中小河涌淤泥穩(wěn)定化及制磚利用技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

楊健，洪欽敏，岳宇，潘池海，董永剛，陳帥，林健漢

（廣東省水電二局股份有限公司，廣州 510000）

近年來(lái)，我國(guó)水環(huán)境治理得到高度重視，各地的治水行動(dòng)也相繼大規(guī)模開展起來(lái)。河湖淤泥的治理是水環(huán)境治理中不可缺失的一環(huán)。因?yàn)閺搅髁肯鄬?duì)較小，受人類社會(huì)活動(dòng)影響較大，中小河涌淤泥往往具有污染程度較重、顆粒較細(xì)、有機(jī)質(zhì)含量較高及含水率較高等特點(diǎn)。從廣州市增城區(qū)東江北干流33 條支流淤泥取樣分析來(lái)看，其氮、磷污染較為嚴(yán)重，顆粒組成以粉粒為主，有機(jī)質(zhì)含量為9.9%—19%，含水率為70.4%—84.7%。中小河涌疏浚淤泥往往裹挾著大量生活垃圾和建筑垃圾，成分中有機(jī)物組分多且含量高，嚴(yán)重影響了淤泥建材化應(yīng)用效果。因此，許多實(shí)驗(yàn)研究得不到理想的結(jié)果。

2004 年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等四部委發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)進(jìn)一步做好禁止使用實(shí)心黏土磚工作的意見的通知》要求禁止使用黏土磚，因?yàn)槊可a(chǎn)1 億塊紅磚就要挖地毀田100 畝，并要求到2010 年年底，所有城市城區(qū)禁止使用實(shí)心黏土磚。用淤泥代替黏土制磚，可以有效減少資源、能源的消耗，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的方針政策[1]。各地也先后開展了采用淤泥制磚的相關(guān)研究[2,3]。從礦物成分的相關(guān)研究來(lái)看，河道淤泥是生產(chǎn)燒結(jié)磚的較好的黏土類原料之一[4]。淤泥除雜、陳化和固化劑摻配是以淤泥制磚過(guò)程中較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[5]。

基于河湖疏浚淤泥的特性，河湖淤泥的建材化利用應(yīng)該先將淤泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理處置。綜合目前關(guān)于河湖淤泥的穩(wěn)定化概念，比較一致的意見是：和原淤泥相比，產(chǎn)生的淤泥固化土的抗壓強(qiáng)度有所提升、土中的重金屬濃度降低、土中所含的有機(jī)質(zhì)成分比例下降等。對(duì)于本研究而言，在燒磚的工藝過(guò)程中，淤泥固化土要在1000℃高溫下煅燒，上述穩(wěn)定化指標(biāo)是不難實(shí)現(xiàn)的。

1 使用河湖淤泥燒磚技術(shù)研究的工藝設(shè)計(jì)

工藝流程：（1）對(duì)疏浚出的淤泥中的雜物進(jìn)行清理，因?yàn)楹雍倌嘀写蠖嗪猩罾?、樹枝、石頭、建筑垃圾等，必須用格柵將其清除；（2）將清除雜物后的淤泥制作成含水率95%左右的淤泥泥漿；（3）將淤泥泥漿引入泥漿池，按先加調(diào)理劑后加調(diào)質(zhì)劑的順序進(jìn)行調(diào)理調(diào)質(zhì)處理；（4）快速將調(diào)理調(diào)質(zhì)后的泥漿引入隔膜板框壓濾機(jī)上進(jìn)行脫水與固化，將其壓榨成含水率為40%的淤泥固化土；（5）將此淤泥固化土簡(jiǎn)單清洗、晾曬、過(guò)篩，然后置于磚窯內(nèi)進(jìn)行預(yù)燒；（6）將預(yù)燒過(guò)的淤泥固化土和粉煤灰、石膏、石灰、煤矸石、紅色高嶺土等按比例混勻后制作成磚坯；（7）將磚坯置于磚窯中，在880℃—1000℃下燒制成成品磚。使用河湖淤泥燒結(jié)磚的工藝流程見下圖。

2 用于燒磚的淤泥固化土的制作

2.1 實(shí)驗(yàn)用淤泥

本實(shí)驗(yàn)研究用淤泥為廣州市增城區(qū)大濱海涌的疏浚淤泥。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

格柵、泥漿池、隔膜板框壓濾機(jī)、2mm 篩、磚窯。

2.3 淤泥固化土的制作

淤泥固化土的制作步驟如下：

（1）將疏浚淤泥清理樹枝、石塊、生活垃圾后制作成泥漿。

（2）先使用河湖淤泥脫水調(diào)理劑對(duì)淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)理處理，再使用河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑對(duì)淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，然后在隔膜板框壓濾機(jī)上對(duì)調(diào)理、調(diào)質(zhì)后的泥漿進(jìn)行脫水與固化，得到含水率為40%左右的淤泥固化土。

