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              我國陶粒窯協同處置污泥發展概況

              更新時間:2021-11-10 10:44 來源:亞洲環保網 作者: 扈士凱 李壽德 閱讀:4692 網友評論0

              【谷騰環保網訊】陶粒作為優良節能建筑原料,其制品陶粒輕骨料混凝土在高層建筑結構、橋梁工程、屋面保溫隔熱層、樓面/地面墊層、砌塊、板材、吸聲制品、透水制品、園林、裝飾等建筑中因其具有良好保溫隔熱、高強、抗滲、抗開裂、隔音吸聲等性能而得到廣泛應用。污泥是一種有害廢棄物,但同時污泥也是一種有利用價值的資源,污泥可作為陶粒生產中輔材使用,這不僅達到污泥處置資源化,也降低了陶粒生產成本,具有廣闊的行業前景。

              “隨著固廢陶粒產能規模的不斷壯大,陶粒窯將成為繼水泥窯后,又一可選擇的資源化高溫處置污泥等固廢的技術方案。相比于水泥窯,陶粒窯處置污泥有著自身的特殊優勢,特別是在沒有水泥生產企業,以及受水泥行業錯峰停窯政策等因素影響,水泥廠處置污泥能力較不穩定的地區。”日前,在中國環保機械行業協會水污染防治裝備專業委員會主辦、景津環保股份有限公司、亞洲環保媒體平臺承辦的“第七屆污泥技術與裝備發展研討會”上,中國混凝土與水泥制品協會輕骨料分會、建筑材料工業技術監督研究中心扈士凱秘書長就陶粒窯協同處置污泥的實踐分享了報告,重點介紹了陶粒輕骨料混凝土的各種應用。

              污泥建材化利用的主要方式

              1、燒制水泥熟料

              干化污泥按照一定的比例經過計量和其它原料一起送入生料磨中共同進行烘干、粉磨后成為水泥生料,水泥生料再經過水泥窯內1700℃左右火焰溫度的高溫煅燒(物料溫度可以達到1450℃左右)成為水泥熟料。

              2、污泥制磚(砌塊)

              污泥與黏土、粉煤灰、煤矸石配料,燒制而成等。

              3、污泥制陶粒

              陶粒是在高溫(物料溫度1100℃~1250℃)下燒成的膨脹型硅酸鹽多孔輕質骨料。在建材中主要用于替代砂子、石子生產輕質建材。

              陶粒在建材中主要用于替代砂子、石子生產輕質建材。如砌塊、墻板等

              陶粒的燒制機理:在高溫下粒球熔融,產生適宜的粘度和表面張力,同時內部發生化學反應釋放氣體,氣體作用于熔融液相,產生氣孔而發生膨脹,冷卻后表面為致密堅硬的釉層,內部是封閉的多孔結構。

              陶粒產生膨脹的兩個條件:一是膨脹溫度時熔融液相具有合適的粘度和表面張力。二是同時能夠產生足夠數量的氣體。污泥的主要物相組成是粘土礦物和有機質,粘土礦物是燒制陶粒的主要礦物成分,有機質燃燒時會產生大量氣體,因此能夠用于陶粒的燒制。

              污泥陶粒技術研發歷程

              我國在燒制陶粒的原料中摻配污泥的研究始于上世紀九十年代初期。

              1994年,上海建筑科學研究院在“全國第四屆輕骨料及輕骨料混凝土學術討論會”上介紹了“污泥燒制陶粒的研究”項目成果,揭開了摻配污泥燒制陶粒試驗研究的序幕。

              污泥陶粒前期的基礎理論研究,涵蓋了污泥陶粒的燒脹機理、配比實驗、燒成制度、產品性能以及陶粒中的重金屬固化率和浸出毒性的測試檢驗。

              此階段的研究基本上形成了摻加污泥燒制陶粒的基礎理論體系,得出以下結論:

              (1)污泥的主要化學成分為SiO2、Al2O3等氧化物和有機物,其中的SiO2、Al2O3與基料共同燒結形成結構骨架提供強度,有機物在燒成過程中分解產生氣體,促進陶粒膨脹,有利于降低陶粒密度。

