污泥制砖的技术及市场、政策.doc

.污泥制砖的技术及市场、政策目 录第一、污泥的性质2一、污泥的含水率和固体含量2二、污泥的理化性质2三、污泥的安全性2第二、污泥砖的性能分析3一、砖的吸水率3二、砖的烧成尺寸收缩率3三、砖的烧成质量减少分数3四、砖的烧成密度3五、砖的强度4第三、制砖技术问题4一、污泥制砖的种类41.污泥焚烧灰制砖42.干化污泥直接制砖4二、污泥制砖技术环节51.污泥的干化52.烧结制品生产中污泥的掺量6三、产品规格、质量及技术经济分析71.生产规模72.物流状况83.占用土地84.电力装置95.经济效益分析9四、总结污泥制砖应关注的技术、成本问题91.污泥干化问题92.砖的吸水性103.烧结温度104.污泥中有害成分的控制105.成本问题10五、技术参考及研究11六、污泥制砖的相关技术标准、规范11第四、污泥制砖建厂的前导程序12一、项目的可行性研究报告12二、生产技术可行性、实用性、环保性的论证12三、项目的选址论证12四、项目的环评报告12第五、政策方面12一、环保部门12二、发改委、经信委13三、墙改办13第六、污泥制砖案例13一、项目案例13二、福航污泥干化设备14第一、 污泥的性质生物巧泥经过脱水干化后的含水率为70% -80% . 此时的生物污泥是一种具有异臭味的、褐色或者黑色的、密度略大于水的软性固体，它是一种由各种废弃物经过一体化生物化学反应后形成的活性物质，它的无机成分基本上和黏土矿物类似，而它的有机成分则主要与生物污泥的来源有关。一、 污泥的含水率和固体含量单位质量污泥所含水分的质量百分数称为含水率，相应的固体物质在污泥中所含的质量百分数，称为含固量（%）。污泥的含水率一般都很高，而含固量很低。因此，污泥的密度随其中的有机物和无机物的比例不同而变化，一般有机物的密度为1.0g/cm3，无机物的密度为2.5g/cm3。二、 污泥的理化性质包括：有机物（挥发性）和无机物（灰分）的含量、植物养分含量、有害物质（重金属）含量、热值等。三、 污泥的安全性污泥中含有大量细菌及各种寄生虫卵和病毒，容易造成传染病传播。污泥中还含有多种重金属离子和有毒有害的有机物，这些物质可从污泥中渗滤出来或挥发，污染水体和空气，造成二次污染。因此污泥处理必须考虑其安全性。第二、 污泥砖的性能分析主要指标有砖的吸水率、烧成尺寸收缩率、烧成质量减少分数、烧成密度以及砖的强度。一、 砖的吸水率吸水率是影响砖耐久性的一个关键因素，砖的吸水率越低，其耐久性与对环境的抗蚀能力越强，因而砖的内部结构应尽可能致密以避免水的渗入。随着污泥含量的增加和烧成温度的降低，砖的吸水率会逐步步升高。二、 砖的烧成尺寸收缩率通常，质量优良砖的烧成收缩率低于8%。由于污泥的有机质含量远离于黏土，污泥的加入提高了烧成收缩率，导致砖的性能降低。烧成温度也是影响烧成收缩率的重要参数。通常，提高烧成温度，烧成收缩率上升；同时烧结温度不能过高，以免把砖烧成玻璃体。因而，污泥含量与烧成温度是控制烧成收缩率的两个关键因素。有资料表明在干污泥中，污泥含量低于1 0%，烧成温度低于10000C 时， 其烧成收缩率符合优质砖标准。三、 砖的烧成质量减少分数增加污泥含量与提高烧成温度结果导致烧成质量减少分数的增加。对于普通黏土砖而言， 在800时烧成后的质量损失主要由黏土中有机质燃烧引起的。然而，当混合样中加入干污泥后，烧成质量损失率明显增加，因为污泥中含有的有机质量大。另外，砖的烧成质量损失率也依赖于污泥黏土中的无机质在烧成过程中的烧尽程度。四、 砖的烧成密度干污泥砖的密度与污泥含量成近似线形关系。