实现了污泥的资源化,具有良好的社会效益。在煅烧过程中将有毒重金属封存在砖坯中,杀死了有害细菌。污泥砖质轻、孔隙多,具有一定的隔音、隔热效果等优点;
(5)在污泥制砖的过程中,因污泥中含有大量的有机物,无论是污泥灰的制作过程还是污泥砖的烧制过程,恶臭非常强烈,应考虑二次污染的控制问题。另外,污泥制砖对污泥的预处理要求高,烧制砖的成本比一般的黏土制砖要高,这些问题还有待于进一步的探索研究。