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污泥無害化處理生產(chǎn)燒結(jié)磚技術(shù)

發(fā)布時間：2019/10/30 9:45:33     瀏覽次數(shù)：1053

1、前言
   燒結(jié)磚瓦企業(yè)具有處置污泥量大、處置效果好、產(chǎn)品性能優(yōu)異的優(yōu)勢，因此備受有關(guān)部門的密切關(guān)注，同時污泥的資源化利用一直是磚瓦行業(yè)不斷探討和實踐的課題。東莞市把燒結(jié)磚廠納入城市生態(tài)文明圈進(jìn)行管理，引導(dǎo)和鼓勵燒結(jié)磚廠向固廢資源化利用方向轉(zhuǎn)型升級，為城市生態(tài)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。
通過對污泥無害化加工處理以后，污泥就可以作為原料被燒結(jié)磚廠加以利用，用于生產(chǎn)市場需要的燒結(jié)墻體材料，甚至生產(chǎn)清水磚等高檔材料。探討污泥在燒結(jié)磚行業(yè)的資源化利用，積極參與城市生態(tài)文明圈的建設(shè)，不僅是城市固體廢棄物綜合利用的好途徑，也是燒結(jié)磚廠轉(zhuǎn)型升級的好出路。

2、污泥的性質(zhì)
2.1、分類
   污泥主是城市污水處理和工業(yè)廢水處理產(chǎn)生的固體廢物，所以分為城市污泥和工業(yè)污泥兩大類。前者是我們燒結(jié)磚行業(yè)主要資源化利用的對象，也是本文討論的主要內(nèi)容，而后者則需要具體對待，有毒污泥和頒發(fā)有處置資質(zhì)才能處置的污泥不在我們討論的范圍。
   城市污泥是污水處理廠凈化污水以后產(chǎn)生的固體廢物，是沉淀污泥和生物處理污泥的混合物，水分高達(dá)80%左右。污泥里面含有病原體、重金屬、微生物等有害物質(zhì)，要將污泥中的水分脫去是一件非常困難的事情。城市污泥最大的特點是以有機(jī)物為主要成分組成的污泥，容易腐化發(fā)臭，顆粒較細(xì)，密度較小，含水率高且不易脫水。這種污泥是呈膠狀結(jié)構(gòu)的親水性物質(zhì)，可以使用管道、罐車等方式輸送。目前，污水處理廠通常用板框式壓濾機(jī)，把污泥脫水至含水率50%~60%才運(yùn)輸?shù)较掠稳プ鲞M(jìn)一步處置和利用。
2.2、污泥的性質(zhì)
   含水率高和有機(jī)物多是污泥的兩大特性，污泥總是臭烘烘的就是這個原因，污水處理廠在廢水處理過程中會將許多有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到污泥中，給后續(xù)的資源化利用帶來困難。污泥呈膠狀結(jié)構(gòu)，形成極其復(fù)雜的非均質(zhì)體（如圖1所示），要把污泥中的水分脫去是一件比較困難的事情。
 
   我們磚瓦行業(yè)很多人對污泥的特性不甚了解，于是產(chǎn)生兩種截然不同的意見，一種是簡單地以為把污泥與其他制磚材料一起摻兌即可，其實不然，污泥過高的含水率和復(fù)雜的成分，不僅限制了污泥在磚瓦行業(yè)的利用，而且還帶來處理技術(shù)上的許多困難，用傳統(tǒng)的方法只能摻兌10%左右的污泥，利用率極低，并且還會造成比較嚴(yán)重的二次污染問題。另一種意見是談污泥色變，認(rèn)為污泥在燒結(jié)磚廠根本無法利用，生產(chǎn)過程中即污染磚廠，又污染環(huán)境，而且生產(chǎn)不出合格的產(chǎn)品。兩種意見截然不同、針鋒相對。
   其實，只要針對污泥的特性采取科學(xué)的無害化措施，按照清潔生產(chǎn)的藥物，運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和裝備，是能夠生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的。
表1給出的是東莞市部分污水處理廠產(chǎn)出的污泥化驗報告。
 
