杭州余杭區污水廠污泥制磚利用分析研究

章維維 林 敏 郁志杰 劉 銳

（1 杭州嘉澍環境監測有限公司 浙江杭州 311100 2 杭州余杭水務控股集團有限公司 浙江杭州 311100）

引言

近年來，城鎮化快速發展，需處理的污水規模不斷增大，隨之而來的是二次產物污泥產量大大增加，每年城鎮污泥產生量達幾千萬噸，如果得不到科學合理的處置，將對污水處理廠經濟及環境效益帶來極大的不利影響。污泥利用率低是一直以來存在的問題，以無害化、資源化、減量化為原則，以堅持高效、科學為目的，根據不同地區的發展現狀及污泥特點不斷進行技術創新，建立健全污泥處置技術及方法勢在必行。基于此，政府先后頒布了一系列關于污泥處理處置的政策法規。2011 年頒布的《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）》[1]指出：污泥處理處置方案的選擇，應將土地利用作為優先考慮對象，其次考慮焚燒或建材利用的處置方式，最后考慮衛生填埋的處置方式。因此，選擇合適的污泥處置方案，是實現污泥處置可持續發展的必然條件。

城鎮污泥處置的研究，國外己經有相對豐碩的理論研究成果，但城鎮污泥處置必須與城鎮有序發展步調相一致，從而需要選擇更具科學性和可操作性的處置方案。杭州余杭區共有6 家污水處理廠，分別為余杭、良渚、崇賢、塘棲、開發區和臨平凈水廠。污泥的建材化利用主要有制磚、制水泥、制陶粒三種。本文就杭州余杭區污水廠污泥制磚利用，進行可行性分析，并進行污泥燒結磚小試研究，為后續污泥建材化利用提供有力支撐。

1 污泥制磚

污泥制磚是指將污泥經過一定處理篩選后，與其他原料或是外加劑混合（如黏土、頁巖、煤矸石、粉煤灰），加壓成型，焙燒后制得污泥磚[2]。污泥制磚有兩種方法，一種是用干化的污泥直接用來制磚，另一種方法是利用污泥焚燒灰制磚。各種制磚生產工藝基本相同，原料配制-制坯-干燥-焙燒-成品[3]。

干化污泥制磚，是在自然環境下或經人工將污泥曬干或烘干，磨細后加入其余制磚原料，加壓成型后進行烘焙成磚。其中，由于污泥含量會影響磚的力學特性，要將其含量控制在10-20%。污泥焚燒灰化學成分與制磚粘土相似，在焚燒中需要加強壓力，以保證磚的綜合性能。

2 污泥制磚可行性分析

依據《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T 25031-2010）[4]中有關規定，就污泥理化、燒失量、放射性核素、污染物含量、衛生學標準、干化氣體成分等指標進行檢測分析。

2.1 理化指標（pH值、含水率）

經過檢測，6 家污水廠污泥的pH 值基本為中性或弱堿性，范圍在7～9 之間，對照（GB/T 25031-2010）中規定，本批次的污泥均符合要求。所有污泥的含水率極高，范圍在70%～80%之間，均遠超過規定中40%的上限值，因此在用于制磚利用時，需要經過脫水與適當干燥方可使用，同時經過處理后也方便污泥進行運輸。

2.2 燒失量

污泥燒失量是指污泥加熱分解的氣態產物（如H2O、CO2等）和有機質的含量。根據規定中的標準要求，污泥用于制磚時，污泥燒失量需要≤50%方可使用。

根據我們對污泥干燥基的元素分析結果來看，污泥的灰分含量不盡相同。若灰分含量高于50%則表示，在干污泥經過灼燒后的質量超過干污泥原質量的50%，同樣能夠表示污泥燒失量低于50%的標準值。從結果來看，余杭和崇賢兩家污水廠的污泥灰分均低于50%，不符合標準，而其余四家均符合標準，達標率達到了100%，能夠用作制磚。（見圖1）

圖1 污泥干基元素組成

2.3 放射性核素

放射性核素是指不穩定的原子核，能自發地放出射線（如α射線、β 射線等），通過衰變形成穩定的核素。在（GB/T 25031-2010）中規定，污泥的內外放射性核素均必須低于1.0 時才能夠利用于制磚。經過對所有污泥的放射性檢測，內照射指數IRa 均為0，外照射指數Ir均為0。我們可以得出結論，污泥的放射性核素均達到要求，且達標率100%，能夠滿足制磚用要求。

2.4 污染物含量

污泥中含有多種重金屬離子及有毒有害的有機物，容易因滲濾或揮發對水體及大氣環境造成二次污染。污泥含有Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu 等重金屬元素，污泥制磚時若重金屬含量過高也會影響使用。因此，選用重金屬含量低的污泥是關鍵。

圖表中為6 家污水廠污泥樣品的重金屬含量以及礦物油、揮發酚、總氰化物等的檢測結果。可以看出，污泥中的各種污染物含量不盡相同，但總體上均達到了標準。（見圖2）

圖2 污泥污染物含量分析結果

2.5 衛生學指標

污泥中含有大量細菌、寄生蟲及病毒，容易造成傳染病傳播。從檢測結果來看，所有污泥的糞大腸菌群數范圍在1.7×103～2.1×103個/g 之間，能夠達到泥質標準，同時蠕蟲卵死亡率達到了100%，為使用的安全性提供了很好的保障。

2.6 干化氣體成分分析

經過檢測，污泥在干化過程中所排放的氣體污染物均滿足標準。污泥在制磚過程中所排放的氣體污染物需要經過實際制磚效果監測，但依據污泥干化氣體的結果分析，若其余的混合材料等均能夠滿足國標要求，總的污染物排放必定能夠滿足大氣污染物排放指標且基本能夠達到一級標準。（見表1）

表1 污泥干化氣體成分分析結果

3 污泥燒結磚小試研究

依據《燒結普通磚》（GB/T 5101-2017）[5]中有關規定，本文分析不同燒制過程對污泥磚燒結效果的影響。為了分析污泥含水率對燒結工藝的影響，對部分污泥進行了壓濾預處理（1#），與原污泥（2#）作對照。同時為了便于比較，污泥干基摻比統一設為10%。（見表2）

表2 污泥燒結磚分析結果比對

可見，1 號和2 號，磚塊燒制成型效果較好，抗壓強度均大于10MPa。比較發現，低溫段的駐留時間是造成磚塊抗壓強度差異的主要因素。而其中1 號與2 號相比，在200-300℃駐留時間更長，強度也更高，這說明磚塊強度主要受200-300℃作用的影響。

結語

（1）通過對污泥各元素進行檢測分析可知，除余杭和崇賢兩家污水廠污泥燒失量不達標準外，其余指標均基本符合（GB/T 25031-2010）中規定，但污泥含水率均超標，這表明杭州余杭區6家污水廠污泥需經過脫水處理后可用于污泥制磚利用。

（2）通過對污泥燒結磚小試研究可知，基于污泥干基摻比為10%而言，低溫段的駐留時間是造成磚塊抗壓強度差異的主要因素，且磚塊強度主要受200-300℃作用的影響，這為后期污泥制磚提供了有力支撐。

（3）污水廠污泥制磚利用有效地減少了能源消耗的問題，解決了占用耕田資源的問題，有利于促進經濟發展的良性循環。同時也有效地減少了環境的污染，實現生態可持續發展。具有良好的經濟效益、社會效益及環境效益。