烧结污泥渣土砖质量控制研究

作者:未知

  摘 要:城市污水处理厂污泥的绿色化、工业化可持续利用是困扰社会发展的一大难题。本文结合当地原材料和生产工艺,从污泥应用于烧结渣土砖的配比探索研究,总结分析并解决应用中存在的工艺质量问题,在追求污泥掺入量最大化的前提下,通过强化过程质量控制,实现合格产品生产,为污泥变废为宝提供了解决方案。
  关键词:污泥;掺入量;烧结砖;结构空洞;强度;泛霜;质量控制
  中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)08-0028-02
  0 引言
  城市污泥是污水处理过程中产生的废物,随着城市规模的扩大,城市污泥的处理也成为社会关注的焦点,各级政府也越来越重视污泥的处理。大量的污泥给生态环境带来了巨大的压力,污泥危害主要有几种:(1)有机物的污染,其特点的不易降解,进入土壤和水体后造成环境污染。(2)病原微生物的污染,这些微生物易通过食物链对人体和畜生带来危害。(3)重金属污染,将直接危害人体健康,导致环境质量恶化。
  据了解,目前污泥资源化利用方式主要有:农用、热能利用、制取活性炭等。但这些利用方式往往存在利用率低,利用成本高等弊端,所以一般采用送往有资质的企业进行焚烧处理,但处理费用较高,难度大。鉴于此,烧结污泥渣土砖将会是经济成本较低,环境效益较高的一种处理方式。但是烧结污泥砖的生产中,污泥的用量又会对烧结砖的半成品和最终产品质量带来影响。本文就笔者基于主持湖北玉鑫新型建材有限公司申报的2020年十堰市科学技术研究开发计划 “污泥在烧结砖生产中的绿色化应用” 项目研究,总结分析烧结污泥渣土砖生产过程中污泥的添加量对半成品合格率和成品抗压强度、吸水率、泛霜质量指标的影响及解决方案,获得合理的配比,以期达到既消耗了更大量的污泥,又能生产出合格产品的目的。
  1 中试方案
  1.1 试验原料
  污泥(经挤压烘干脱水,含水率为30%,干污泥挥发份40%);渣土(页岩含量约90%,黏土含量约为10%)、煤矸石(发热量2500kcal/kg,灰分55%)。
  1.2 试验标准及设备
  试验采用标准为GB/T 5101-2017《烧结普通砖》,试验用设备主要有JZK90B挤压成型机,118m×3.7m隧道窑,大型烘箱,微机控制电子万能试验机,电热鼓风干燥箱等。
  1.3 工艺控制参数
  采用30%含水率的污泥,物料经两级破碎,细度用0.11mm方孔筛筛余控制50%以下,混合料陈化时间为72h,塑性指标控制在8~10,砖坯含水率29%~31%,烧结温度为1050℃~1150℃,高温带长37m,高温烧结时间12h。
  1.4 工艺过程
  80%含水率污泥经挤压、烘干至30%含水率污泥与经两级破碎的渣土、煤矸石、水按一定配比混合均匀对碾入库陈化,陈化物料经调水、搅拌、真空挤压制坯、入窑烘干、预热、焙烧、冷却、成品出窑堆放。
  1.5 试验数据
  试验数据表1、表2所示。
  2 试验分析
  2.1 污泥掺入量对半成品的影响
  从污泥的成分和特性看,干基污泥中有35%~45%可燃物质,主要成分为高分子有机物(絮凝剂)、微生物等,经高温煅烧随烟气排出,不参与成品矿化反应;灰分含量为55%~65%,主要成分为SiO2、Fe2O3、Al2O3、重金属等,高温煅烧时参与化学反应而形成硅酸盐矿物。污泥的掺量大小直接影响半成品和成品质量。从污泥掺入量对半成品与成品外观质量合格率的影响表1可以看出,当30%含水率污泥占比达到20%及以上时,塑性指标难以控制,砖坯出现不同程度的开裂,煅烧时堆垛易塌落,半成品和成品合格率随着污泥占比的增加呈现下降趋势[1]。
  2.2 污泥配比对成品抗压强度、吸水率的影响分析
  强度等级是烧结砖的一项重要的质量参数,其决定了烧结砖的使用性能和范围,通过试验可以确定烧结砖的强度等级,从污泥掺入量对产品主要质量指标的影响表2可以看出,不同的污泥添加量会导致强度的不同,污泥添加量越大强度越低,分析原因主要是因为烧结过程中的高温导致污泥中的有机物和微生物分解后形成气体造成砖体结构空洞,从而导致强度降低,吸水率增加。本次试验中当30%含水率污泥占比为15%时即可达到标准中规定的MU10的强度等级,同时也能保证吸水率达标[2]。
  2.3 污泥添加量对成品泛霜性能的影响
  污泥主要来自于生活污水,其中富含钠离子,掺量的增加势必会影响钠离子的带入量,从而影响成品的泛霜性能。通过挤压的方式脱水能有效降低钠离子带入量,而烘干方式脱水不能有效降低钠离子含量。采用挤压脱水使含水率控制在50%以下,再烘干至含水率30%以下使用,掺量可以达到20%而保证泛霜指标合格。
  2.4 污泥的添加对能源消耗的影响
  由于污泥中含有热量物质,试验发现污泥的掺入可降低配煤量,可减少煤矸石的消耗约5%。
  3 質量控制措施
  (1)页岩质渣土和煤矸石来源稳定,成分波动不大,对硅、钙含量实施监测控制。(2)参与配料的污泥水分含量应控制在30%以下,防止污泥成团,以保证其在物料中的分散度。(3)碱金属钾、钠以离子形式存在于污泥中,污泥挤压出的水因富含钠离子不能用于制砖配水,否则会增加产品泛霜性能超标的风险。总体把控物料中的钾、钠离子含量是有效防止产品泛霜的关键。(4)严格控制物料粒度和颗粒级差,细度越小,塑性越好,有利于陈化和制坯,有利于煅烧过程中硅酸盐矿化物的形成。适当添加黏土配料可改善物料塑性。(5)采用移动式布料和取料,保证物料应充分混合均匀。物料含水率控制在15%~25%之间,物料陈化时间不低于72h,时间越长,塑性越好,半成品的状态更加稳定。(6)真空砖机压力保证在0.85MPa以上,压力越高,砖坯合格率越高,砖体结构越密实,强度和吸水率都会得到改善。(7)采用隧道窑煅烧,通过调节外加煤和抽风压力,控制煅烧温度1100±50℃,同时保证高温带长度和砖坯在高温带煅烧时间[3]。
  4 结语
  通过试验验证,烧结污泥渣土砖生产中污泥的掺入会带来工艺和产品的问题。强化质量控制措施,对症解决问题产生的原因,可以实现在污泥掺入量不断增加的前提下生产出合格产品。基于现有工艺装备和原材料条件,30%含水率污泥掺入达到15%为最佳配比。以此配比,年生产5000万标砖可消耗80%含水率污泥5万t~6万t,较好解决了污泥绿色化、工业化处理并可持续发展的问题。
  参考文献
  [1] 施育莎.城布污水处理厂污泥制砖的试验研究[J].能源与环境,2011(4):83-84.
  [2] 于锁清,王怀宇.污泥烧结砖的试验研究[J].轻工科技,2017(12):102-103.
  [3] 刘爽,白锡庆,张鹏宇,等.无粘土、高含量污泥烧结砖效果的影响因素研究[J].中国给水排水,2016(5):98-103.
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