前言

  城市污水厂污泥的处理处置已成为我国市政工程的一大难题,目前,主要采用卫生填埋、堆肥农用、焚烧等处理处置方式,填埋稳定性差且易污染地下水,堆肥农用受污泥中重金属含量影响较大,污泥焚烧则能耗太高。近年来,污泥资源化制砖技术得到了充分发展,但目前普遍停留在实验阶段。本文采用城市污泥为部分原料,进行了批量生产烧结普通砖(承重砖,240mm×115mm×53mm)和空心砌块(非承重砖,190mm×190mm×190mm)的生产性试验,研究了城市污泥烧结制砖技术,并重点分析了砖体的物理力学性能(抗压强度)和热工性能,结果充分表明:污泥制砖是城市污泥处理处置有效方式。隧道窑

  1　试验部分

  1.1试验材料

  城市污泥取自南京市某污水处理厂,剩余污泥经浓缩2消化2机械脱水处理后,含水率P=75%左右。试验共取脱水污泥约20t，样品污泥的有机物含量为37.76%,总氮1.875×104mg/kg，总磷6.545×103mg/kg，铜180.5mg/kg，锌538.5mg/kg，铅35.45mg/kg，汞3.585mg/kg，砷24.7mg/kg，六价铬12.45mg/kg。

污泥经干燥后(含水率P=55%左右)破碎机械筛分,去除其中的粗大颗粒。页岩粉粘土均取自南京某新型建筑材料公司，其塑性指标分别为7.8和13，粘土级颗粒(d<01005mm)含量10.3%和25.6%，满足制砖原料对塑性指数7～15，粘土级颗粒含量10%～60%的要求；两者含水率分别为7%和11%。

1.2　制砖工艺

  在污泥制砖生产性试验中，污泥干燥是重要的工艺环节，试验在不改变砖厂生产工艺流程基础上，利用砖厂现有干燥隧道窑(目的为干燥砖坯，150～200℃)来干燥污泥，干燥后，污泥含水率P=55%左右。干燥污泥与页岩粉(粘土)按表2配比混合，经陈化、成型制坯、干燥、焙烧等处理工序后，制成污泥烧结砖。

  各工段主要工艺参数如下：原料计量预混，加水搅拌混合，控制含水率17%～19%；陈化均匀混合料颗粒间的空隙水分，制坯成型，成型压力约为2.8～3.0MPa，砖坯含水率控制在16%～18%；坯体150～200℃隧道窑干燥，含水率降至6%以下，一般在3%左右；980～1060℃隧道窑焙烧、降温，制成烧结砖。

   1.3分析仪器和方法

    抗压强度：NYL2300型压力试验机，最大破坏负载法；热导率：准稳态平板测试装置，热线法；传热系数：紫微BW21212WT设备，标定热箱法。

    2　结果与讨论

    2.1污泥掺量对烧结普通砖抗压强度的影响

    干污泥掺量对烧结普通砖抗压强度影响较大，图2为抗压强度与污泥掺量关系曲线，从图2中可以看出，污泥掺量越高，砖体的抗压强度越差。分析原因为：砖体烧结过程中，污泥中有机物挥发大量气孔和孔洞，造成砖体抗压强度下降。窑炉建筑

    掺加1.92%～5%污泥的粘土烧结砖抗压强度在16.1～20.8MPa之间，当污泥掺加量在5%以下时，污泥粘土砖能够达到国家标准《烧结普通砖》(GB5101-2003)中MU15强度等级要求，具有较好的承重性能，可作为承重墙体材料。如果污泥掺量减少为2.5%时，可以达到MU20强度等级要求，具有优良的承重性能。

    掺加1.92%～5%污泥的页岩烧结砖抗压强度在16.1～20.8MPa之间。由图2可知,当污泥掺加量在6%以下时，污泥页岩砖能够达到国家标准《烧结普通砖》GB5101-2003中MU10强度等级要求，可作为承重墙体材料。如果污泥掺量减少为3.5%时，可以达到MU15强度等级要求，具有较好的承重性能。