工藝流程圖

（3）淤泥固化土的清洗與取用：清洗淤泥固化土，除去自淤泥固化土中浸出的懸浮雜質(zhì)，室溫下晾曬72h，搗碎后用2mm 篩進(jìn)行過(guò)篩；實(shí)驗(yàn)時(shí)取用2mm 以下的河湖淤泥固化土。

（4）淤泥固化土的預(yù)燒：將由步驟（2）處理得到的淤泥固化土送至磚窯內(nèi)，于400℃—600℃下進(jìn)行預(yù)燒，燒至殘留水分在7%以下時(shí)停止。

3 高摻淤泥固化土燒結(jié)磚

3.1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為經(jīng)上述穩(wěn)定化處理、清洗、晾曬、過(guò)篩、預(yù)燒過(guò)的河湖淤泥固化土，粉煤灰，石膏，石灰，煤矸石，紅色高嶺土。原材料及配比見表1。

表1 原材料配比

3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

攪拌機(jī)、送料機(jī)、磚坯真空擠出機(jī)、磚窯。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

（1）稱量各原材料，加入攪拌機(jī)中混合均勻。

（2）將攪拌好的混合料通過(guò)輸送機(jī)送入真空擠出機(jī)擠出成型，得到磚坯。

（3）將磚坯進(jìn)行自然干燥，使磚坯水分降低至9.5%—10.0%。

（4）將磚坯放入輪窯燒結(jié)，在輪窯中磚坯經(jīng)燒制4h 后升溫到400℃—600℃，再恒溫?zé)?h 升溫至880℃—1000℃，然后在自然冷卻至常溫，得到淤泥燒結(jié)磚成品。

4 結(jié)果與討論

由表2 數(shù)據(jù)可知，淤泥固化土經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理后理化性能有了重大改變，有機(jī)成分含量幾乎為0。這是因?yàn)樵?00℃—600℃高溫下，淤泥固化土中所含的有機(jī)成分，無(wú)論是微生物還是有機(jī)質(zhì)類的有機(jī)成分，都會(huì)被分解碳化。“有機(jī)成分含量幾乎為0”對(duì)于使用淤泥固化土摻混燒磚是特別重要的一個(gè)條件，也是必要的步驟。在有機(jī)成分急劇減少至幾乎不存在的情況下，含水率下降到7%左右時(shí)，淤泥固化土抗壓強(qiáng)度會(huì)大幅提升。

表2 河湖淤泥經(jīng)穩(wěn)定化處理前后的理化數(shù)據(jù)變化

表3 PF4#組（淤泥固化土摻量15%）燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度

表4 PF3#組（淤泥固化土摻量20%）燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度

表5 PF2#組（淤泥固化土摻量25%）燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度

表6 PF1#組（淤泥固化土摻量30%）燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度

很多人此前對(duì)于摻混淤泥固化土燒磚持懷疑態(tài)度，因?yàn)楹雍倌嗟某煞謴?fù)雜，含有大量有機(jī)質(zhì)，用于燒磚的成功范例較少。如果在燒制成品磚之前沒有將有機(jī)質(zhì)成分有效去除，成品磚的抗壓強(qiáng)度就很難達(dá)到國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但從表3—6 的數(shù)據(jù)不難看出，采用對(duì)固化土預(yù)處理的方式，并結(jié)合預(yù)燒工藝，可解決高有機(jī)質(zhì)固化土用于制磚的難題。通過(guò)這些數(shù)據(jù)可知本實(shí)驗(yàn)研究的摻混河湖淤泥燒磚的方法是可行的。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）河湖淤泥摻混燒磚應(yīng)用需要先將其穩(wěn)定化，而河湖淤泥摻混燒磚的穩(wěn)定化主要是削減其有機(jī)成分的含量，因?yàn)樵诖u的燒結(jié)過(guò)程中，有機(jī)成分的碳化會(huì)留下微孔隙，從而嚴(yán)重影響成品磚的強(qiáng)度，使其達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）在河湖淤泥摻混燒磚之前，將淤泥置于400℃—600℃高溫下預(yù)燒以除去淤泥中絕大部分有機(jī)成分是淤泥穩(wěn)定化的有效方法。在去除有機(jī)質(zhì)的同時(shí)能夠增加成品磚的密實(shí)度，提高成品磚的抗壓抗折強(qiáng)度，該方法明顯優(yōu)于其他穩(wěn)定淤泥的物理化學(xué)方法。

（3）經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處置后的河湖淤泥固化土的摻混量可以達(dá)到30%，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)預(yù)燒穩(wěn)定化處置后的河湖淤泥固化土在用于燒結(jié)磚方面的物理性能已經(jīng)很接近紅色高嶺土了。

（4）本實(shí)驗(yàn)研究成果為河湖淤泥的建材化應(yīng)用提供了很有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為河湖淤泥處理處置后的資源化利用找到了一條可行的途徑。