【技術分享】城市污泥無害化建材技術發展研究----新型污泥制磚工藝
近年來，隨著我國經濟的發展和城鎮化的不斷推進，城市污水廠的建設規模不斷擴大，污水處理程度逐步提高，好氧污水處理技術由于啟動時間短，普遍適用于中低濃度的有機廢水而廣泛應用，好氧污水處理技術帶來最大的特征便是剩余污泥的產量也逐漸增加。對污泥處置方式，傳統的方法為污泥填埋、污泥農用和污泥焚燒。污泥填埋后會造成一定的環境問題。為了滿足固體廢物處理的“無害化”、“減量化”、“資源化”的三化原則，構建環境友好型社會，污泥資源化是污泥處置的最終出路。污泥資源化利用研究的熱點便是污泥無害化建材技術，既可解決污泥對環境造成的不利影響，也可解決污泥的占地問題，又可變廢為寶，更符合生態性的可持續發展戰略。
一、污泥無害化建材—污泥磚
1.污泥制磚工藝介紹
污泥制磚是指將污泥經過一定處理篩選后，與其他原料或是外加劑混合，加壓成型，焙燒后制得污泥磚。污泥制磚有兩種方法，一種是干化的污泥直接用來制磚，另一種方法是利用污泥焚燒灰制磚。各種制磚生產工藝基本相同，原料配制一制坯一干燥一焙燒一成品。
干化污泥直接制磚是將污泥用人工烘干的方法來晾干或者是室外自然晾干，干化后進行一些磨細處理，再和其他原料混合起來，之后加壓成型，再經焙燒后制成污泥磚。工藝要點要控制污泥摻量約為10%-20%，當污泥摻量高于30%時，此種污泥磚抗壓強度己不能達到磚的性能標準。因為污泥中的有機質會大大降低磚的力學性能。
第二種方法為焚燒污泥灰制磚。在歐洲，最常用的污泥處理方法是污泥焚燒法，由此產生了許多的污泥焚燒灰，因此污泥焚燒灰的資源化被充分的利用，研究的途徑也更為廣泛，制磚粘土的化學成分與焚燒后的污泥灰的化學成分很相近。
污泥灰通常以黏土作為外加劑，其中污泥灰的摻量最高可以達到50%，磚的綜合性能好，該工藝流程的要點是在焚燒過程中需要強壓力，當采用100%的污泥焚燒灰制磚，成型壓力要達到90MPa以上。
2.污泥制磚可行性分析評價
城市污泥中所含有的有機質具有一定的熱值，過程中所需的熱量可用高溫焙燒，有效的減少了能源消耗的問題，有利于經濟的良性循環，在經濟上是可行的。根據廢棄物處理“三化”原則以及產業化的要求，既沒有毀田挖土制磚，也節約了占用耕田資源的問題，實現了循環經濟發展模式也符合我國可持續發展的政策，有效的降低資源消耗減少環境的污染，因此環境評估上是可行的。
在技術上，利用污泥制磚和建筑材料的原料是有范圍要求的，有的單一使用污泥制磚不能滿足國家標準，所以需要與添加劑配合使用才能滿足相關標準要求。另外污泥具有化學不穩定性，在一定范圍內會導致產品質量波動，因此需要嚴格控制工藝參數，污泥制磚前期污泥預處理需要一定成本，在預處理后的制磚工藝流程稍微復雜，因此也帶來的成本略高;同時還要注意避免二次污染的產生。國家污泥制磚標準要求用于制磚的污泥，是經穩定化、減量化和無害化處理的污泥，目的是為了規范利用污泥制磚，避免污泥進入磚廠處置的無序化，保證污泥制磚的安全可靠和對環境影響的最小化。
二、污泥無害化建材—污泥陶粒
1.污泥制作陶粒工藝介紹