              (2)陶粒的焙燒溫度一般在1200℃左右,污泥中的有機質全部分解,病原菌、寄生蟲等被高溫殺死,有害的重金屬在高溫下被玻璃體包裹或者被固定在新晶相中,固熔于陶粒中,浸出毒性符合相關標準中對重金屬污染物控制標準值的要求,污泥的處置徹底,對環境無害,也不會影響陶粒產品的使用性能。

              污泥陶粒研究開發的第二階段主要集中在生產工藝技術方面。

              2007年,由清華大學環境科學與工程系承擔的“城市污水廠污泥燒結陶??尚行匝芯?rdquo;項目標志著對污泥陶粒的研究開始轉移到生產應用領域,污泥陶粒的研發受到了國家層面的重視。

              2007年~2009年,重慶大學錢覺時教授等承擔的科研課題“污水污泥頁巖輕質陶粒生產關鍵技術研究與應用示范研究”納入了國家高技術研究發展計劃(863計劃);2008年,西安墻體材料研究設計院受企業委托,分別承擔了鎮江化工污泥燒結陶粒的小型試驗與工業化試驗研究和重慶大學“863”項目污泥陶粒示范生產線的建設改造與調試,取得了較好的效果;

              2010年~2012年,西安墻體材料設計研究院承擔國家科技部專項資金項目“污泥陶粒生產工藝技術研究開發”,分三年度分別完成了“污泥陶粒生產工藝關鍵技術研究”、 “污泥陶粒造粒與燒成技術研究”、和“污泥陶粒生產工藝及其裝置優化配置研究”系列研發課題;

              2011年~2014年,由西安墻材院承擔的國家“十二五”科技支撐項目課題“高消納率污泥再生輕骨料及應用技術研究”,進一步對高消納率污泥陶粒的原料預處理技術、除臭技術、配比技術、燒成技術和煙氣處理技術等工藝與裝備進行了系統的研究,提出了年產5萬立方米和年產10萬立方米污泥陶粒建設規模的成套工藝技術與設備選型設計方案,建設完成了一條年產10萬立方米污泥陶粒示范生產線。

              經過兩個階段歷時20年的研究,基本形成了摻配污泥生產陶粒的基礎理論體系和生產工藝技術理論體系,在行業內逐步得到推廣應用。

              污泥在陶粒生產中的應用幾乎與理論研究同期展開。

              2000年,廣州華穗陶粒制品有限公司年產18萬m3的陶粒生產線利用當地河道淤泥和污泥為原、輔料,生產超輕陶粒(堆積密度約 400 kg/m3),開啟了陶粒產業利用污泥的先河。

              陶粒窯協同處置污泥的發展現狀

              利用污泥制陶粒是最近輕骨料行業發展熱點,尤其是在江浙滬地區和廣東省,因為當地政府大力支持,給予優惠的污泥處置政策,如上海每噸300-500元,浙江寧波每噸200-300元,臺州每噸150-250元,湖州每噸150-250元,江蘇南京每噸250元左右。

              這些地區的企業積極進行摻加污泥的生產改造。污泥目前主要來源于河湖清淤污泥、市政污水污泥、工業企業污泥。

              目前大部分江浙滬陶粒生產企業都在使用或嘗試污泥生產陶粒,并取得一定的經濟和社會效益。典型生產企業如江蘇建華陶粒制品有限公司,鎮江雅盛節能科技有限公司、江蘇大自然陶粒有限公司,浙江德宏陶粒制品有限公司等。

              江浙滬利用固體廢棄物制造陶粒取得明顯成效,使用建筑廢棄土、城市污泥、工業污泥等為主要原料,生產陶粒。調查的企業中,13家均摻加了25%~30%左右的污泥作為原料,占企業總數的50%左右,已經成為當地處置污泥的一支生力軍,據不完全統計,這些陶粒生產企業每年可以消納污泥15~20余萬噸。

              陶粒生產中每消納的1噸污泥可獲得相關部門200元左右的處置補貼費用,對一些電鍍污泥的處置其補貼費用更高。按一條年產5萬立方陶粒生產線,每年消納污泥8000噸計算,則可獲得160萬元的污泥補貼,即每立方米陶粒補貼30元左右。

