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摘要：本文分析了国内外污水污泥制备建筑砖材料和陶粒的现状，提出基于污泥利用形态上选择原状高含水率脱水污泥，在配合料中可选择页岩，进而符合制备建筑材料砖和陶粒，具有显著优势。
关键词：污水污泥；页岩；建筑材料；制备；性能
引言
在污水处理厂污水处理时会产生较多的污水污泥，其含水率较高，排放量大。按照数据统计，国内目前有883座城市污水处理厂，每年城市污水处理厂，处理量可达到227亿立方米，会产生1500万吨含水量达80%的污水污泥，随城市化发展以及对环境保护力度的强化，我国针对生活污水处置率也逐渐提高，污水污泥排放量逐年增长，因此在城市化发展过程中如何进行污水，污泥处理，成为当前面临的主要环境问题。现有污水污泥采用填埋、土地利用、焚烧等多种方式，但部分方法成本较高，很难处置排放量较多的污水污泥，因此，研究新型的污水污泥资源化利用方法是十分重要的。在建筑施工中建筑材料使用量较大，同时建筑行业对于原料需求量较大，污泥中很多无机成分是与建筑施工中的原材料组分相近的，因此近年来明确选择利用污水污泥制备建筑材料，成为了污泥处置以及资源化发展的趋势。
1 污泥制备建材的发展现状
当前污泥建材的使用方法中，包含砖，水泥，陶粒，生化纤维板，玻璃等，而对于建筑材料砖以及陶粒原料配方较多，生产工艺简单，因此，目前也就最多的是利用污泥制备砖以及陶粒这两种建筑材料。污水污泥通常不能单独进行材料，原材料的制作，需要与其他原材料进行混合使用，现有研究主要采用页岩、粉煤灰、粘土、页岩、煤矸石等混合制备砖以及陶粒。第一，制砖。根据李旺等人使用干燥之后的污泥与粘土和改性剂进行配合，在处于1030℃下，经过6小时烧制配置，因为抗压强度为12MPa以上的砖。根据赵伟等的研究，使用页岩与10%干污泥进行配合，制备符合国家标准性能的烧结砖。任伯帜在粉煤灰、粘土砖中加入30%的污泥，含水率为80%，所制备的成品可达到国家标准要求。国外研究学者D．F．Lin利用污水污泥焚烧灰以及粘土配置烧制砖原料。通过实验研究发现，当污泥灰的掺量达到30%左右，处于1000℃下，烧至6小时，可制备符合质量要求的烧结砖。第二，制陶粒。根据张云峰等人使用高岭土、干污泥粉、黑粘土、废渣进行陶粒原材料配制，在一定配合比和工艺参数下，可设置强度为4.9MPa，吸水率为2.6%的陶粒。许国仁等人使用粘土、干污泥以及粘结剂，经过混合之后制备密度为519kg/m³，颗粒表观密度为1112kg/m³，吸水率为16.6%的陶粒。蔡昌风等人将粉煤灰烘干污泥粉加入一定含量的粘土进行陶粒制备，结果发现，陶粒的吸水率为70%左右，表观密度为800kg/m³，可将其作为污水处理滤料。
2 污泥制备砖和陶粒的不足之处
近年来多名学者普遍采用污水污泥进行砖及陶粒的制备，但大多数采用的是干燥污泥或者污泥焚烧灰，之后向其中混入部分粉煤灰或粘土制备砖及陶粒。然而在现有的污泥制备砖和陶粒中，也存在很多问题，第一，污水污泥利用形态。由于污泥焚烧的处置方法，使用技术相对复杂，而且成本较高，运行费用高是其他工艺业成本的三倍左右，因此，国内目前很难完成。污水污泥处置基于污泥焚烧灰制备砖和陶粒的相关研究，无法在国内实现广泛应用。其次，通过机械脱水之后的污水污泥，其含水率能够达到80%，并且呈现絮状，具有较强的保水能力，同时污水污泥烘干之后，收缩率大，干燥之后相对结构性变致密，表层称为硬壳，会阻碍水分向外扩散，因此，使污泥再次脱水难度是比较高的。根据马学文等人研究发现，污水污泥的干燥速率会随着颗粒增加而逐渐减小，对于高于10克的团絮污水问题，在处于100℃下干燥需经过450分钟的时间，而事实上污泥团絮的时间远大于450分钟，因此，要想使干燥污水污泥达到绝干状态，难度是比较大的，并且需要耗费较多能源。当前所使用的污泥干化系统，每蒸发一吨水需要消耗热能达3000MG，按照70%热效率来看，需要燃烧煤炭约150kg。