陶粒是一種人造輕質粗集料，因質輕、高強、保溫等特性備受關注，是具有發展潛力的一種新型建材。改性污泥可以制成陶粒作為建筑材料使用。污泥陶粒的制備是用粘土和爐渣做輔助料，污泥為主要原料，經過焙燒、成球形成的具有一定硬度、吸附能力的濾料，這種濾料可以應用于污水處理。也有用污泥、粘土以及一定量的燃料成功研制生產了污泥陶粒。陶粒是輕骨料中的重要成員，也是目前應用形式最多的。陶粒燒制一般采用回轉窯焚燒工藝見，與其匹配的原料制備、污泥脫水、干化、粉磨、窯外成球、窯內成球、燒成熱工、篩選分級、原料化驗控制、成品出廠檢測并其相適應的燒成技術，設備配套、自動化控制。
2.污泥制陶粒可行性評價
上個世紀80年代污泥制作陶粒的技術在國外就己經日趨成熟。目前國內也有成熟的工藝流程。但該技術工藝在建設中需要建立獨立的焚燒爐，投資運行費用大，污泥的有機成分不能完全分解利用，甚至有些成品后的陶粒燒脹性不足。可以借鑒國外的工藝，對工藝精細改造，成品后對陶粒的物理性能和浸出液進行檢測，達到陶瓷作為建筑材料的標準。
成陶作用過程中有三大類物質非常必要，一類物質是有：SiO2， Al2O3及Fe2O3，這些在污泥原料中占很大比例，另外是起助熔作用的熔劑氧化物有：Na2O，K2O，FeO，MgO，其三是發氣物，在物料達到高溫時產生氣體，如水蒸氣、二氧化碳、氧氣、一氧化碳、氫氣等，污泥鍛燒時會產生氣體，配合相應工藝流程并結合輔助劑會使料球發生燒脹，達到陶粒要求，因此技術上是可行的，但要找到污泥制陶的最佳燒結方案，控制好工藝參數。
三、污泥無害化建材—污泥水泥
1.污泥制作水泥工藝介紹
污泥脫水后既可以用作水泥的原材料，也可以起到提供熱值的作用。日本利用城市污泥焚燒制作了“生態水泥”，大大降低了廢物處理的負荷，實現了污泥資源化。我國也在“生態水泥”的研發中做了許多研究。利用污泥做“生態水泥’，基本有三種工藝流程：一是直接對污泥進行脫水利用;二是對污泥進行人工干燥;三是對污泥焚燒成灰利用。無論哪種工藝流程，污泥中無機成分必須符合生產水泥的要求，確保生產出符合國家標準的水泥熟料。目前利用水泥窯處置污泥技術受到關注和廣泛應用，這種技術制造的水泥與普通硅酸鹽水泥相比在某些性能方而有更為優越的表現。
2.污泥制水泥可行性評價
污泥制水泥雖然可將有機物徹底分解、將金屬離子固化在水泥晶格中等優點，但亦存在制得水泥強度較低的問題。因此要控制污泥的含量，以及國家和地區間的實際工藝情況，這些客觀因素都要充分考慮。無論是應用干污泥制作水泥或是污泥焚燒灰制作水泥，兩者對水泥性狀的影響并無差別，干污泥制水泥也存在運輸成本高、制作過程中產生污染氣體等不良影響，因此也要防治二次污染問題。
四、污泥無害化建材—其它建筑材料
污泥的建材利用，除了污泥制磚、污泥制陶粒、污泥制水泥以外，還有許多其它資源化途徑。例如利用污泥制玻璃、污泥制造生化纖維板等其他途徑。污泥焚燒后的灰燼成分中含有一定量的三氧化二鐵和五氧化二磷等晶核物質，因此污泥焚燒適合制作微晶玻璃。污泥為原料制造生化纖維板，主要工藝原理就是利用活性污泥中的生物質含量。這些生物質中所含有機物和酶，即粗蛋白和球蛋白網，這兩種大分子有機物質能溶解于酸、堿、鹽的水溶液中，利用這一特性，在堿性條件對污泥加熱、再經過干燥、加壓等工藝便會發生蛋白質的變性作用，利用蛋白質變性作用制作稱蛋白膠，也稱作活性樹脂，在經過漂白、脫脂等步驟壓制成板材。污泥與熱塑性的聚合物混合從而獲得聚合物復合材料。
