污泥处置出路系列连载之：污泥制砖技术详解

目前，我国城市污泥的处理处置方式主要有填埋、堆肥和焚烧。填埋占地面积大，污泥脱水成本高，易污染地下水；堆肥农用产生的恶臭扰民，污泥中的重金属和持久性有机污染物会严重污染耕地土壤和农作物；污泥焚烧需要的能耗太高，燃烧过程会产生大量的气态污染物，造成二次污染。因此，寻求更经济可行、科学合理的污泥处理处置方法具有相当的实际价值。利用污泥制砖，具有三大优势：一是烧制过程中，污泥内的有机物质也会燃烧，产生热量，可以节约燃煤；二是基本杜绝二噁英等有害气体的产生，污泥中的重金属经过高温焙烧，形成稳定的固溶体，不会再次污染环境；三是，污泥掺入砖坯后没有炉渣问题，节省了后续处理费用。

研究表明，污泥灰中的SiO₂含量远低于粘土中的含量，污泥灰中Fe₂O₃与P₂O₅的含量比粘土中高10%左右，重金属含量比粘土中要明显的多，其他的含量基本接近，因而生活污泥燃烧后的产物与粘土的组成基本接近，用粘土制砖时加一定量的干生活污泥一般是可行的。因干生活污泥中含有大量的有机物，有一定的燃烧热值，其燃烧热值在10000J/g左右，用于制砖，可节约能源。

     污水处理厂通常采用三种污泥稳定方法处理污泥，这三种方法分别为：消化法、石灰稳定法和热处理法。消化法利用厌氧或好氧微生物将污泥中有机物分解为气体和稳定残余物，在消化过程中致病细菌得到灭活处理。石灰稳定法采用投加石灰的办法，提高污泥pH值至12或更高水平，使污泥中微生物失去活性，防止污泥腐化变质释放恶臭气体及产生其他有害物质。热处理法也可以使污泥达到稳定化处理目的。污泥热处理包括常压下30℃~75℃和75℃~190℃两个阶段，热处理能使污泥固化，破坏胶体结构从而减少污泥中的结合水。在不投加化学药剂的前提下，污泥通过热处理可以杀灭其中的细菌和病毒并达到除臭目的，处理后污泥经过真空过滤可以使含固量提高到35%~40%。

污泥制砖的生产工艺

污泥制备砖物理力学性能测定

污泥粘土砖的物理力学性能是污泥制砖成败的关键指标，本文参照国家标准《烧结普通砖》中的要求，进行了抗压强度、密度、质量减少分数等指标的检测。

（1）抗压强度测试

采用 CM75105 微机控制电子万能试验机对砖体的抗压强度进行检测。首先测量砖块的尺寸，再将砖块放在加压板中央，垂直于受压面加载，加载速率 200N/s，直至试件破坏为止，记录极限负压载荷 Fmax（KN）。抗压强度按下式计算：

fcu=Fmax/A×10^-3， （1）

式中：fcu为抗压强度（Mpa），Fmax为极限负压载荷（KN），A 为受压面积（m²）。

（2） 烧成质量减少分数计算

国家规定砖的烧成质量减少百分数不应超过 15%，其计算公式如下：

Mre=（Mf-Mb）/Mf×100% ， （2）

式中：Mre为砖试件烧成质量减少分数，Mf为试件干燥 24h 后的质量（g），Mb为试件焙烧后的质量（g）。

（3）烧成密度计算

砖的密度对建筑施工有一定的影响，密度小的砖有利于建筑施工。污泥粘土砖的烧成密度按下式计算：

ρ＝m/（l×b×h）， （3）

式中：ρ为砖试件的密度（g/cm3），为砖试件的质量（g），l、b、h 分别为砖试件的长、宽、高（cm）。

干燥收缩

置于未饱和空气中的污泥砖因水分散失而引起的体积缩小变形，称干燥收缩。解释干燥收缩机理主要有毛细管张力学说和表面吸附学说。毛细管张力学说认为收缩与干燥过程中毛细管水的弯液面有关。由于毛细管内部的水分吸收或蒸

发，弯液面的曲率发生变化，从而导致表面张力增大或减小，这种表面张力对毛细管管壁产生的压力也随之增大或减小，从而导致砖发生体积膨胀或收缩。表面吸附学说认为吸附水一旦从水泥凝胶上脱离，表面张力就要增加，胶粒被压缩。由于这种表面张力变化而引起固体颗粒体积变化，当颗粒大时就等于零，但对比表面积约为1000m²/g的极微小颗粒，其体积变化就不能忽视。

还有的学说认为，相对湿度一降低，胶粒间的吸附水和胶粒中的层间水一部分被蒸发，而且受胶粒相互之间引力的影响，缩短了颗粒之间的距离，产生新的化学结合。因为这种结合，即使凝胶再吸水也不会破坏，所以由于这个机理所产生的收缩，一部分是不可恢复的。

自生收缩

自生收缩是指硬化阶段(终凝以后)，在恒温与外界无水分交换条件下宏观体积的减小。这种收缩是由化学作用引起的，是一种固有收缩。

污泥掺量对砖收缩的影响

污泥砖的烧结包括：压制、干燥、焙烧３个阶段，在这３个阶段中，污泥的含水率、体积收缩比率、质量损失率均随着污泥的掺入率的增加而增加，这表明了污泥的掺入率的不同能够明显的改变砖块的性质。在含水率性质中，污泥的掺入量决定了砖坯含水率的多少。污泥混掺越多的砖坯，含水率越大，因此在烧结的过程中体积收缩率也就越大。随着砖坯中掺入的污泥量增加，其中有机物的量也逐渐增加，在烧结过程中，质量损失也越来越大。在强度测试中，随着污泥掺入率的增加，活性污泥本身的黏结度差，塑性较低，砖块的抗压性能也降低。因

此污泥掺入率能够决定污泥砖块的性能。

随着污水污泥的掺入和掺量的增加，砖坯的干燥收缩率也增加。由于污水污泥有很高含水率，在有机质含量较高的情况下，大量的水分保存于固体颗粒之间，呈疏松絮凝状态，其密度比页岩要小得多，在干燥的过程中，污水污泥固体颗粒间的水分蒸发后，固体颗粒急剧靠拢，宏观上表现出很大的收缩，其干态体积只是原体积的1/5到1/4。污水污泥与页岩混合后，由于污水污泥的干燥收缩远大于页岩，干燥过程污水污泥收缩后会在页岩颗粒间留下较多的孔隙，页岩颗粒可以占据原来污泥颗粒的位置，从而固体颗粒间间距变小，宏观上表现为较大的干燥收缩。另外，随着污水污泥掺入量的增加，带入的水分也越多，干燥后这部分水分的挥发同样会留下较多的孔隙，这都使得干燥后砖坯的收缩率增加。过高的干燥收缩率容易引起干燥过程中砖坯的变形和产生较多的裂纹，不利于烧结砖的性能，因此，应适当控制污水污泥的掺入量。

附件二：污泥制砖案例文章链接