從這份化驗報告可以看出，污泥里面富含有機(jī)物、氮、磷和各種重金屬，這些東西如果不加處理就直接利用，是萬萬不可以的，因為在利用污泥的同時，磚廠自身和環(huán)境都處于被二次污染的環(huán)境中。

3、無害化處理
   實踐證明，對污泥進(jìn)行無害化處理，是燒結(jié)磚廠利用污泥生產(chǎn)燒結(jié)磚的先決條件，無害化處理可以在燒結(jié)磚廠里進(jìn)行，也可以由專業(yè)的處理公司進(jìn)行。前者是把污泥的無害化處理工藝與技術(shù)融匯在燒結(jié)磚的生產(chǎn)工藝流程之中，生產(chǎn)的全過程包含了污泥的無害化處理；而后者是專業(yè)公司對污泥進(jìn)行無害化處理后，再把經(jīng)過無害化處置的污泥交給燒結(jié)磚廠生產(chǎn)燒結(jié)磚。
   污泥無害化處置的技術(shù)發(fā)展很快，百度一下可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)容繁多，每年還有各種關(guān)于污泥處置的高端論壇在進(jìn)行交流，看似紅紅火火，但真正適合燒結(jié)磚廠作為原料的并不很多。歸納起來，污泥無害化處理有這些內(nèi)容：堆肥、干化、燃料化、厭氧消化（制沼氣）、碳化、除臭、微生物處理、濕式氧化、黏結(jié)劑、陶粒、活性炭等，哪一種適合磚廠利用于燒結(jié)磚？需要認(rèn)真加以研究與對待。
   對燒結(jié)磚廠而言，污泥無害化處置技術(shù)需要解決好以下幾個問題：
3.1、污泥除臭
   如前所述，污泥富含有機(jī)物極易發(fā)酵、腐敗而發(fā)臭，而且在干燥過程中也會散發(fā)出難聞的氣味，甚至排放出具有腐蝕性的硫化氫氣體，對人體健康帶來不利的影響。除去臭味不僅是生產(chǎn)過程的需要，也是環(huán)境保護(hù)的需要。
3.2、消除生物質(zhì)
   污泥中的有機(jī)物成分非常復(fù)雜,除含碳的化合物（比如CO,CO2）富含其他幾種元素（如H、N、S）等，還富含CO2、H2O、NO2、SO2等燃燒產(chǎn)物。實質(zhì)上消除生物質(zhì)就是滅活生物質(zhì)，將污泥中的生物質(zhì)殺滅，使污泥不再具有“活性”，從而斷絕產(chǎn)生臭氣和腐蝕性氣體的根源。
   在燒結(jié)磚廠中，滅活有機(jī)物有兩種辦法，一種是在對污泥干燥脫水過程中進(jìn)行，高溫氣體（大于100℃）在脫水的同時，也將有機(jī)物一并殺滅，達(dá)到“滅活”的目的。另一種是通過噴灑生物除臭劑來完成的，上海興忒利科技有限公司就是采用這種辦法，這種方法簡便易行，很受歡迎，但缺點是污泥中的水分依然存在，使混合料的含水率居高不下，磚坯因含水率較高而強(qiáng)度有限。

4、污泥干燥
   眾所周知，污泥具有非常高的含水率，基本上達(dá)到80%這樣超高的含水率，不僅含水率高，而且脫水還相當(dāng)困難。過去有的磚廠直接拿這種污泥摻到原料里使用，能摻進(jìn)去10%就算不錯的業(yè)績了，因此，對污泥進(jìn)行脫水干燥是提高摻配比例的先決條件之一?，F(xiàn)在大多數(shù)污水處理廠在向下游提供污泥時，通常采用板框式壓濾機(jī)將污泥脫水至含水率50%~60%的板塊狀態(tài)（如圖2所示），再降低污泥的含水率，板框式壓濾機(jī)已經(jīng)無能為力了。要想提高污泥的摻量，這個含水率還是太高了，必須對其再一次脫水（干燥）處理。因為高達(dá)50%~60%含水率的污泥摻兌到原料中，摻得越多留下的空隙越多，磚坯收縮越大，質(zhì)量很難得到保證。不僅如此，大量的水分在干燥與焙燒過程中，攜帶著污泥中的有害成分排放到車間和磚廠的周圍，造成比較嚴(yán)重的二次污染。
 
