用污泥焚烧残渣制生态砖的特性研究

1、- 随着我国城镇化进度的加快及污水处理率的不 断提高 , 污泥产量显著增加 。 由于土地资源紧张以及 其他环境污染问题 , 污泥土地利用和填埋比例正逐 渐下降 , 焚烧比例显著上升 1。 污泥焚烧处理在欧美 等发达国家已是成熟技术 , 并逐渐成为发达国家主 要的污泥处置手段之一 2-3。 目前 , 国内学者多关注 于污泥焚烧原理探讨及污泥专用焚烧技术和设备的 开发 、 研制及应用 4。 本研究以污泥焚烧残渣为研究 对象 , 考察不同配比条件 、 焙烧温度对污泥焚烧残渣 制砖性能的影响 , 以确定适宜的制备条件 。1实验材料及方法实验材料以深圳某城市污水处理厂的脱水污泥经焚烧后 的残渣为研究对象

2、 , 与粉煤灰 、 粘土按比例混合制取 生态砖 。污泥焚烧过程在程序升温炉中完成 , 设置升温速率为 25 /min , 焚烧终温为 900 , 升温过程约 为 40min , 焚烧过程设置为 10min 。 以焚烧残渣为原 料 , 与粉煤灰 、 粘土分别按表 1比例称重 , 之后采用 匀速搅拌器加水混合均匀 , 陈化 24h , 装入 6.7×6.7×3.4cm 的钢质模具中 , 用压力机挤压成型 。 坯体在恒 温干燥箱中 105 干燥 5h 后 , 在程序升温炉中 950 、 1050 、 1150 三个不同温度条件下焙烧 6h , 随程序升温炉自然冷却 , 制得砖 。

3、 每项测试项目取 5个平行样品 。表 1原料的质量配比分析方法采用日本理光 D /max2500vb2+/PC 型 X 射线衍收稿日期 :2009-04-02琳 (1978-, 女 , 辽宁大连人 , 博士 , 讲师 , 研究方向 :污水处理及污泥资源化技术研究 。用污泥焚烧残渣制生态砖的特性研究方琳 1, 赵绪新 1, 崔崇威 2, 李姗婷 1(1. 深圳大学 化学与化工学院 , 广东深圳518060; 2. 哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 , 哈尔滨 150090摘要 :以污泥焚烧残渣 、 粘土 、 粉煤灰为原料 , 考察不同配比条件 、 焙烧温度对制得砖体特性的影响 。 研究 表明 :

4、将污泥焚烧残渣 、 粘土 、 粉煤灰按 30%、 40%、 30%质量比混合 , 在 1050 条件下焙烧 6小时 , 制得 的生态砖满足 GB5101-2003优等砖要求 ; 除 Zn 2+离子外的重金属浸出浓度均低于 类地表水标准 。 关键词 :污泥 焚烧 ; 残渣 ; 特性 ; 生态砖 中图分类号 :X703文献标识码 :A文章编号 :1008-9500(2009 08-0032-03Study on The Characteristics of Ecological Brick Prepared b yResidue f rom Incineration of Sewage Sludg

5、eFang Lin 1, Zhao Xuxin 1, Cui Chongwei 2, Li Shanting 1(1.College of Chemistry and Chemical Engineering , Shenzhen University , Shenzhen518060, China ;2.School of Municipal and Environmental Engineering , Ha e rbin Institute of Technology , Ha e rbin150090, China Abstract :The residue from incinera

6、tion of sewage sludge , fly ash and clay was used as raw material of ecological brick. The influence of mixture ratio and roasting temperature on brick characteristics was studied. When 30%ofsludge residue , 40%of clay and 30%of fly ash were blended , and roasted at 1050 for 6hours , the ecological

7、brick can meet the demand of superior brick in GB5101-2003. The leaching concentration of heavy metals exception of Zn 2+less than the concentration of heavy metals in National Grade I. Keywords :sewage sludge ; incineration ; residue ; characteristics ; ecological brickVol.27, No.82009年 8月中国资源综合利用C

