杭州余杭区污水厂污泥制砖利用分析研究

章维维 林 敏 郁志杰 刘 锐

（1 杭州嘉澍环境监测有限公司 浙江杭州 311100 2 杭州余杭水务控股集团有限公司 浙江杭州 311100）

引言

近年来，城镇化快速发展，需处理的污水规模不断增大，随之而来的是二次产物污泥产量大大增加，每年城镇污泥产生量达几千万吨，如果得不到科学合理的处置，将对污水处理厂经济及环境效益带来极大的不利影响。污泥利用率低是一直以来存在的问题，以无害化、资源化、减量化为原则，以坚持高效、科学为目的，根据不同地区的发展现状及污泥特点不断进行技术创新，建立健全污泥处置技术及方法势在必行。基于此，政府先后颁布了一系列关于污泥处理处置的政策法规。2011 年颁布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》[1]指出：污泥处理处置方案的选择，应将土地利用作为优先考虑对象，其次考虑焚烧或建材利用的处置方式，最后考虑卫生填埋的处置方式。因此，选择合适的污泥处置方案，是实现污泥处置可持续发展的必然条件。

城镇污泥处置的研究，国外己经有相对丰硕的理论研究成果，但城镇污泥处置必须与城镇有序发展步调相一致，从而需要选择更具科学性和可操作性的处置方案。杭州余杭区共有6 家污水处理厂，分别为余杭、良渚、崇贤、塘栖、开发区和临平净水厂。污泥的建材化利用主要有制砖、制水泥、制陶粒三种。本文就杭州余杭区污水厂污泥制砖利用，进行可行性分析，并进行污泥烧结砖小试研究，为后续污泥建材化利用提供有力支撑。

1 污泥制砖

污泥制砖是指将污泥经过一定处理筛选后，与其他原料或是外加剂混合（如黏土、页岩、煤矸石、粉煤灰），加压成型，焙烧后制得污泥砖[2]。污泥制砖有两种方法，一种是用干化的污泥直接用来制砖，另一种方法是利用污泥焚烧灰制砖。各种制砖生产工艺基本相同，原料配制-制坯-干燥-焙烧-成品[3]。

干化污泥制砖，是在自然环境下或经人工将污泥晒干或烘干，磨细后加入其余制砖原料，加压成型后进行烘焙成砖。其中，由于污泥含量会影响砖的力学特性，要将其含量控制在10-20%。污泥焚烧灰化学成分与制砖粘土相似，在焚烧中需要加强压力，以保证砖的综合性能。

2 污泥制砖可行性分析

依据《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T 25031-2010）[4]中有关规定，就污泥理化、烧失量、放射性核素、污染物含量、卫生学标准、干化气体成分等指标进行检测分析。

2.1 理化指标（pH值、含水率）

经过检测，6 家污水厂污泥的pH 值基本为中性或弱碱性，范围在7～9 之间，对照（GB/T 25031-2010）中规定，本批次的污泥均符合要求。所有污泥的含水率极高，范围在70%～80%之间，均远超过规定中40%的上限值，因此在用于制砖利用时，需要经过脱水与适当干燥方可使用，同时经过处理后也方便污泥进行运输。

2.2 烧失量

污泥烧失量是指污泥加热分解的气态产物（如H2O、CO2等）和有机质的含量。根据规定中的标准要求，污泥用于制砖时，污泥烧失量需要≤50%方可使用。

根据我们对污泥干燥基的元素分析结果来看，污泥的灰分含量不尽相同。若灰分含量高于50%则表示，在干污泥经过灼烧后的质量超过干污泥原质量的50%，同样能够表示污泥烧失量低于50%的标准值。从结果来看，余杭和崇贤两家污水厂的污泥灰分均低于50%，不符合标准，而其余四家均符合标准，达标率达到了100%，能够用作制砖。（见图1）

图1 污泥干基元素组成

2.3 放射性核素

放射性核素是指不稳定的原子核，能自发地放出射线（如α射线、β 射线等），通过衰变形成稳定的核素。在（GB/T 25031-2010）中规定，污泥的内外放射性核素均必须低于1.0 时才能够利用于制砖。经过对所有污泥的放射性检测，内照射指数IRa 均为0，外照射指数Ir均为0。我们可以得出结论，污泥的放射性核素均达到要求，且达标率100%，能够满足制砖用要求。

2.4 污染物含量

污泥中含有多种重金属离子及有毒有害的有机物，容易因渗滤或挥发对水体及大气环境造成二次污染。污泥含有Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu 等重金属元素，污泥制砖时若重金属含量过高也会影响使用。因此，选用重金属含量低的污泥是关键。

图表中为6 家污水厂污泥样品的重金属含量以及矿物油、挥发酚、总氰化物等的检测结果。可以看出，污泥中的各种污染物含量不尽相同，但总体上均达到了标准。（见图2）

图2 污泥污染物含量分析结果

2.5 卫生学指标

污泥中含有大量细菌、寄生虫及病毒，容易造成传染病传播。从检测结果来看，所有污泥的粪大肠菌群数范围在1.7×103～2.1×103个/g 之间，能够达到泥质标准，同时蠕虫卵死亡率达到了100%，为使用的安全性提供了很好的保障。

2.6 干化气体成分分析

经过检测，污泥在干化过程中所排放的气体污染物均满足标准。污泥在制砖过程中所排放的气体污染物需要经过实际制砖效果监测，但依据污泥干化气体的结果分析，若其余的混合材料等均能够满足国标要求，总的污染物排放必定能够满足大气污染物排放指标且基本能够达到一级标准。（见表1）

表1 污泥干化气体成分分析结果

3 污泥烧结砖小试研究

依据《烧结普通砖》（GB/T 5101-2017）[5]中有关规定，本文分析不同烧制过程对污泥砖烧结效果的影响。为了分析污泥含水率对烧结工艺的影响，对部分污泥进行了压滤预处理（1#），与原污泥（2#）作对照。同时为了便于比较，污泥干基掺比统一设为10%。（见表2）

表2 污泥烧结砖分析结果比对

可见，1 号和2 号，砖块烧制成型效果较好，抗压强度均大于10MPa。比较发现，低温段的驻留时间是造成砖块抗压强度差异的主要因素。而其中1 号与2 号相比，在200-300℃驻留时间更长，强度也更高，这说明砖块强度主要受200-300℃作用的影响。

结语

（1）通过对污泥各元素进行检测分析可知，除余杭和崇贤两家污水厂污泥烧失量不达标准外，其余指标均基本符合（GB/T 25031-2010）中规定，但污泥含水率均超标，这表明杭州余杭区6家污水厂污泥需经过脱水处理后可用于污泥制砖利用。

（2）通过对污泥烧结砖小试研究可知，基于污泥干基掺比为10%而言，低温段的驻留时间是造成砖块抗压强度差异的主要因素，且砖块强度主要受200-300℃作用的影响，这为后期污泥制砖提供了有力支撑。

（3）污水厂污泥制砖利用有效地减少了能源消耗的问题，解决了占用耕田资源的问题，有利于促进经济发展的良性循环。同时也有效地减少了环境的污染，实现生态可持续发展。具有良好的经济效益、社会效益及环境效益。