污泥处置与建材化的现状研究

张冰心

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

0 前 言

随着我国城市化进程的加快、城市人口的激增。城市中生活污水越来越多，随之而来污水中的污泥也越来越多。预计到2020年，我国污泥产量每年将会达6 000万t[1]。鉴于如此大的污泥产量，我国相对于其他发达国家而言污泥的处理与处置制度及方法还不够完善，甚至出现了“乱丢、乱弃”的现象，甚至经过处置的污泥出现了“二次污染”的问题。因此，污泥的妥善处置问题已经刻不容缓。但如何让污泥走上“绿色环保”的处置道路，最终实现“变废为保”的目标，成为研究人员们不断努力的方向。

1 污泥处置的现状

污泥：污泥是污水处理后留下的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。主要有含水率高、有机物含量高、易腐化发臭、颗粒较细、比重较小、呈胶状液态等特点，是介于液体和固体之间的浓稠物，可以用泵运输，但很难通过沉降进行固液分离。

污泥具有来源比较广泛、区域性强、成分比较复杂、产量大等特征，若不能妥善处置将会引发“二次污染”的严重后果[2]。据统计，目前我国有70%以上的污泥属于弃置状态，剩下的部分主要采用土地利用和填埋两种方式[3]。但随着国家综合国力的增强以及人们对于污泥处理与处置不当带来不可估量损失的深刻认识，政府相关部门已经投入了大量的资金并颁布了一些法律条文，污泥的处理与处置问题也将会得到改善[4]。

2 污泥的处置技术

污泥的处置是处理的最终产物，两者是相互影响、相互作用的关系。任何一步的处理或处置不当最终都实现不了污泥“减容化、无害化、稳定化、资源化”的目标[5]。根据《城镇污水处理厂污泥处置分类》(GB23484-2009)中将污泥的处置分为四大类：土地利用、填埋、焚烧及建材化四种。就我国目前污泥的处理与处置的成效并未达到理想中的效果，因此，在污泥的妥善处理与处置方面我们依然任重而道远。

2.1 土地利用

土地利用分为：农田堆肥、林地利用、绿化利用等。土地利用主要是充分利用污泥中的微量元素以及一些有益的细菌，不仅可以给作物增加肥力，还能够改善土壤的结构。但要注意污泥中的重金属、细菌病毒等有害物质，必须保证使其含量在满足国家规范符合要求时方可用于土地利用 。

2.2 卫生填埋

卫生填埋是一种污泥处理周期短、消纳量大、经济性好、见效快的一种处置方式。但具有二次污染的可能性大、浪费土地资源等缺点。

2.3 焚 烧

污泥焚烧可以消灭污泥中携带的病毒等有害细菌，并分解内部的有机物。具有减容速度快、无害化、热量回收利用等优点，但处理的费用高及焚烧时排放的烟气易污染空气等缺点的制约，一直影响着焚烧技术的推广使用。

3 污泥的建材资源化

3.1 污泥用作建材的可行性分析

近年来一向被称为“基建狂魔”的我国在建筑业取得了举世瞩目的成就。例如：刚竣工的“北京大兴国际机场”“港珠澳大桥”等，有些不可再生的建材资源已经面临着枯竭的危险、有些由于生产工艺等原因严重污染了周围环境。为缓解以上的困境，国家提出 “绿色、环保、废物再利用”的号召。专家学者们花费大量的时间和精力致力于污泥的研究。因污泥本身具有成分比较复杂，地域性差异大、易受季节影响等特点，给污泥的妥善处置增加了难度。与其他的处置方式相比，污泥建材化是比较有效的处置方式之一。研究发现污泥的化学成分中有效氧化物的成分含量与某些建材中的十分相似；污泥中含有有机物、细菌及病毒等其他有害物质，经过高温烧制被完全消除；污泥中重金属含量及浸出问题同样困扰着研究人员，经研究发现将污泥用于制造建材时可以有效地将其固化在建材中不会引起再次污染问题。

3.2 污泥建材化现状

3.2.1 污泥制砖

据国家发改委消息，2010年底，我国所有城市城区将禁止使用毁田耗能的实心黏土砖，我国实心黏土砖产量控制在4 000亿块以下。据悉，我国每年因生产黏土砖毁田50万亩，黏土砖在使用中因保温隔热性能差致使建筑能耗总量大。由上述材料可知我国制砖的主要原料黏土资源十分短缺，而污泥的一些氧化物含量与黏土的主要化学成分十分相似。将污泥替代部分黏土制砖不仅可以节约黏土资源，而且实现了污泥废物再利用，可谓是一举两得。