8、hina Resources Comprehensive Utilization综合利用 %12345污泥残渣 1020304050粘土6050403020粉煤灰3030303030样品编号 原料32- 射仪 (XRD 分析污泥焚烧残渣 、 粘土 、 粉煤灰的化学 组分 ; 采用瑞格尔 RGM-X100型电子万能试验机分 析砖体的抗压 、 抗折强度 ; 采用 YBF-2型导热系数 测试仪分析砖体的导热系数 ; 采用美国环保署规定 的 TCLP1311废物浸出评价方法分析砖体的环境友 好性 。 其他分析方法均参照国标分析方法完成 。2结果与讨论力学性质是衡量砖性能的最为重要的指标之一 5。 污泥

9、焚烧残渣与粘土 、 粉煤灰的配比及焙烧温度对 砖的抗压及抗折强度影响分别如图 1、 2所示 。污泥焚烧残渣 (%图 1原料配比对抗压强度的影响污泥焚烧残渣 (%图 2原料配比对抗折强度的影响从图 1、 图 2中可以看出 , 焙烧温度是影响砖体 力学性能的重要因素 , 1050 、 1150 条件下砖体 的抗压 、 抗折强度远优于 950 ; 相同温度条件下砖 体的力学性能随焚烧残渣含量的增加而降低 。 根据 GB5101-2003:950 、 30%以下污泥焚 烧 残 渣 参 杂 量满足 MU10的要求 ; 1050 及 115030%以下 的污泥焚烧残渣参杂量均满足 MU25的要求 ; 10

10、50 、 1150 40%以 下 污 泥 焚 烧 残 渣 参 杂 量 具 备 >3MPa 的抗折强度 。 可见控制适宜的焙烧温度和残渣 , 制得的砖体能够满足烧结普通砖强度要求 。砖体密度 、 泛霜 、 石灰爆裂是影响其工程应用的 重要因素 。 本研究制得的生态砖密度与焚烧残渣参 杂比例之间的关系如图 3所示 。污泥焚烧残渣 (%图 3原料配比对砖体密度的影响从图中可以看出 , 随着焙烧温度的增高 , 砖体密 度略有增加 ; 污泥焚烧参杂比例对砖体密度影响不 大 。 利用污泥焚烧残渣制得的砖体平均密度在 1350kg /m 3左右 , 低于普通烧结砖 16001800kg /m 3的 表

11、观密度 。 分析认为 :污泥焚烧残渣中的炭是降低砖 体密度的重要原因 ; 而且 , 在焙烧过程中 , 污泥中未 彻底氧化的有机物在高温环境中继续分解 , 形成砖 体的多气孔结构 , 降低了其密度 。对不同原料配比在不同温度焙烧条件下制得 的砖体泛霜及石灰爆裂情况进行考察 , 确定污泥焚 烧残渣在小于 50%物掺量范围内制得砖体无任 何 泛霜和石灰爆裂现象 , 符合 GB5101-2003中优等品 的要求 。吸水率是影响砖体耐久性的一个关键因素 , 低吸 水率将有效增强砖体耐久性及抗蚀能力 。 不同污泥焚 烧残渣参杂量条件下的生态砖吸水性如图 4所示 。污泥焚烧残渣 (% 图 4原料配比对砖体吸

12、水率的影响抗 压 强 度 (M P a 30252015105102030405095010501150抗 折 强 度 (M P a 543210950105011501020304050密 度 (g /c m 3950 1050 11501020304050吸 水 率 (%2520151050950 1050 11501020304050综合利用方 琳等 :用污泥焚烧残渣制生态砖的特性研究 第 8期 33- 8家再生资源企业落户天津子牙产业园8家再生资源企业目前已在静海完成注册或迁移 , 业务经营也将陆续展开 。按照国家和天津市对静海子牙环保产业园区的 功能定位 , 天津市供销社在静海子牙环