因污泥中有机质含量较高，在烧结时育机质挥发必然留下孔洞，粒径较粗，烧结体致密性差。烧成温度同样也影响颗粒的密度，结果显示提高烧成温度会提高颗粒密度。在污泥灰砖中，污泥灰作为造孔剂，这个效果可由吸水率的增高与密度的降低来衡量。五、 砖的强度抗压强度是衡量砖性能重要指标之一。抗压强度极大地依赖于污泥的含量与烧成温度。干污泥砖的抗压强度随干污泥含量的增加而降低，随烧结温度的升高而开高。10%含量的干污泥砖在10000C烧成时其抗压强度为二级品。污泥灰砖中，P2O5 含量越高， SiO2 含量越低，其软化性越强；污泥灰抗压强度还依赖于污泥灰中铁和钙的含量，铁的含量增加使得砖休抗压强度提高，钙则使其降低。污泥灰含量低于10%制砖时，其抗压性能比干污泥砖和黏土砖都好。研究表明，当污泥灰含量为10%，烧结温度为10200C 时，其砖抗压强度最好，可达138 MPa。第三、 制砖技术问题一、 污泥制砖的种类1. 污泥焚烧灰制砖将污泥焚烧后搜集的灰与粘土混合制砖，其中污泥灰的掺量可高达50%，砖的综合性能好，但没有利用污泥的热值。日本Nagaharu Okuno曾报道过用100%的下水道污泥燃烧灰制成砖，在日本已有8家这样的公司。污泥燃烧灰制砖的成型压力都很高，100%的灰粒的最佳成型压力为98MPa，在1020左右烧成。但也存在一些问题，因表面湿气的作用，表面会长苔藓或是泛白。要解决这些弊端，可以提高烧成温度与进行表面化学成分。据称污泥灰砖的零售价为1美元一块，价格非常昂贵。2. 干化污泥直接制砖干化污泥制砖，缺点是污泥中有机质在高温下燃烧导致砖的表面不平整、量低和抗压强度低等，但利用了污泥的热值，且价格低。这两种制砖方式都存在空气污染，因污泥中含有大量的有机物，焚烧或烧砖时都有有害气体放出。所以这些都必须进一步改进。还有砖的吸水率问题。吸水率是影响砖耐久性的一个关键因素，砖的吸水率越低，其耐久性与对环境的抗蚀能力越强，因而砖的内部结构应尽可能致密以避免水的渗入。研究表明，随着污泥含量的增加与烧成温度的降低，砖的吸水率升高。而在制砖中，污泥起着造孔剂作用，所以污泥灰砖的吸水率比粘土砖高。当混合样中污泥含量较高时，混合样的粘结性能下降，但砖内部微孔尺寸增加，其结果导致吸水率的升高。由于干污泥砖的有机杂质多，烧结后的微孔也多，所以其吸水率比污泥灰砖高。所有这些工艺文艺都影响着污泥制砖。二、 污泥制砖技术环节1. 污泥的干化污泥的干燥处理是一个减量化和无害化处理过程。经过干化后，干燥污泥与湿污泥相比体积大幅度缩小，储存空间就减小了.以含水75% 的湿污泥为例，若将其含水率降至40%时其体和、可以缩小2/3。干燥后污泥变成颗粒或粉末状，最终达到无臭、无病原体，有利于后续处置和运输.由于体积小了，运输成本也节省了。干化后污泥还可以替代能源，可作为一种资源。但干化污泥具有易燃、易分解的特点，为保证安全和卫生，干化系统内必须保证低温、低氧状态。同时由于污泥在40%-60%含水率时具有易粘结的特性，因此选用干化系统必须防止污泥粘结在换热面，从而降低热效率影响干化。目前较多采用的工艺是流化床低温干化系统。流化床低温干化系干化温度为850C，系统内控制含氧量4%。流化床低温干化系的特点是采用流化床干化机. 干化过程在流化床内进行，流化床底部布置蒸汽盘管。空气从床底经过盘管加热后进入床身，热空气一方面使床身中的污泥处于流动化，防止污泥粘结；另一方面也与污泥进行充分换热，蒸发其中的水分，蒸发出来的水分和空气一起被引入洗涤冷却塔内，经喷淋后，水分被去除，余下的干空气则循环便用。