【正文】 .20第一章 緒論以科學發(fā)展觀為指導，以改善城市生態(tài)環(huán)境、促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，是建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必由之路。因此，以技術可靠、經(jīng)濟合理、綜合治理和利用為目標的新技術，就應當堅持科學研究，因地制宜，注重實效的思路來開展。為此，就城市污泥而言，以焚燒技術進行資源化利用，就成為多元化、綜合性處理處置污泥的主要模式。本文針對這一現(xiàn)狀，提出了利用污泥燒制陶粒新技術的發(fā)展與研究的新課題。它是建立在物質不斷循環(huán)利用的基礎之上的，同時又要求經(jīng)濟運行，必須遵循“資源－產(chǎn)品－再生資源”的物質反復循環(huán)流動，也是一種環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會發(fā)展的經(jīng)濟模式。這也決定了處理處置污泥的手段和方法的多種多樣性，很難也不能以一種方法覆蓋全貌。可作轉、瓦原料予以利用，有的要以物理、化學方法交錯技術予以無害化處置。那么，什么是陶粒？陶粒是一種建筑材料，其外觀特征大部分呈圓形或橢圓形球體，但也有一些仿碎石陶粒不是圓形或橢圓形球體，而呈不規(guī)則碎石狀。它的表面是一層堅硬的外殼，這層外殼呈陶質或釉質，具有隔水、保氣的作用，并且必須賦予陶粒較高的強度。陶粒，一般用來取代混凝土中的碎石和卵石。 陶粒，具有密度小、質輕、保溫、隔熱，而且有較好的物理性能，也可作為水處理中的一種濾料。以廢棄污泥燒制成陶粒，其意義有兩：一是經(jīng)濟意義。利用污泥燒制陶粒，是針對某些有選擇的污泥源，從而向建筑材料這個廣闊領域去尋找出路，應該說這是一個方向。就經(jīng)濟意義而言。這里所指的投入，其一是把“棄料”改造成“原料”所化的代價，及燒制過程中的相應費用。所以，最終經(jīng)濟效益是可取的。三是從其污泥源頭來看，廢棄污泥只能越來越多不會枯絕。再從社會效益來看。這不但使河床抬高，減少庫容，降低通航能力，影響交通，而且又臟又臭，污染水體和環(huán)境，導致赤潮、藍藻的爆發(fā)，影響生產(chǎn)和生活，更由于調蓄能力的降低、引洪能力的減弱，特別在汛期來臨之時造成洪水泛濫，危及提防，水災難免。其二，城市污水處理廠的污泥，由于污水處理廠的日益發(fā)展，其終端廢棄污泥的排放也日益增多，而它的特征是：含水率高（多達70%?98%）難以焚燒，運輸成本高，堆放占地面積大，直接填埋則會使填埋場提前報廢；其三，微生物、病原體含量高，不加處理，直接施用或棄置會污染食物鏈；其四，惡臭污染環(huán)境，同時向大氣排放溫室氣體（是二氧化碳的20倍）；其五，含有重金屬，如果不加控制使用，可能污染土地，造成不可逆的耕地退化。另外，再從可持續(xù)發(fā)展的觀點看。例如，造紙、皮革、電鍍、機制、采油、運駁等等，由此產(chǎn)生的污泥又是有害，又是成分復雜。為了我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，為了我們的子孫后代，科學地、合理地處理處置污泥，已成為我輩不可推卸的歷史重任【3】。 國外概況1994 年, 美國威斯康辛(W isconsin)公司建成世界上第一家利用城市污泥生產(chǎn)陶粒的工廠, 年產(chǎn)量約10萬m3, 由于產(chǎn)品質量好, 得到政府和污水處理廠補貼企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益很好【4】。17日，記者在金壇市博大陶粒制品廠見識了這一神奇過程。 據(jù)了解，污水處理廠產(chǎn)生的污泥目前主要采用焚燒、填埋和堆肥三種處置辦法。由此，污泥無害化處理矛盾日益突出，成為全國亟待破解的重大難題，我省將其列為2009年全省7大突出環(huán)境問題的第一題。去年，企業(yè)與西安墻體材料研究設計院合作，投入1000多萬元改造生產(chǎn)工藝，利用薛埠方山的黃色膨潤土資源，將污泥與膨潤土混合勻化、陳化堆棚、對輥制粒、回窯轉燒等制成陶粒，今年9月獲得成功，真正實現(xiàn)了污泥無害化、資源化、效益化處理并利用；而且每噸處理費用只要五六十元，產(chǎn)生效益卻是它的十多倍。據(jù)該廠總經(jīng)理王謀泉介紹，隨著住宅建筑觀念的改變，選擇陶粒作墻體保溫建材已被許多房屋開發(fā)企業(yè)接受。記者同時獲悉，金壇市本來準備投入2000多萬元新建污泥焚燒廠的資金因此而省下；并已出臺污水處理廠污泥治理專項規(guī)劃，到明年底，6個城鎮(zhèn)污水處理廠除1個廠的污泥繼續(xù)用于制作復合肥外，其余全部送博大陶粒制品廠制作陶粒，使全市包括印染、電鍍、化工行業(yè)污泥在內的所有污泥無害化處置率達到100%。