13、保产业园购置 1250亩土地 , 打造再生资源产业基地 。 重点建设 天津市报废机动车拆解和进口汽车压块加工基地 、 天津市废旧电子产品加工处理基地等项目 。(资 讯 从图 4中可以看出 :砖体吸水率随污泥焚烧残 渣参杂量的增加而提高 , 随焙烧温度的提高而降低 ; 分析认为 :污泥焚烧残渣中残留炭是引起其吸水率 增加的重要因素 , 而焙烧温度是提高砖体致密度的 重要因素 。 不同条件下制得砖 体的吸水率上限为 20%, 满足 GB5101-2003中对粘土砖的要求 。进行了不同条件下制得砖体 的热传导系数测 试 , 平均导热 系数为 17.94×10-2W /(m ·K

14、, 低 于 普 通粘土砖 0.40.7W /(m ·K 的导热系数 , 具有较好 的保温隔热性能 。 分析认为 , 污泥焚烧残渣中未燃烧 完全的残留炭及污泥有机质在高温焙烧过程中分解 形成的孔径结构是降低砖体导热系数的重要原因 。污泥重金属污染是影响污泥资源化利用的重要 因素 。 按照美国环保署规定的 TCLP1311方法分析 最佳制备条件下砖体中重金属的浸出状况 , 结果如 表 2所示 。表 2TCLP 方法砖体重金属的浸出浓度 由表 2可以看出 , 按照 TCLP 方法分析浸取砖体 的重金属含量除 Zn 2+离子外 , 其他金属浓度均低于 GB3838-2002规定的 类地表水环

15、境质量标准 。3结论(1 以污泥焚烧残渣 、 粘土 、 粉煤灰为原料 , 制备 砖体的适意条件为 :按照 30%、 40%、 30%的质量比 例混合 , 经制坯 、 陈化 、 成型 、 干燥后 , 在 1050 条 件下焙烧 6h 。(2 适宜条件下制得砖的抗压强度 25.8MPa , 抗 折强度 3.33MPa , 吸水率 15.1%, 密度 1340kg /m 3, 热传导系数 18.28×10-2W /(m ·K , 无泛霜及爆裂现 象 , 满足 GB5101-2003中优等砖的相关要求 , 抗压 强度达到 MU25, 密度 、 热传导系数低于传统粘土 砖 , 具有较

16、好的工程应用性 。(3 采用 TCLP 方法对污泥焚烧残渣制得砖体进 行重金属浸出实验 , 其重金属浸出浓度除 Zn 2+离子 外 , 其余均低于地表水 类标准 。 可见 :用污泥焚烧 残渣作为制砖原料 , 具有较好环境友好性 , 避免了用 污泥直接制砖的黑心现象 , 促进了污泥资源化利用 。参考文献1TakahiroMurakam , YoshizoSuzuki ,HidekazuNagasawa , Takafumi Yamamoto , Takami Koseki, Hitoshi , Hirose, Seiichiro Okamoto. Combustion characteristi

17、cs of sewage sludge in an incineration plant for energy recovery J .Fuel Processing Technology , 2009, 90(6:778-783.2SungminChin , JongsooJurng , Jae-HeonLee , Jin-HuekHur .Oxygen-enriched air for co-incineration of organic sludges with municipalsolidwaste :Apilotplantexperiment J .WasteManagemen ,

18、2008, 28(12:2684-2689.3YaoBinYang , VidaSharifi , JimSwithenbank . M athematicalmodellin g ofsewagesludgeincinerationinabubblingfluidisedbedwithspecial considerationforthermally -thickfuelparticles J . W asteManagemen , 2008, 28(11:2245-2258.4王凯军 , 俞金海 , 俞其林 . 新型污泥干化 /焚烧技术的试验研究 J . 中国给水排水 , 2008, 24(11:43-46.5Joo-Hwa , Tay , Kua