污泥處置與建材化的現(xiàn)狀研究

張冰心

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

0 前 言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快、城市人口的激增。城市中生活污水越來(lái)越多，隨之而來(lái)污水中的污泥也越來(lái)越多。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)污泥產(chǎn)量每年將會(huì)達(dá)6 000萬(wàn)t[1]。鑒于如此大的污泥產(chǎn)量，我國(guó)相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國(guó)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(xiàn)了“亂丟、亂棄”的現(xiàn)象，甚至經(jīng)過(guò)處置的污泥出現(xiàn)了“二次污染”的問(wèn)題。因此，污泥的妥善處置問(wèn)題已經(jīng)刻不容緩。但如何讓污泥走上“綠色環(huán)?！钡奶幹玫缆罚罱K實(shí)現(xiàn)“變廢為?！钡哪繕?biāo)，成為研究人員們不斷努力的方向。

1 污泥處置的現(xiàn)狀

污泥：污泥是污水處理后留下的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。主要有含水率高、有機(jī)物含量高、易腐化發(fā)臭、顆粒較細(xì)、比重較小、呈膠狀液態(tài)等特點(diǎn)，是介于液體和固體之間的濃稠物，可以用泵運(yùn)輸，但很難通過(guò)沉降進(jìn)行固液分離。

污泥具有來(lái)源比較廣泛、區(qū)域性強(qiáng)、成分比較復(fù)雜、產(chǎn)量大等特征，若不能妥善處置將會(huì)引發(fā)“二次污染”的嚴(yán)重后果[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)有70%以上的污泥屬于棄置狀態(tài)，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(guó)家綜合國(guó)力的增強(qiáng)以及人們對(duì)于污泥處理與處置不當(dāng)帶來(lái)不可估量損失的深刻認(rèn)識(shí)，政府相關(guān)部門已經(jīng)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(wèn)題也將會(huì)得到改善[4]。

2 污泥的處置技術(shù)

污泥的處置是處理的最終產(chǎn)物，兩者是相互影響、相互作用的關(guān)系。任何一步的處理或處置不當(dāng)最終都實(shí)現(xiàn)不了污泥“減容化、無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化”的目標(biāo)[5]。根據(jù)《城鎮(zhèn)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(guó)目前污泥的處理與處置的成效并未達(dá)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(yuǎn)。

2.1 土地利用

土地利用分為：農(nóng)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(xì)菌，不僅可以給作物增加肥力，還能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)。但要注意污泥中的重金屬、細(xì)菌病毒等有害物質(zhì)，必須保證使其含量在滿足國(guó)家規(guī)范符合要求時(shí)方可用于土地利用 。

2.2 衛(wèi)生填埋

衛(wèi)生填埋是一種污泥處理周期短、消納量大、經(jīng)濟(jì)性好、見(jiàn)效快的一種處置方式。但具有二次污染的可能性大、浪費(fèi)土地資源等缺點(diǎn)。

2.3 焚 燒

污泥焚燒可以消滅污泥中攜帶的病毒等有害細(xì)菌，并分解內(nèi)部的有機(jī)物。具有減容速度快、無(wú)害化、熱量回收利用等優(yōu)點(diǎn)，但處理的費(fèi)用高及焚燒時(shí)排放的煙氣易污染空氣等缺點(diǎn)的制約，一直影響著焚燒技術(shù)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(lái)一向被稱為“基建狂魔”的我國(guó)在建筑業(yè)取得了舉世矚目的成就。例如：剛竣工的“北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)”“港珠澳大橋”等，有些不可再生的建材資源已經(jīng)面臨著枯竭的危險(xiǎn)、有些由于生產(chǎn)工藝等原因嚴(yán)重污染了周圍環(huán)境。為緩解以上的困境，國(guó)家提出 “綠色、環(huán)保、廢物再利用”的號(hào)召。專家學(xué)者們花費(fèi)大量的時(shí)間和精力致力于污泥的研究。因污泥本身具有成分比較復(fù)雜，地域性差異大、易受季節(jié)影響等特點(diǎn)，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(fā)現(xiàn)污泥的化學(xué)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(jī)物、細(xì)菌及病毒等其他有害物質(zhì)，經(jīng)過(guò)高溫?zé)票煌耆?；污泥中重金屬含量及浸出?wèn)題同樣困擾著研究人員，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)將污泥用于制造建材時(shí)可以有效地將其固化在建材中不會(huì)引起再次污染問(wèn)題。