   需要指出的是，對污泥干燥脫水是一件比較困難的事情，這是污泥在產(chǎn)生過程中先天決定的，我們無法改變這一事實。因此有人夢想采用自然干燥的辦法除去污泥中的水分，幾乎是不可實現(xiàn)的。但我們可以采取一些手段除去污泥中的部分水分，使污泥的含水率控制在生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品質(zhì)量都能兼顧的范圍內(nèi)，即簡化了生產(chǎn)過程，又保證了產(chǎn)品質(zhì)量。
   目前比較適合磚瓦廠烘干污泥的方法主要有攤鋪烘干法和圓盤式污泥烘干法兩種，其他烘干方法雖然各有千秋，但太高的烘干成本讓磚瓦行業(yè)比較難以接受。
攤鋪烘干法最初是用于淤泥烘干的，其原理是利用傳輸裝置（透氣的篦子或者鋼絲網(wǎng)）將污泥反復(fù)傳輸，增加污泥與熱空氣的接觸時間和接觸面積，從而實現(xiàn)提高干燥效率的目的。因此有單層攤鋪干燥機(jī)和多層攤鋪干燥機(jī)之分（如圖3所示）。不過這種在干燥淤泥還尚且過得去的裝置，用于干燥污泥時卻難以盡人意。

   于是人們想到了利用太陽能來幫助干燥的辦法，增設(shè)了大面積的“塑料大棚”，擴(kuò)大攤鋪的面積，確實起到了一定的效果，可是帶來了占地面積過大和冬季不能正常生產(chǎn)的問題。值得提到的是，山東省镥宏窯爐公司在總結(jié)提高的基礎(chǔ)上，與隧道窯的余熱結(jié)合，開發(fā)出一種安裝在隧道窯冷卻帶上的攤鋪干燥機(jī)，即利用了隧道窯的余熱，又解決了占地面積過大的問題，很好地解決了上述難題。
   污泥圓盤式干燥機(jī)與其他干燥設(shè)備相比，傳熱面積大，具有攪拌功能，并且干燥效果好等優(yōu)點，是一種新開發(fā)的污泥干燥設(shè)備，正在受到污泥處置行業(yè)的青睞。它是由固定的外殼（定子）、轉(zhuǎn)盤（轉(zhuǎn)子）和驅(qū)動裝置組成，“轉(zhuǎn)盤”的稱呼由此而來的，從結(jié)構(gòu)上看很像我們磚廠常見的螺旋攪拌機(jī)（如圖4所示）。

 
   轉(zhuǎn)盤是由中空軸串聯(lián)起來的裝置，所有的轉(zhuǎn)盤焊接在這個中空軸上。而中心軸的內(nèi)腔與所有轉(zhuǎn)盤內(nèi)腔相連通，熱介質(zhì)在這些空腔內(nèi)流動，從而在推進(jìn)污泥的同時對污泥進(jìn)行加熱，從而達(dá)到促使污泥干燥脫水的目的，所以圓盤干燥機(jī)有點像螺旋攪拌機(jī)，上海興忒利公司就是采用這種方式干燥污泥。
   圓盤干燥機(jī)的熱介質(zhì)是與污泥不接觸的，干燥設(shè)備完全密閉，臭氣產(chǎn)生量少，工作環(huán)境好，所以廢氣體的處理比較簡單，對污泥的干燥效果處于可調(diào)的狀態(tài)。設(shè)備占地面積小，自動化程度高，因此比較受到燒結(jié)磚廠的歡迎。