污泥制砖方法一般可以分为两种：干化污泥直接制砖与污泥焚烧灰制砖。

1)干化污泥直接制砖。干化污泥制砖是指直接将干化处理后的污泥部分替代黏土和其他的材料混合在一起压制成砖的过程。李淑展等[6]的研究表明当污泥的取代率达到15%左右时制得的砖，不仅强度达到普通砖M20的强度左右、抗磨性好而且重金属的浸出量也符合规范的要求。李庆繁[7]用烧失量小于50%的污泥和其他材料混合之后制成砖的烧失量符合相关规范的要求。赵伟[8]将污泥的取代率达到30%时所烧制砖的性能符合国家对于普通砖的指标要求。 Okuno Nand Takahashi S[9]研究发现将污泥全部取代黏土烧制的砖，无论是强度还是外观都比普通的黏土砖好；烧砖时的温度大小主要取决于P2O5的浓度的大小；通过化学的方法将污泥的吸水率控制在4%以下时，砖表面泛霜及苔藓的问题就能有效控制。

2)污泥焚烧灰制砖。污泥焚烧处理的方法是减容效果相对较好的处理方法。日本大阪的制砖厂大部分采用的是污泥焚烧灰制砖。烧制的砖不仅经济性好且大部分重金属被固化在砖内，不用担心重金属的浸出问题[10]。

3.2.2 污泥制水泥

水泥是将石灰石、黏土、铁矿粉按比例磨细混合，在1 450 ℃左右的高温中煅烧而成，并将煅烧后的产物和石膏一起磨细按比例混合之后的混合物称之为水泥。据统计2019年我国的水泥年产量达25亿t左右位居世界第一，为了给资源减负并降低污泥废弃物处置的负担，日本早在20世纪末就将焚烧过的污泥用于生态水泥的生产并已经进行了工业化生产模式[11]。

3.2.3 污泥制陶粒

陶粒是轻骨料的一种，具有保温、隔声的特点。薛凯旋等[12]试验得出了当陶粒的性能最佳时各种材料的配比情况。贺君等[13]以污泥为原料烧制陶粒，当烧制温度在1 140 ℃时，烧制出了密度等级在900级以上，容重比普通的骨料较小的陶粒，按照不同的颗粒级配筛分之后替代轻集料混凝土中的粗细集料使用。韩露[14]通过试验不仅将污泥烧制陶粒并成功将陶粒用于水处理的填料试验。罗晖[15]将污泥用于烧制陶粒时发现，当污泥的掺量在一定范围时重金属的固化能力比污泥制砖时重金属的固化能力强，浸出量符合国家规范的要求。

4 污泥建材化中遇到的问题及解决办法

污泥建材化填补了我国目前建材原材料匮乏的缺口，也为如何妥善、合理处置污泥的问题找到了解决办法。当然在实际的生产实践中也遇到一些令人棘手的问题。

首先，污泥建材化处置方式虽然在理论上是可行的，但我国对于污泥处理与处置的技术、设备、设施都比较落后，导致这些理论基本上只是停留在理论方面并未有效地用于实践中。因此，国家及相关政府部门加大投资力度，借鉴国外先进有效的处置技术，完善相关建筑设施的规范。

其次，综合污泥自身的特点(成分复杂多变、地域性强、易受季节等外部因素的影响)及国内关于污泥处理与处置的规范性的文件及政策等方面较少。因此，污泥生产的建材的安全与否对于消费者来说还存在一定的怀疑态度。针对上述出现的问题，一方面政府应该完善污泥建材化处置的相关技术规范，另一方面政府应该出面引导扶持相关处理厂的污泥建材化处置项目，从而增强消费者对产品的信任同时企业家们也应该按规则生产建材，切不可为了谋取私利而做违法之事。

最后污泥应用于建材的制造，无论是将污泥用于制砖、制陶粒还是制水泥等建筑材料，在满足材料的基本性能的条件下污泥掺量都很小。我国污泥增长速度呈现出递增的趋势，污泥的建材化远不能达到污泥处置的目标。因此，如何将污泥更多地用于建材中成为了众多专家、学者们努力的工作重心[16]。

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