经干化后的污泥含水率降为5%-10%，干化系统每蒸发1 t 水分，消耗热能为2 800Kj。2. 烧结制品生产中污泥的掺量烧结制品生产中污泥的掺量通常应从四个方面考虑，一是污泥的发热量；二是污泥的物理性能如塑性指数、干敏系数等和污泥的含水率；三是烧失量指标；四是化学成分和矿物组成。(一) 污泥的发热量每公斤污泥(含水40%) 发热值因地域废水水质和处理工艺不同而有所差异，其热值分别为：高热值污泥(含水40%) 其热值为1 962 kcal / kg (估算平均值) ;低热值污泥(含水40%) 其热值为1 326 kcal / kg (估算平均值) 其次，污泥的热值与污泥含水量有着直接的关系.污泥含水量越低，其干燥费用越高。为了既节省干燥脱水成本，又能达到烧结制品生产所需的水分和过程中自身提供的倍烧热值，最合理经济的污泥含水量应该是40%。我国修订的行业标准JC713-2007 烧结砖瓦能提等级定额中规定烧结砖瓦单位产品能耗应达到320103kcal / t-510103 kca l/t 之间。污泥的有机质燃烧绝大部分是长焰燃烧，时间短、燃烧快，对烧结制品特别是烧结砖需要的短焰、长时间燃烧的生产工艺并不有利，因此，生产烧结制品还需要短焰残余碳的补充，实际上的掺配量要比理论计算热值范围的掺配量要小许多。污泥的物理性能如塑性指数、干敏系数等和污泥的含水率，污泥的物理性能如塑性指数、干敏系数等和污泥的含水率是污泥生产烧结制品成型和干燥工艺过程的重要指标。塑性指数、干燥敏感性系数等和污泥的含水率是评价烧结制品原料的重要参数，在烧结制品行业，塑性是指粘土一水物质在它的最大稠度时，能够被挤压成型并在解除压力后能保持成型后形状的一种能力。这种能力的大小以塑性指数来表示，通常高的塑性指数干敏系数和含水率则较高，虽有利于挤出成型，但是干燥和培烧时容易产生裂纹，坯体收缩大；塑性指数偏低，虽有利于干燥和焙烧，但又会给成型带来困难。如果塑性指数低于7 ，不仅挤出成型困难，制品的强度也较低。一般来说，适合的塑性指数为7-1.5。制品的孔洞越多，孔型越复杂、壁越薄，成型时需要的塑性指数相对也要高一些。(二) 烧失量指标在烧结制品的焙烧过程中，其自身重量(主要是有机成分)会减少，通常不会超过10% ， 减少的程度会影响制品的质量，但影响不是很大。而干污泥的烧失量通常都超过10%，多的远大于50%。烧失量指标远远大于烧结制品的生产工艺要求，自身重量的减少程度己严重影响到烧结制品的质量，特别严重影响制品的强度指标，制品的强度指标会随着烧失量的增加强度呈立方次下降。当然，污泥也可以作为烧结保温制品的成孔剂来应用，可以明显改善烧结制品的保温绝热性能。(三) 污泥与其他材料的搅拌混合、均化和陈化污泥通常含水率非常高，固体物质中有机物含量较高，质量较轻，因此很难与其他物料混合均匀，污泥制造烧结制品的物料均匀混合处理是保证制品质量的关键。工艺上一般都采用强力均匀混合设备如均化布料机和强力挤出搅拌机以及强力轮碾组合的强力均匀混合工艺系统。其次，应采用快速陈化工艺以防止污泥有机物分解引发二次污染的环境问题。三、 产品规格、质量及技术经济分析产品规格和质量应符合国家GB5101-2003烧结普通砖、GB13544-2000 烧结多孔砖质量标准，同时也符合GB6566-2001 建筑材料放射性核元素限量标准的要求。1. 生产规模烧结制品目前的合理经济生产规模为6 000 万块/年，日需污泥约800900 t (含水80%)。