现有的污水污泥干燥技术是针对后续焚烧或堆肥进行设计的，通常干燥之后的污水污泥含水率可达到10%以上，甚至会达到45%。在80%属于是污水污泥呈现疏散絮凝状，很容易分散，可通过搅拌的方式与其他原材料进行混合，在达到50%含水率时，污水污染会形成很难分散的柔软可塑状态，无法与其他原材料进行混合。当污水污泥含水率达到10%时，会形成固体颗粒，仅能使用强力的破碎法才能够将其分散，因此，通常干燥之后的污水污泥很难与原材料进行混合，如果通过研磨方式分散，需要将污水污泥干燥，降低含水率，而在干燥过程中耗能较高，因此，将污泥干燥磨粉再次利用是不可行的，因此，将污水污泥与其他原材料进行配合作为建筑材料原材料时，需保持易分散的疏松絮凝状态含水率，即可使用原状高含水率脱水污泥。
第二，污水污泥配合料。近年来，随国家大力保护耕地，以粘土作为原材料的建筑行业受到了一定程度限制，国内目前在一些大型城市禁止使用粘土烧结砖，因此，以粘土作为污泥配合料很长时间难以推广应用，并且粘土具有较高的含水率，如果与高含水率污水污泥进行配合之后，会导致生料含水率较高，需要降低污水污泥掺入量，以降低其使用率。虽然加入粉煤灰后是比较好的选择，但粉煤灰属于瘠性材料，本身不具备塑性，因此与污水污泥混合之后很难成型，通常需要加入粘土等一些塑形材料，并且作为粘合剂，同时消纳污泥的数量有限，此外，使用粉煤灰进行烧成建材制备时，性能方面存在很多问题。比如粉煤灰进行陶粒原材料制备时，所生产的陶粒具有较大的密度，吸水率高，质量不理想，使用粉煤灰与污水污泥掺合制备陶粒时，陶粒表观密度大，吸水率高，整体来看是不理想的，因此，需要选择来源相对广泛，在构成上与粘土成分相近的原材料将其作为污水污泥的配合料，所要提高页岩使用，进行制备。
3 原状脱水污泥复合页岩进行建筑材料制备的优势
结合上述研究，发现污水污泥与其他材料进行配合，当用作建筑材料时，应当选择较高含水率脱水无泥，同时以页岩作为配合料，将两者混合用于建筑材料砖和陶粒的制备。首先，直接使用原状脱水污泥进行砖以及陶粒的制备，相比污泥焚烧灰来说，能够消纳燃烧灰分，同时利用原有污泥中有机质燃烧热值，显着降低燃烧过程中的能耗。如下表所示，为污水污泥塑性指数的测试根据，该表可以发现，脱水污泥具有较高的塑性指数，是高塑性粉质的基础类型。利用30%原状脱水污泥，将其与页岩进行混合，最终塑性比相比使用纯页岩塑性比要高很多，主要是由于原状脱水污泥中呈现疏松絮凝态，还有大量有机质，且以丝絮状缠绕在固体颗粒表面，有机质腐殖质也会形成粘稠较高的化合物，提高其塑性，因此，相比污泥粉烧灰、干污泥粉直接利用来说，运用原状脱水污泥具有一定的优势，能够改善页岩混合料塑性，利于材料成型。除此之外，可使用页岩来代替粘度进行建筑材料的生产，这也是目前国内新型建筑材料所提倡的内容，页岩是泥质岩土，含有较多粘土价值矿物，与粘土具有相似的性质，可作为最佳取代材料，目前成为烧制类建筑材料的重要原料，我国具有丰富的页岩储量，每个省的储量都比较多。因此，可提供页岩烧结砖的开采利用。开采页岩可为地方节约耕地，甚至还可实现开山造田。除此之外，相比粘度来说，利用页岩进行制砖，性能较好，页岩砖坯干燥收缩为6%。粘土为3%。～2%之间。干燥敏感系数低，收缩低、能够防止干燥裂纹形成，为快速干燥打下基础，相比粘土砖来说，页岩制砖烧成速度较快，其质量较好，外观尺寸偏差小，同时，其强度要高，但吸水率低，具有良好的耐久性和抗冻性。
小结
总而言之，污水污泥建材资源化使用途径较多。直接采用原状高含水率脱水污泥配合页岩进行砖以及陶粒制作时，在经济环保角度上具有十分重要的意义。当前国家提倡绿色建筑材料，因此。在这方面还需要进一步深入研究和推广。
参考文献：
[1]罗晖.污水污泥页岩建筑材料制备与性能研究[D].重庆大学，2010.
[2]陈伟.高含水率污水污泥复合页岩制备轻质陶粒研究[C]// 2011中国材料研讨会.0.
[3]岳燕飞.污水污泥外掺页岩粉煤灰改性及陶粒制备[D].重庆大学，2010.