利用制砖方式处置城镇污水处理厂剩余污泥的研究

王丽萍，李心海，周润华

(1.山西省忻州市污水处理厂，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯华墙材有限公司，山西 忻州 034000)



利用制砖方式处置城镇污水处理厂剩余污泥的研究

王丽萍1，李心海1，周润华2

(1.山西省忻州市污水处理厂，山西 忻州 034000；2.山西省忻州市逯华墙材有限公司，山西 忻州 034000)

随着城市化进程的加快，各地城镇污水处理厂纷纷上马，城市污水处理率极大提高，与此同时，污水处理过程中产生的大量剩余污泥导致生态环境的“二次污染”。就污泥处置问题，通过大量的研究和广泛的实践，提出了一条可供污泥“减量化、资源化、再利用”的可靠途径。

制砖方式；处置；剩余污泥；研究

引 言

截止2015年6月底，全国各城市、县(不含其他建制镇)建成并运行的污水处理厂2 149座，污水处理能力达1.32亿m3/d。污水处理率的提高，大幅削减了主要污染物总量，有力地改善了水环境。但与此同时，污水处理设施运营产生的大量污泥给生态环境带来“二次污染”隐患。为此，笔者通过几年来不懈的探索，利用城市污水处理厂产生的剩余污泥作为制砖原料，利用污泥自身的热值烧制黏土砖，这样不仅消除了“二次污染”隐患，更为污泥的“减量化、资源化、再利用”寻求到一条新路子。

1 城市污泥的性质[1]

污泥是一种混合物，含水率一般都很高，而含固率很低。城市污水处理厂初沉池污泥含固率在2%～4%，而剩余污泥含固率在0.5%～0.8%。较高的含水率决定了污泥体积大，且不利于储存、运输、处置及利用，必须进行脱水处理，而污泥中大量微生物的存在，又导致其脱水难；污泥的理化性质主要包括有机物和无机物含量、植物养分含量、有害物质(重金属)含量、热值等。据测算，城市污水处理厂污泥热值大约为1.0×104kJ，接近于煤矸石的热值，这部分能量在制砖过程中可作为能量利用；污泥中还含有大量的细菌及各种寄生虫卵和病毒，容易传染疾病。综上所述，污泥处置需要考虑减量化、资源化、无害化以及可行性。

2 我国污泥处理现状

我国现有的污水处理设施中有污泥稳定处理设施的不到25%，处理工艺和配套设备完善的不到10%，据统计，我国目前85%的污泥以填埋处理作为最终处置方式。这种方式不仅不能对污泥进行综合利用，产生一定的社会和环境问题，更因土地资源日益紧张而备受挑战。

目前，城市污泥处置的探讨与实践方面主要是焚烧、填埋、土地利用、建筑材料利用。4种处置方式各有其优缺点：1) 焚烧。该方式适应性较强、反应时间短、占地面积小、残渣量少，可达到完全灭菌的目的，是处理最彻底的方法。但该方式工艺较复杂、一次性投资大、设备数量多且操作管理复杂、运营费用高。同时，焚烧过程中污泥中的重金属会随着烟尘的扩散而污染空气。2) 填埋。该方式具有处理量大、投资省、运行费用低、操作简单、管理方便、对污泥适应能力强等优点。但填埋要占用大量的土地，污泥中的有机物在厌氧条件下释放恶臭气体，严重污染大气环境，且存在爆炸安全隐患，同时，渗滤液无序排放更为地下水安全带来严重隐患。3) 土地利用。即，将处理后的污泥作为肥料或土壤改良的材料，用于园林绿化、土地改良或农业。该方式的主要限制因素是污泥中重金属和致病菌含量。随着公众对食品安全的关注度越来越高，在污泥农用方面的限制势必会更加严格。4) 建筑材料利用。作为建材综合利用，投资小、见效快、处置彻底，尤其适用于中小城市污水处理厂的污泥处置。

3 污泥制砖工艺流程简述

3.1 制砖工艺流程

首先，将煤矸石、黏土经装载机由原料堆棚送入箱式给料机，定量配比后，由皮带输送机将2种原料送入混料器中，将原料充分混合均匀。然后，由皮带输送机将混合均匀的原料送入粗碎对辊机进行二次破碎，达到原料的细度要求后送入双轴搅拌机，加水搅拌均匀后，由皮带输送机送到陈化库。经可逆皮带布料机分层堆放存储，使原料在陈化库中完成“陈化”和“均化”过程，从而改善原料的物理性能，保证成品砖的质量要求，经过陈化后的混合料由多斗挖掘机均匀取料，由皮带输送机送入箱式给料机定量给料，由皮带输送机送入高细碎对辊机进行进一步混合、破碎、均化，进入第2道双轴搅拌机挤出机中，根据原料含水情况适当加蒸汽强力混合搅拌，经皮带输送机送入挤出机挤出合格的泥条，再经由全自动切条切泥坯机切成合格砖坯，之后，再由自动码坯机码至窑车，依次存入储坯库，到达储坯库顶端的窑车经摆渡至隧道窑口，再用液压油缸依次顶入窑室，最后，砖坯在窑内经过一系列热工过程焙烧成合格的产品。