通常一个大型污水处理厂日处理废水30 万吨计算，每天实际排放污泥约400 480t(含水80%)，一个生产规模为6 000 万块/年的烧结制品生产企业基本上能全部消化处理两个大型污水处理厂的污水处理排版的污泥。2. 物流状况生产规模为6 000 万块/年的烧结制品生产企业年生产日按300 d 计算，年产6 000万块砖， 则日产砖20万块，每天需消挺原材料：污泥(含水40%) 约280 t (相当于干污泥168 t) ，其他物料约420 t 。3. 占用土地38 亩(约25274 m2) ，包含原料(污泥和其他物料岩)与成品砖的堆场。4. 电力装置电力装机容量1195 kW，生产线配用变压器1250kVA，总投资费用约5000 万元，不包括下列费用：土地征用费，其他物料的运输费(因各地情况不同不好估算) ，污泥运输费(砖厂在污水处理厂旁边)，土地平整及绿化费。5. 经济效益分析城市污水处理厂的排放污泥生产烧结制品年生产规模6000万块(20万块/日)，以240mm115 mm90 mm 规格的烧结多孔砖为例来计算成本(见污泥烧结砖成本核算表)。其毛坯湿重4 kg，烧结后成品砖重2. 6 至3 .0 kg. 按原料比例(污泥(含水40%):页岩=40 :60) 计算，毛坯每块砖中含污泥含水40%) =1. 4 kg. 含其他物料=2. 1 kg。污泥烧结砖成本核算表四、 总结污泥制砖应关注的技术、成本问题1. 污泥干化问题污泥干化问题是污泥制砖必须首要解决的问题。在低能耗的情况下，将污泥的含水率降至55%以下，才使污泥制砖的经济性、市场性成为可能。2. 砖的吸水性砖的吸水性提高而致密性下降影响对环境的抗蚀能力。在直接用污泥或污泥干化后制砖中，污泥降低了混合样的塑性，降低了混合样颗粒间的粘结性能。吸水率是影响砖耐久性的一个关键因素，砖的吸水率越低，其耐久性与对环境的抗蚀能力越强，因而砖的内部结构应尽可能致密以避免水的渗入。而污泥中存在大量有机质，烧结时有机质挥发必然留下孔洞，粒径较粗，烧结体致密性差。3. 烧结温度烧结温度不稳而烧成收缩率上升导致制成品率下降。 在烧制砖生产过程中，烧结温度不稳对于采用污泥直接制砖的技术，由于污泥中存在大量的水分，烧制中形成水汽而带走大量的热能，使得窑炉烧结温度不稳，而直接影响到窑炉的燃烧效率。4. 污泥中有害成分的控制污泥转运和砖坯制作过程中的环境污染。(一) 污泥中有毒有害成分分析污泥中有毒布害物质主要是重金属和有机污染物，在污水处理过程中， 70% -90%的重金属元素通过吸附或沉淀转移到污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水，如铬、镉， 一些重金属元素来源于家庭生活的管道系统，如铜、锌等。(二) 有害物质的控制砖坯在窑里从200 oC到800 oC需要很长时间。而对于污泥在此温度范围下，创造了污泥中的高含氯有机物会转化为二恶英类物质的环境条件，使得排放废气的污染严重性极大地增加。目前我国尚无污泥、城市焚烧灰渣在建材利用中重金属限制的规范或标准，而依据危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007来对重金属进行控制。5. 成本问题有关业内人士说，按照目前的水平，处置1t污泥，其成本约为100元上下。高于普通粘土砖。污泥处理一般采用浓缩、消化、脱水、干化等环节，污泥制砖最大的难题是脱水成本过高。一般将污泥经板框压滤后，在经烘干处理，此时，污泥含水率尽在80%上下，100t含水率80%的污泥要燃烧18t标准煤，才能将其含水率降至60%左右。