3.2 污泥建材化現(xiàn)狀

3.2.1 污泥制磚

據(jù)國(guó)家發(fā)改委消息，2010年底，我國(guó)所有城市城區(qū)將禁止使用毀田耗能的實(shí)心黏土磚，我國(guó)實(shí)心黏土磚產(chǎn)量控制在4 000億塊以下。據(jù)悉，我國(guó)每年因生產(chǎn)黏土磚毀田50萬(wàn)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(guó)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(xué)成分十分相似。將污泥替代部分黏土制磚不僅可以節(jié)約黏土資源，而且實(shí)現(xiàn)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(guò)程。李淑展等[6]的研究表明當(dāng)污泥的取代率達(dá)到15%左右時(shí)制得的磚，不僅強(qiáng)度達(dá)到普通磚M20的強(qiáng)度左右、抗磨性好而且重金屬的浸出量也符合規(guī)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(guān)規(guī)范的要求。趙偉[8]將污泥的取代率達(dá)到30%時(shí)所燒制磚的性能符合國(guó)家對(duì)于普通磚的指標(biāo)要求。 Okuno Nand Takahashi S[9]研究發(fā)現(xiàn)將污泥全部取代黏土燒制的磚，無(wú)論是強(qiáng)度還是外觀都比普通的黏土磚好；燒磚時(shí)的溫度大小主要取決于P2O5的濃度的大小；通過(guò)化學(xué)的方法將污泥的吸水率控制在4%以下時(shí)，磚表面泛霜及苔蘚的問(wèn)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(duì)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(jīng)濟(jì)性好且大部分重金屬被固化在磚內(nèi)，不用擔(dān)心重金屬的浸出問(wèn)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(xì)混合，在1 450 ℃左右的高溫中煅燒而成，并將煅燒后的產(chǎn)物和石膏一起磨細(xì)按比例混合之后的混合物稱之為水泥。據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年我國(guó)的水泥年產(chǎn)量達(dá)25億t左右位居世界第一，為了給資源減負(fù)并降低污泥廢棄物處置的負(fù)擔(dān)，日本早在20世紀(jì)末就將焚燒過(guò)的污泥用于生態(tài)水泥的生產(chǎn)并已經(jīng)進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)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(diǎn)。薛凱旋等[12]試驗(yàn)得出了當(dāng)陶粒的性能最佳時(shí)各種材料的配比情況。賀君等[13]以污泥為原料燒制陶粒，當(dāng)燒制溫度在1 140 ℃時(shí)，燒制出了密度等級(jí)在900級(jí)以上，容重比普通的骨料較小的陶粒，按照不同的顆粒級(jí)配篩分之后替代輕集料混凝土中的粗細(xì)集料使用。韓露[14]通過(guò)試驗(yàn)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(yàn)。羅暉[15]將污泥用于燒制陶粒時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥的摻量在一定范圍時(shí)重金屬的固化能力比污泥制磚時(shí)重金屬的固化能力強(qiáng)，浸出量符合國(guó)家規(guī)范的要求。

4 污泥建材化中遇到的問(wèn)題及解決辦法

污泥建材化填補(bǔ)了我國(guó)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(wèn)題找到了解決辦法。當(dāng)然在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中也遇到一些令人棘手的問(wèn)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(guó)對(duì)于污泥處理與處置的技術(shù)、設(shè)備、設(shè)施都比較落后，導(dǎo)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(shí)踐中。因此，國(guó)家及相關(guān)政府部門加大投資力度，借鑒國(guó)外先進(jìn)有效的處置技術(shù)，完善相關(guān)建筑設(shè)施的規(guī)范。

其次，綜合污泥自身的特點(diǎn)(成分復(fù)雜多變、地域性強(qiáng)、易受季節(jié)等外部因素的影響)及國(guó)內(nèi)關(guān)于污泥處理與處置的規(guī)范性的文件及政策等方面較少。因此，污泥生產(chǎn)的建材的安全與否對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)還存在一定的懷疑態(tài)度。針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題，一方面政府應(yīng)該完善污泥建材化處置的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，另一方面政府應(yīng)該出面引導(dǎo)扶持相關(guān)處理廠的污泥建材化處置項(xiàng)目，從而增強(qiáng)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的信任同時(shí)企業(yè)家們也應(yīng)該按規(guī)則生產(chǎn)建材，切不可為了謀取私利而做違法之事。

最后污泥應(yīng)用于建材的制造，無(wú)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(guó)污泥增長(zhǎng)速度呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，污泥的建材化遠(yuǎn)不能達(dá)到污泥處置的目標(biāo)。因此，如何將污泥更多地用于建材中成為了眾多專家、學(xué)者們努力的工作重心[16]。

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