5、潔凈生產(chǎn)
   潔凈生產(chǎn)的定義是指既可滿足人們的需要，又可合理使用自然資源和能源，并保護(hù)環(huán)境的生產(chǎn)方法和措施。在生產(chǎn)過程中將廢物減量化、資源化和無害化是潔凈化的核心。從本質(zhì)上來說，就是對生產(chǎn)過程與產(chǎn)品采取整體預(yù)防的環(huán)境策略，減少或者消除它們對人類及環(huán)境的可能危害，同時充分滿足人類需要，使社會經(jīng)濟(jì)效益最大化的一種生產(chǎn)模式。我們在把污泥作為資源加以利用的同時，一定要把污泥的無害化處置與生產(chǎn)過程的環(huán)保處理結(jié)合起來，不然會得不償失，失去利用污泥的意義。
   燒結(jié)磚瓦廠在利用污泥的過程中，潔凈生產(chǎn)的措施主要有：①采用先進(jìn)的工藝技術(shù)與設(shè)備；②選擇合理的設(shè)備；③保持全過程沒有廢氣逸出；④完善的環(huán)保處理設(shè)施；⑤滿足廢氣、廢水、廢渣全部達(dá)標(biāo)排放的嚴(yán)格要求。只有這樣從源頭削減污染，確保生產(chǎn)過程中不再產(chǎn)生和排放污染物。東莞永安空心磚廠采取的“煙氣循環(huán)”、“廢氣回?zé)焙汀柏?fù)壓處置”等技術(shù)，都是潔凈化生產(chǎn)的好方法。而上海興忒利公司則采取綜合處置的“ASDUS”方法，其中就包含了干化焚燒、生物降解、生物除臭等先進(jìn)技術(shù)和專利，取得了不錯的效果。

6、碳化污泥的運(yùn)用
   將污泥中的有機(jī)物細(xì)胞采用高溫裂解或低溫裂解的方法，使其“強(qiáng)制”脫出污泥中水分，保留污泥中大量碳含量的過程叫作污泥碳化。之前我們說的“污泥干化”與此有些不同，碳化是把污泥中的生物細(xì)胞破解，促使污泥中固體物質(zhì)和水分分離，從而得到不含水分的碳化污泥。脫水后的污泥碳化物含水量極小（小于2%），有較高的發(fā)熱值，孔隙率大，松散，黑色，與煤炭外觀極為相似（如圖5所示）。

 
    由此可見，碳化污泥既可以作為燒結(jié)磚的燃料，又可以作為燒結(jié)磚的原料使用，實驗室的條件下，碳化污泥與頁巖按照3：7的比例摻配，就能生產(chǎn)出質(zhì)量品質(zhì)很好的燒結(jié)磚樣品，結(jié)果令人滿意。
由于碳化污泥在生產(chǎn)過程中采用了嚴(yán)格的環(huán)保處理措施，拿到磚瓦廠利用時已經(jīng)不再是“滿身污染物”的固體廢棄物，而是改頭換面真正的有用資源，大大簡化了磚瓦廠后續(xù)的生產(chǎn)工藝過程。不過，我們對碳化污泥的了解還很膚淺，還有許多工作需要認(rèn)真地去完成，但可以肯定地講，碳化污泥在磚瓦廠的應(yīng)用是今后重點發(fā)展的方向。

7、生產(chǎn)工藝的選擇
   由于污泥不能單獨作為原料用于生產(chǎn)燒結(jié)磚，而只能夠與其他原料如頁巖、建筑垃圾、煤矸石、黏土等摻兌在一起混合成能夠生產(chǎn)燒結(jié)磚的新原料。因此原料的處理尤為重要，對輥機(jī)、輪碾機(jī)、圓盤篩式捏合機(jī)和陳化庫都是非常必要的技術(shù)裝備。
   我們在做污泥制磚的工業(yè)性試驗時發(fā)現(xiàn)兩個規(guī)律，一是污泥含水率越高，摻入量越少，因為污泥摻得越多，泥條的成型水分越高，坯體強(qiáng)度下降。二是污泥摻得越多，磚坯收縮越大，因為污泥富含有機(jī)物，燒失量非常大。了解這些規(guī)律，再結(jié)合自身采取的技術(shù)路線，才能夠正確選擇合適的生產(chǎn)工藝。
   一次碼燒生產(chǎn)工藝是當(dāng)前磚瓦行業(yè)最常見的生產(chǎn)方法，由于生產(chǎn)流程簡單而受到推崇，但是拿一次碼燒來解決污泥生產(chǎn)燒結(jié)磚的問題，顯得非常勉為其難。原因就是很高的成型水分和強(qiáng)度很低的磚坯，不適應(yīng)一次碼燒生產(chǎn)工藝方法。由于污泥具有很高的含水率，對其烘干處理又是比較困難的，選擇二次碼燒生產(chǎn)工藝才是正確的做法。由于大多數(shù)磚瓦企業(yè)不熟悉二次碼燒的核心技術(shù)，對二次碼燒生產(chǎn)工藝存在很多誤區(qū)，所以往往忌諱談二次碼燒生產(chǎn)工藝。其實經(jīng)過很多年的發(fā)展，二次碼燒生產(chǎn)工藝已經(jīng)得到長足的發(fā)展，二次碼燒生產(chǎn)工藝技術(shù)不僅是空心磚和高檔產(chǎn)品的專屬，也是利用污泥生產(chǎn)燒結(jié)磚的首選生產(chǎn)工藝。