脱水成本过高，是污泥资源化利用技术一直不成熟的关键原因。还要投资建窑密闭遮阳棚，好在棚内“上晒下蒸”，进行焙烧干燥等工艺，同时，污泥的成分非常复杂，含有很多病菌微生物、生虫卵及重金属等，必须把这些污泥进行无害化处理，才能做砖瓦，这样就加大了砖瓦企业的成本。五、 技术参考及研究浙江大学理学院翁焕新教授主持的省重点项目“污水处理中污泥资源的开发与利用研究”，在通过大量实验研究获得各种技术参数的基础上，利用污泥具有热质较高和轻质的特点，成功地开发出一种轻质砖。该轻质砖的放射性指标符合建筑材料放射卫生防护标准要求，砖的主要指标达到普通烧结砖的国家标准，具有高抗压强度、节省能耗10%、重量比同体积的普通砖轻，并节省黏土资源10%15%等优点。台湾的一个研究小组经过试验发现，污泥可制成普通建筑用的“生态砖”。这种污泥生态砖是在黏土砖原料中加入10%的污泥，在900温度下烧制，可达到最佳效果。即使是污泥占30%的生态砖，这种加工过程仍可实现。这种方法不仅处理了污泥，还在烧制过程将有毒重金属都封存在污泥中，也杀死了所有有害细菌和有机物，而且这种砖完全没有异味。不久前，西北农林科技大学资源与环境学院马雯等人，以城市污泥为部分原料制备烧结砖，对不同烧成温度下、不同污泥掺量的烧结砖的物理、力学性能进行了分析研究。结果表明，污泥可用于制备烧结砖，当污泥掺量12%、烧成温度为1100时，烧结砖的物理力学性能均符合烧结砖标准要求。烧成温度一定时，随污泥掺量增加，烧结砖密度减小，吸水率增加，抗压强度减小。污泥掺量一定时，随烧结温度提高，烧结砖密度增大，吸水率降低，抗压强度增大。六、 污泥制砖的相关技术标准、规范1. 建筑材料放射卫生防护标准GB6566-20002. 危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007代替GB5085.3-19963. 城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质4. 城镇污水处理厂污泥处理处置指南第四、 污泥制砖建厂的前导程序一、 项目的可行性研究报告二、 生产技术可行性、实用性、环保性的论证三、 项目的选址论证选址于污水处理厂附近，取土方便，成本低；选址于电厂或具有高余热厂附近，采热便利；四、 项目的环评报告第五、 政策方面污泥制砖既有利于发展循环经济，又体现了废弃物处理的资源化和产业化的要求，也符合禁止毁田制砖、节约耕地的原则。我国1995年制定的中华人民共和国固体废弃物污染防治法规定：“产生固体废物的单位和个人，应当采取措施，防止或减少固体废物对环境的污染”，“国家鼓励、支持综合利用资源，对固体废物充分回收和合理利用，并采取有利于固体废物综合利用活动的经济、技术政策和措施”。根据世界各国污泥处理技术发展的趋势和我国相关政策导向，资源化必将成为未来污泥处理的主流。当前，国家政策和地方财政大力鼓励砖厂利用污泥制砖。污泥制砖，既消化了污泥的出路，又减少了土地的占用，也变废为宝创造建筑材料。污泥制砖符合国家的产业政策，我公司应在如下方面争取政府相关部门的支持：一、 环保部门1. 固废中心申请省环保厅危废处理补贴及相关政策补贴；办理污泥通运证。2. 污防处申请城镇污泥处置费。二、 发改委、经信委1. 发改委：由发改委牵头，相关部门配合，对我公司污泥制砖技术的工艺效果、可行性等进行深入论证，若可行性强，则将进行项目立项。2. 