昊磐技能|如何利用陶粒生产处理城市淤泥！

据住建部《中国城市建设统计年鉴》统计，污水处理能力为13087万吨/日，较去年涨幅近5.1%。污水处理量连年增长，污泥作为污水处理的副产物，其产生量也随之增加，我国城市污水处理量达3827239万吨，而城市湿污泥产生量为2143万吨（保守估计，按1万吨污水产生5.6吨湿污泥计算）。在环保产业的“新常态”下， 我国相继颁布了一系列国家政策和行业标准，其中《水十条》明确了现有污泥处理处置设施应于2018年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。随着政策利好和高成长性因素驱动下，污泥处理处置行业有望突破瓶颈期，驶入快车道。

1城市淤泥处理现状

1.1卫生填埋

污泥卫生填埋始于20世纪60年代，是一项比较成熟的污泥处置技术。污泥既可单独填埋也可与生活垃圾和工业废物一起填埋。这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。填埋场一般为废弃的矿坑或天然的低洼地。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当，这种液体就会进入地下水层，污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。另外，适合污泥填埋的场所也因城市污泥的大量产出而越来越有限，这也限制了该法的进一步发展。

1.2 直接土地利用

污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，被认为是最有发展潜力的一种处置方式，这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地（如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地）的修复与重建，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。但是该方法也有几个问题很难解决，如污泥中的有害生物的完全杀灭，重金属污染等问题。

1.3 污泥的焚烧

湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积；但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高。

2利用陶粒生产进行污泥处理的可行性

2.1城市淤泥的主要成分

2.1.1含水率

由于城市污水的成份各地都不会相差很大，其含水率的大小一般和污水厂的生产工艺和生产设备有关。一般板框式压虑机含水最低，可达55%左右。带式压虑机在75%左右，而转筒式离心脱水机水分可达80%以上。目前应用最广的是带式压虑机。

2.1.2有机质含量

污泥的有机质含量一般均较高，包含各种成份，一般用烧失量来表示有机质含量。一般城市污泥的干基烧失重在50%-65%之间，有机质在高温下会分解成易燃的挥发份和碳。

2.1.3其他成分

城市污泥经烘干，高温烧灼后留下的灰份数量很少，一般只占总量的8%-15%。其成份也有一定的区别，但其主要成分都是陶粒生产中的主要原料。

2.2陶粒原料的基本要求

2.2.1水分

陶粒生产的原理可知，只要能满足成球条件，含水率越低其能耗要求越小。因此，陶粒生产中原料的水分一般在17%-30%范围内，过低不利于成球，过高严重影响产量。

2.2.2烧失量

根据陶粒生产中最重要的气体来源反应式；

2Fe2O3 +C→4FeO+CO2 ↑

一般要求陶粒在最后发气阶段有一定量的碳存在。而烧失量其中最大成分就是有机质，考虑升温段的被分解和被氧化，因此对陶粒原料的烧失量要求一般在5%以上。但当原料中烧失量过多时，陶粒在发气时碳含量过高会造成陶粒软化粘度和表面张力增大，不利于膨胀。因此排除碳酸钙分解的影响，一般要求原料中的烧失量在5%-10%。

2.2.3化学成分

根据国内外资料介绍陶粒生产中对原料（干基）化学成份的一般要求：

2.3城市淤泥和页岩原料的配方试验

2.3.1页岩原料的选择

根据陶粒生产要求和污泥的性质，适合大量使用污泥的原料应具备含水率低、烧失量小、化学成分合适的条件。经多方筛选，有一种页岩非常适合上述条件。该页岩的含水率在11%左右，其干基化学成分如下。

2.3.2试验方法

试验采用操作简单的一段高温烧结法。具体内容为将页岩烘干后粉磨，按配方要求掺入污泥。用手工混合均匀，再成球。将球放入105℃烘箱内烘干，烘干后再将料球放入高温炉内按设定温度烧结10分钟。试验采用最高烧结温度和对应的表观密度为试验结果。

2.3.3试验配方

根据各材料水份、烧失量、化学成分，设定配方如下：

2.3.4试验结果

2.3.5试验总结

通过试验我们可以发现页岩污泥陶粒的几个特点

1)污泥掺入页岩粉做陶粒完全可行，且掺量合适完全有益。

2)配方中污泥掺量越大，其烧结温度越低。

3)污泥掺量大小对陶粒表观密度影响很大，可根据对陶粒成品的要求来调整污泥掺量。

4)两种污泥的成份性质基本相同，其掺量的影响规律一样。

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用城市淤泥进行陶粒生产

3.1生产中的主要技术

3.1.1污泥掺量的限制条件

（1）水份的限制

由于水的蒸发需要吸收大量的热量，且大多的陶粒回转窑产量受限的主要原因就是小窑烘干能力受限。根据大量生产实践总结，一般陶粒回转窑（未安装特殊的窑尾热交换器）的原料料球含水率不应大于25%。料球水分过高，会造成料球在小窑内烘干不完全，料球带水份进入高温区。造成料球烘干裂纹，甚至出现碎球等情况。减少进料量往往是高水份料球烧制的唯一办法，但为多用污泥而大幅减少陶粒产量，降低陶粒质量会得不偿失。按原料总水分30%为上限计算，含水80%的污泥和含水10%页岩的最大掺合比为0.4比1。