8、干燥與焙燒
   磚坯干燥是整個工藝環(huán)節(jié)中最重要的部分，目前“漢斯型”室式干燥室和“內(nèi)循環(huán)”隧道式干燥室兩種干燥設(shè)施都是不錯的選擇，這兩種干燥室都是采取單層干燥段方式干燥磚坯（如圖6所示），特別適合克服污泥制磚帶來的含水率高和磚坯強(qiáng)度低的問題。切碼運(yùn)系統(tǒng)是干燥過程相配套的關(guān)鍵技術(shù)，例如與干燥室配合的自動化上下架系統(tǒng)等，本文不再贅述，將另辟文章單獨探討。

    由雙級真空擠出機(jī)擠出的泥條經(jīng)數(shù)控切割成制品規(guī)格的坯體，然后由濕坯編組機(jī)對濕坯進(jìn)行編組，再送入托盤轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)輸送到上架機(jī)，指狀叉車從上架機(jī)上將全部托盤取出，轉(zhuǎn)運(yùn)輸送進(jìn)大型室式干燥室里進(jìn)行干燥，這個過程可以實現(xiàn)自動作業(yè)。干燥完成的磚坯由機(jī)器人按要求把磚坯碼到窯車上，再進(jìn)入隧道窯中進(jìn)行焙燒（如圖7所示）。

    燒制摻兌了污泥的磚坯，比燒制傳統(tǒng)燒結(jié)磚難度大很多，不僅要求升溫緩慢，而且還要增加淤泥干燥廢氣回?zé)夹g(shù)，裝配式隧道窯很好地解決了以上難題，這種隧道窯采用了“煙熱分離”“煙熱回?zé)焙汀皬U氣回?zé)钡榷囗椥录夹g(shù)。西安力元窯爐科技公司提出在隧道窯前設(shè)置“余熱靜停室”的方案是最好的“煙熱分離”措施，提高了隧道窯的工作效率。

9、工藝流程
   根據(jù)利用污泥生產(chǎn)燒結(jié)磚的特殊情況，我們制定的生產(chǎn)工藝流程見圖8。
 

10、結(jié)束語
   利用污泥生產(chǎn)燒結(jié)磚在我們行業(yè)至少已有20多年的歷史，可是發(fā)展卻非常緩慢，與現(xiàn)在相比，我們過去對污泥的認(rèn)識相當(dāng)粗淺，甚至有很多的誤區(qū)。現(xiàn)在，我們雖然對污泥的資源化利用有了比較清晰的認(rèn)識，但是要實現(xiàn)污泥的資源化利用，還有很多的工作要做。一方面我們不能過于樂觀，把污泥資源化利用看得那么簡單；另一方面我們要高度重視這項工作的難度，不斷努力創(chuàng)新工作。
   我們還有一個認(rèn)識就是“專業(yè)的事情交給專業(yè)的人來辦”，污泥處置過程中要涉及環(huán)境保護(hù)、生物工程、設(shè)備研發(fā)等方面的領(lǐng)域，單打獨斗是辦不好這件事情的，與相關(guān)的專業(yè)處置公司、裝備制造企業(yè)和科研設(shè)計單位聯(lián)合，一起來攻克污泥利用的道道難關(guān)，實現(xiàn)磚瓦企業(yè)成為城市生態(tài)文明建設(shè)中重要的組成部分的目標(biāo)。