经信委环境资源处：充分利用政府现有的有关污水处理厂污泥处置的相关政策、规定，争取补贴，降低污泥砖成品的成本，提高市场竞争力。三、 墙改办1. 争取进入新型墙体材料认定目录；2. 争取墙改办在行政区域内的建筑用墙体材料的政策上实行比例配额制度；3. 列入省墙体材料革新科研项目课题。第六、 污泥制砖案例一、 项目案例众所周知：污泥的最佳出路是让其资源化，而用污泥制砖就是最好的资源化利用方式之一。污泥作为制砖的原料，在高温焙烧时，等于使得污泥无害化、减量化和资源化。在某种程度上防止了污泥的二次污染，且在烧砖过程中，污泥含有的一定发热量的有机物质(每千克含水率为：35%左右的污泥，在燃烧时能产生20003000kcal的热量)，又补充了高温焙烧所需的热量，同时降低了能源的消耗(2.5kg且含水率35%左右的污泥相当于1kg标准煤)。这样做，既利于发展自身良性循环经济，同进也体现了废弃物(污泥)处理的资源化和产业化的要求，也符合禁止毁田制砖节约耕地的原则。用污泥制砖既满足了大量建设用砖的需求，又实现了减少环境污染、降低资源消耗的可持续发展和循环经济发展模式。南京某建筑材料有限公司是利用市政污泥制砖的成功范例。该公司原先利用煤炭燃烧干化污泥用于制砖试验:100t含水率80%以上的污泥，燃烧标准煤18t，才能将其含水率降至60%左右，由于含水率过高，用污泥与煤矸石或页岩混合制成的砖坯，经常发生不能成型或出现龟裂现象。并且在用含水率60%的污泥试验制砖时掺加比例一般也只有20%左右，故污泥消耗量太小。因此，污泥制砖技术一直不太成熟。经多次试验得知：要想使污泥资源化制砖，必须将污泥含水率降到40%以下。当该公司的总经理得知福航污泥干化系统技术能为其所用后，当即做出决定：采用污泥干化设备和技术对污泥进行干化处理。在密闭的晾晒车间内，利用车间顶部的太阳能及砖窑内抽出的大量余热作热源，能使温室地温上升到5080，再通过由电脑远程控制的污泥摊铺机和翻抛机的作用对污泥进行干化。可以将污泥含水率80%降至25%30%，干化后的污泥可以与煤矸石(或页岩)，按各占50%的比例相混合，制成新型多孔砖坯，送入隧道窑，经最高温度1200:左右且48h的煅烧，污泥最终被成功烧制成一种多孔砖。据介绍:经江苏省建材研究检测院检测，这种添加了50%的污泥烧成的多孔砖，其强度、吸水率、放射性、重金属等指标全部符合标准要求，该砖具备保温、隔热、隔音、重量轻、便于运输等特点。并且，污泥在烧制砖时，砖窑内的高温确保有效分解有机物燃烧时产生的有毒有害气体。总之，污泥在经过减量化及无害化处理之后，能够转换为制砖资源已是不争的事实。污泥制砖不仅仅为处理污泥，可以说为污水处理厂的污泥找到了化害为利、变废为宝的理想途径。从而实现了经济利益和社会效益的同步增长。污泥制砖大有可为。需要指出的是:当前国家政策和地方财政大力鼓励各类砖厂利用污泥制砖。据调查：砖厂每利用1t污泥制砖，地方财政划拨80180元不等的财政补贴，而砖厂将污泥砖投放市场后又能赚取较大利润。这一补一赚，即为砖厂带来双倍的经济利益，同时也为地方环保事业作出了贡献。如砖厂再继续挖耕地取土制砖，将会得到严格管控，面临被关闭的境地。如在砖瓦厂或污水处理厂等单位引进污泥干化设备、技术，对污泥进行干化使其资源化处理，是国家政策大力提倡的也是今后发展的方向。这一项目的实施，可争取当地政府部门(经委、发改委、环保局等部门)大量(数百万或上千万元)的无偿资金援助支持。用污泥制砖，既实施了环保工程，义使制砖企业获得了新生，何乐而不为呢?污泥制砖是废物利用的一项新技术、新成果，利国利民。二、 福航污