生產(chǎn)線投產(chǎn)后，將大大緩解我市河道淤泥和污水廠污泥的處理壓力。如何對這些污泥進行處理，也成為一個難題。污水處理二期工程建成后，日處理污水量將達到15萬噸，污泥量也將成倍增長。同時，成堆的污泥也會給環(huán)境造成影響。而陶粒及其制品的密度輕、相對強度高，隔熱保溫及耐火性能好，具有廣闊的市場前景，真正實現(xiàn)了“變廢為寶”，實現(xiàn)了污泥的資源化突破，破解了污泥處理難題【6】。廣州華惠輕質陶粒制品廠利用城市污水處理廠污泥,替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質陶粒獲得成功,已經(jīng)應用于實際生產(chǎn), 日處理污泥量已達到300 t/d,過去注珠江口填海的污泥得以在利用[ 7 ]池長江等人在1995年以污泥為主要原料, 摻以粘土和少量固體燃料研制生產(chǎn)出污泥陶粒, 使污泥變廢為寶, 有利于改善環(huán)境污染, 具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益[ 8]。整體性好、施工簡便?？捎谰眯允褂?。用于衛(wèi)生間廁盆、浴缸回填,大大減輕了樓面荷載。本論文以污泥作為主要原料，以高嶺土和碳酸鈣、碳鋁粉作為輔料來燒制陶粒濾料，對配料的最佳配比進行了篩選。綜上可以看出，以脫水污泥制備陶粒濾料，既解決了污泥的二次污染問題，同時又將污泥變“廢”為“寶”，使其成為一種有用的資源，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益的完美結合，走出了一條可持續(xù)發(fā)展的新路。第二章 試驗原理、設備及試驗操作、技術路線污泥是由代謝的微生物尸體和吸附物組成，排放時含水量在99%以上，經(jīng)過機械脫水后呈泥土狀，含水率仍達80%左右。但由于現(xiàn)在許多城市的排水系統(tǒng)大多有工業(yè)廢水排入，致使脫水污泥中的有害物質增多，另外脫水污泥經(jīng)機械脫水時，加入的絮凝劑對土壤有板結作用，當用于農(nóng)業(yè)應用時，易使土質惡化，同時污泥中的有害物質會在土壤中累積，病毒等也易污染土壤，直接或間接地危害人類的身體健康[9]。部分地區(qū)的脫水污泥甚至沒有經(jīng)過處理，露天堆放，容易重新循環(huán)到環(huán)境中，再次造成污染。但焚燒處理的費用較高，每噸污泥（含水率80%）的處理成本在200元左右[10]。因而，我們有必要對脫水污泥的處理處置及資源化進行研究，找出適合我國國情的處理處置及資源化方法。上海建筑科學研究所對直接利用脫水污泥制陶粒的研究實驗，所使用的為工業(yè)污泥[11]，且只作配料，用量很少，占20%左右，未能達到大量處理脫水污泥的目的。用脫水污泥制取陶粒不僅將污泥農(nóng)用的風險減少，且能變廢為寶，達到以廢治廢的目的，大大降低了處理脫水污泥的費用。關于陶粒的燒脹，許多專家認為，其原料應當滿足下列兩個條件才能產(chǎn)生膨脹[12]第一、它應當有一定的化學組成，并有一定數(shù)量的對SiO2和Al2O3起助熔作用的熔劑，使物料在高溫下產(chǎn)生足夠粘稠的熔融物，以便能夠包住氣體，產(chǎn)生孔隙。以上兩個條件主要決定于原料的化學成分和礦物組成。對原料成分的要求Riley和Wilson做了大量的工作[13]，通過對大量樣品膨脹性能的研究，他們提出了一個以氧化硅、氧化鋁和熔融物（氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂、氧化鉀、氧化鈉）為三個頂點的相圖，如圖31所示。丹麥史密斯公司的專家根據(jù)對Leca陶粒的原料化學成分進行統(tǒng)計，認為具有一般燒脹性能的陶粒原料，其組成成分范圍應如圖21中所示[14]。但污泥的無機成分不能滿足對原料化學成分的要求，因此我們需要對原料的成分進行調整，添加一定的物質，使之滿足條件。我們用于生產(chǎn)陶粒的主要原料是脫水污泥,由于其中含有大量的有機質和其它物質,因而采用蒸壓和蒸養(yǎng)的方法都不可能。另外，城市生活污泥制取陶粒的研究在成球工藝上一般有兩種工藝，即使用成球盤的粉磨成球和擠壓的塑化成球。所以我們采用擠壓的塑化成球。本試驗采用的試驗原料有：脫水污泥（武進城區(qū)污水處理廠）高嶺土（福州）碳以上各原料的化學組成如表3所示。首先稱好高嶺土所需的量，同時稱量碳一起加入已稱好的脫水污泥中，反復多次地混合，使原料輔料充分混合均勻。將生料球放入電熱鼓風恒溫干燥箱中，在100℃～110℃的條件下干燥。把箱式電阻爐升溫到燒脹溫度，將經(jīng)過預處理的料球快速移到箱式電阻爐內，讓其恒溫焙燒到規(guī)定的燒脹時間后取出，在空氣中自然冷卻，即得到所需的產(chǎn)品。測定方法按中華人民共和國國家標準《輕質骨料試驗方法》[16]的規(guī)定進行。用藥匙將陶粒從離