3.2 污泥制砖技术方案

1) 根据实际情况，我们制定了2种实施方案：

方案一：将含水量小于60%的污泥放入污泥存储池，经污泥输送机送入混料机，与黏土混合均匀后在陈化车间堆积，进行陈化，在供土机中煤矸石、黏土、污泥3种材料混合后，经强力搅拌机搅拌，以增加黏结度，再进制砖机、切坯机，制成砖坯。具体工艺流程见图1。

图1 污泥掺配制砖的具体工艺流程

方案二：将含水量小于60%的湿污泥运到砖厂后，先送往干化车间，利用厂内余热进行干化，干化后的污泥同煤矸石一起进入粉碎车间进行粉碎后，经供土机送往强力搅拌机，搅拌均匀，干化、破碎，然后，同黏土、煤矸石搅拌均匀，制成砖坯。具体流程见图2，污泥处置系统工艺流程见图3。

图2 污泥掺配制砖的具体工艺流程

图3 污泥处置系统工艺流程

2) 方案比较

方案一，优点：投资少、运行成本较低；缺点：湿污泥储存过程中容易散发臭味，导致二次污染。

方案二，优点：可以充分利用砖厂余热。污泥经干化和破碎后，投配方便，好定量，控制简单，可操作性强；缺点：投资和运行成本高，需增加干化设施设备和劳动力。

以上2种方案，可以根据实际情况进行确定。

4 污泥制砖的尝试

结合《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》“有条件的地区，应积极推广污泥建筑材料综合利用”、以及《山西省人民政府关于加快发展新型墙体材料的实施意见》晋政发[2007]20号 “积极组织本地区实行黏土砖生产企业转产新型墙体材料产品”、“忻州市、吕梁市应着重发展黏土多孔(空心砖)，并积极发展掺加各种工业废弃物的烧制砖”等规定，在污泥无害化处置和资源综合利用方面，我们选择产能20万块/d黏土砖的制砖企业，在原有设施基础上添加了部分设备进行了为期两年的试验。经试验，我们得出如下结论：

1) 污泥掺配量与砖的抗压强度关系。抗压强度是衡量烧结砖性能的重要指标，污泥掺入量对抗压强度影响很大，只要掺入量不大于10%，烧结砖抗压指标能达到10 MPa。污泥质量分数与烧结砖抗压强度的关系见第132页图4。

图4 污泥质量分数与烧结砖抗压强度的关系

2) 污泥掺入量与砖的密度关系。砖的密度对建筑的设计和施工有一定的影响，密度小的砖能减轻建筑物的承重，且有利于建筑施工，控制和掌握污泥烧结砖的密度，对污泥砖的生产和推广都有积极的意义。污泥掺量与烧结砖密度的关系见图5。

图5 污泥掺量与烧结砖密度的关系

3) 污泥掺配量与砖的保温隔热性能关系。烧结砖是主要的建筑墙体材料，以污泥为掺料的污泥烧结砖，能增加保温隔热性能，符合节能减排的产业政策，从图6污泥掺量与导热系数的关系可以看出，导热系数随着污泥掺量的增加而下降。

图6 污泥掺量与烧结砖导热系数关系

4) 污泥、普通黏土砖及掺污泥10%砖样品重金属检测结果见表1。

表1 污泥、普通黏土砖及掺污泥10%黏土砖重金属检测结果 mg/kg

5 污泥制砖的可行性分析

1) 污泥制砖符合环境保护要求。污泥制砖绿色环保，可充分利用污泥的热值，且在烧制过程中病菌经高温燃烧消灭，微量重金属固化在砖内，不流失，不产生环境污染，对人体无害，十分安全。

2) 符合资源综合利用需要。将脱水后的污泥按8%～10%的比例掺配在黏土内制砖，可以充分利用污泥中的有用成分，实现“变废为宝”，符合可持续发展的战略方针。按产量含水率60%的污泥40 t/d计算，按照10%的比例掺入黏土制砖，一个日产6万块砖的制砖企业可将产生的污泥全部消纳。也就是说，在消纳全部污泥的同时，每年可节约黏土资源4 818 t。

3) 符合产品质量要求。将脱水后的污泥按10%的比例掺配在黏土内制得的烧制砖各项检验都符合标准要求，保温性能不减。

4) 投资少，见效快，易实施。相对于其他处理方式而言，该项目投资较少，只需在制砖工艺基础上增加部分设施即可。

[1] 尹军，谭学军，廖国盘，等.我国城市污水污泥的特性与处置现状[J].中国给水排水，2003(19):21-24.

Study on the treatment of excess sludge from urban sewage treatment plant by brick making process

WANG Liping1, LI Xinhai1, ZHOU Runhua2

(1.Shanxi Xinzhou Sewage Treatment Plant, Xinzhou Shanxi 034000, China;2.Shanxi Xinzhou Luhua Wall Material Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 034000, China)

With the acceleration of urbanization, municipal treatment plants have been built from place to place, which greatly improve urban sewage treatment rate. At the same time, a large number of excess sludge is produced in this process, which leads to secondary pollution of the ecological environment. Therefore, as to the problem of sludge disposal,through extensive research and practice, this paper puts forward a reliable approach to reduce and recycle the sludge.

brick making method; disposal; excess sludge; study

2016-05-06

王丽萍，女，1972年出生，2010年毕业于中北大学，本科，工程师，从事环境污染防治、资源综合利用方面工作。

环境保护

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.41

X703

A

1004-7050(2016)05-0130-03