（2）烧失量的限制

污泥中的烧失量主要是有机质成份，其在烧制陶粒过程中会因为高温分解。一部分分解成可燃的挥发份，另一部分碳化最后以碳的形式参与反应。陶粒料球烧失量过高会有两个对陶粒生产不利的影响。一是过多的挥发份从陶粒料球内部排出会留下过多的气体排出通道，甚至出现裂缝，不利于陶粒膨胀时的气体保留。另一方面，过多的残留碳会大幅增长陶粒膨胀时的软化粘度和表面张力，同样不利于陶粒的膨胀。当然，通过减慢回转窑转速可以多消耗残留碳，但窑速过慢影响产量也不具有经济性。因此，按总烧失量不大于10%计算（生产超轻陶粒的原料总烧失量应按不大于8%计算），干基烧失量为66%的污泥和干基烧失量为3.8%的页岩干基最大掺掺合比为0.11比1，考虑原料的含水率，其实际最大掺掺合比为0.6比1。如果页岩烧失量高的话，该比例将大幅下降。

（3）其它化学成份的影响

由于污泥中固形物含量很低，污泥掺加后陶粒生料球中要求范围较宽的SiO2、Al2O3含量一般不会超出要求范围，但污泥中CaO的含量应该关注。有些污泥由于其生产工艺，决定了CaO含量较高，CaO高的陶粒原料会严重影响产量，甚至会严重降低成品质量，一般要求料球CaO含量不超过7%。有些污泥中Fe2O3含量也较高，可有效降低陶粒的容重，提高产量。但过多的Fe2O3含量也会引起陶粒成品的耐久性下降，一般要求料球Fe2O3含量不超过10%。

3.1.2污泥的存储和运送

城市污水主要由生活污水、少量工业污水和部分雨水渗入混合组成。污水处理后产出的污泥含有大量水份、有机质，其中还有大量菌类（包括病菌）、虫卵，臭气很大。并且污水处理厂还在生产中加入了絮凝剂，因此污泥一般呈较稀的胶凝状。污泥的这些性状决定了它的运送和储存要求：不能泵送，不能敞开式堆放。现在比较先进的污泥仓储方式有两种；一种是密封式仓库配污泥池，采用自卸车倒入，用起重抓斗将污泥运送至使用处。另一种是采用柱塞泵将污泥运至高位料仓储存，通过自重和螺输相结合的方法来使用污泥。两种方案各有特点；第一种技术要求较低，设备可靠，可操作性好。第二种方案节约场地，环境卫生，使用方便，维护要求高.

3.1.3配料和混合

湿污泥的水份较大，但流动性很差，可通过螺旋输送机来运送。通过变频器调节螺输的转速可以调节污泥的运送量。因此页岩粉和湿污泥配料和混合的工艺流程为：分别通过变频螺输将页岩粉和污泥送入双轴搅拌机搅拌，将搅拌好的生料经陈化后送入轮碾机经轮碾后再造粒。

3.2工艺流程图

超轻页岩污泥陶粒生产线工艺流程图：

3.3经济效应

将污泥加入页岩粉磨成球陶粒，不仅有其社会价值，还有其丰厚的经济回报。

1）可完全取消页岩粉磨陶粒生产中的外加有机质补充，此一项可节约成本约每方3-5元。

2）适度的增加污泥用量可减少陶粒烧制时的燃料用量。污泥的干基热值约为：每增加10%污泥掺量，约可减燃料用量8%。此一项可节约成本约每方3-8元。

3）可享受污泥处理费。随着国家环境保护法律法规的从严，环保产业的发展。污泥的数量将越来来多，污泥的最终处置负荷也越来越大，污泥处理费也越来越贵。按每吨150元计算，掺量30%的污泥陶粒可降低成本约每方20-25元。

4总结

在陶粒生产中加入适量的污泥，技术上完全可行，不仅具有较大的社会价值还有很高的经济价值。其核心的原理是利用污泥中的主要成份是陶粒生产的原料这一特点，将污泥通过陶粒生产的高温进行烧结。不仅做到了杀菌、消毒，还可以让污泥中的少量重金属融熔在陶粒的晶格中，实现了污泥的无害化处理。但是陶粒生产中的污泥掺量是受一定的条件限制的，我们不能脱离生产实际去烧制污泥陶粒。过多的污泥掺入量其实不是陶粒生产技术，而是污泥焚烧技术。这是另一个课题，也有其发展方向：包括污泥深度脱水、污泥烘干、污泥协同燃烧、污泥除臭技术等新技术。