    同等污泥掺量时，污泥粘土砖抗压强度优于污泥页岩砖，这是因为粘土原料SiO2和Al2O3含量要比页岩粉高(表1)，烧结过程中生成的3Al2O3·2SiO2(莫来石，决定砖体机械强度的决定性因素)的量比页岩砖高，提高了粘土砖的抗压强度。其次，粘土中粘土级颗粒含量较高，在烧结过程中，形成烧结砖结构致密，整体性强，抗压强度高。

    2.2　污泥掺量对页岩空心砌块抗压强度的影响

   页岩空心砌块抗压强度与污泥掺量关系曲线，说明抗压强度下降机理相同。污泥掺量4.45%页岩空心砌块抗压强度为4.88MPa，与国家标准《烧结空心砖和空心砌块》(GB13545-2003)最低MU2.5强度等级要求相比，完全可以满足其作为填充墙(或隔离墙)的使用要求。污泥掺量在5%之内的页岩烧结空心砌块，强度等级为MU3.5(GB13545-2003)，具有较好的承重能力。当污泥掺量较少至413%时，能够达到与现行市售砌块相同的MU5.0强度等级，具有优良承重性能。

    2.3　污泥掺量对页岩烧结普通砖热导率的影响

    对上述页岩烧结普通砖进行热导率(气态、干态)测定。可知，随着污泥掺量增加,砖体热导率降低,分析原因为：砖体烧结使污泥中有机物挥发，砖体内部气孔和孔洞增多，砖体热传导能力下降。4.45%干污泥掺量页岩烧结普通砖热导率为0.295W/(m·K)，较不掺加污泥的页岩砖(0.312W/(m·K))降低了5.4%，砖体热传导能力明显下降。窑炉公司

    2.4　污泥掺量对页岩烧结空心砌块墙体传热系数的影响

    分别对不同干污泥含量的页岩空心砌块墙体进行传热系数K测定，见图5。由图5可知，页岩空心砌块墙体的传热系数随污泥掺量增加而降低，随着污泥掺量的增加，砖体热传导能力下降，墙体传热系数随之下降，隔热保温性能提高。页岩空心砌块由于掺入了一定量的尾矿(烧失量大,焙烧过程易形成孔洞)，热工性能已经大大改善，普通页岩空心砌块墙体的传热系数已经能够满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)对外墙平均传热系数1.5W/(m2·K)要求。4.45%干污泥空心砌块墙体传热系数为1.33W/(m2·K)，同比标准(JGJ134-2001)1.5W/(m2·K)的要求，节能效率可提高1.13%，墙体隔热保温性能得到明显改善。

    3　结　论

    (1)砖体烧结过程中，污泥中有机物大量挥发，形成气孔和孔洞，增加了砖体内部微观孔隙率，降低了砖体的抗压强度，提高了砖体的热工性能。

    (2)污泥掺量在6%之内的页岩烧结普通砖，可以达到MU10以上强度等级(GB5101-2003)，可作为承重砖体使用。污泥掺量在5%之内的页岩空心砌块，强度等级为MU3.5(GB13545-2003),可作为填充墙(或隔离墙)使用。

    (3)4.45%干污泥掺量页岩烧结普通砖热导率为0.295W/(m·K)，较普通页岩砖(0.312W/(m·K))降低5.4%，砖体热传导能力明显降低。

    (4)4.45%干污泥掺量页岩空心砌块墙体传热系数为1.33W/(m2·K)，比《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ134-2001)1.5W/(m2·K)的要求，节能效率可提高11.3%。

    (5)在不改变砖厂生产工艺流程基础上，利用隧道窑干燥污泥，普通隧道窑砖厂就可以进行规模化生产，并能创造一定的经济和社会效益。

来源：中国砖瓦网

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