              除江浙滬外,重慶部分陶粒企業作為政府固定的污泥處置的服務點,來協助處置固定片區的污水處理廠污泥,比如重慶升上源環境治理有限公司日處理污泥200多噸,來生產陶粒。污泥處理處置費用由政府購買服務的方式,由市級財政統一支付,建材利用處置污泥的方式處置費標準為193元/噸。

              天津靜海區有100多家工業企業,生產過程產生大量酸洗污泥,環保部門利用信息化手段,全部納入天津市危險廢物在線轉移監管平臺,實現統一化、集中化處理,建設了大邱莊污泥處置中心,全部用于生產陶粒,日處理污泥量已達到300噸,并準備面向全市來處置污泥。

              除了各種市政污泥、工業污泥,工業廢渣、煤矸石、尾礦等固廢之外,油泥等危廢類污泥生產陶粒也進入了實際工業化運作之中,南京揚子環??萍加邢薰緮M新建的揚子石化危廢減量和無害化綠色利用(生產陶粒)項目已于今年 4 月份獲得環評批復,進入前期建設階段。

              不完全統計,全國2018年新增污泥為原料的陶粒產能200余萬方。2020年上半年新增處置污泥的陶粒項目約400余萬方。

              隨著固廢陶粒產能規模的不斷壯大,陶粒窯成為繼水泥窯后,又一可選擇的資源化高溫處置污泥等固廢的技術方案,相比于水泥窯,陶粒窯處置污泥也有自身的特殊優勢,首先在部分地區沒有水泥生產企業;二是受水泥行業錯峰停窯政策等因素影響,水泥廠處置污泥能力較不穩定。

              污泥陶粒的主要生產流程

              主要涉及的技術工藝:

              均化技術:雙軸攪拌機、差速雙軸混煉機、輪碾機、輥式破碎機、陳化庫等;

              配料燒成工藝技術:淤泥、污泥與其他原材料配料、燒成工藝等技術;

              造粒技術:對輥造粒、擠出造粒、碾壓造粒、成球造粒;

              窯爐設備:雙筒回轉窯;

              節能生產技術:窯爐熱交換器、生物質燃料替代技術、窯爐保溫技術、高效燃燒技術、余熱利用技術等;

              控制技術:自動控制技術、比色溫度計測溫、高溫電視看火技術;

              環保技術:污泥除臭工藝技術、煙氣凈化技術。

              污泥陶粒相關標準制定

              根據行業發展和產品推廣的需要,建筑材料工業技術監督研究中心組織編寫的《污泥陶?!穱医ú男袠I標準8月已完成報批公示,預計年內發布實施。該標準明確了污泥陶粒的定義,細化了污泥陶粒的分類,彌補了污泥制陶粒標準缺失的空白,增加了可浸出重金屬含量指標,保障了污泥陶粒的無害化應用,補充完善了標準體系。該標準的實施將引導我國陶粒企業進行原材料結構轉型,促進陶粒企業消納各種污泥固廢,引導陶粒行業由資源消耗型、高能耗行業向處置固廢的環保功能行業發展,對提高污泥陶粒建材產品質量,規范污泥陶粒行業發展具有重要意義。

              建筑材料工業技術監督研究中心組織編寫的《陶粒窯協同處置污泥技術規范》國家建材行業標準目前已完成了初稿,正在征集相關專家和企業意見。相信隨著相關標準的出臺,會促進企業改進現有的技術工藝、提高裝備水平,加大環保措施,推動和提升行業整發展。

              中國再生資源回收利用協會《表面處理污泥、生活垃圾焚燒飛灰燒結制備衍生輕集料》(T/ZGZS 0301-2020)標準修訂符合立項條件,批準立項;

              中國有色金屬工業協會團體標準《建筑裝飾用富鋁再生陶?!罚?020-002-T/CNIA)開始制定。

              陶粒輕骨料混凝土應用

              陶粒輕骨料混凝土是陶粒、細砂、水泥、外加劑和水配制而成的干表觀密度不大于1950kg/m3的混凝土。與普通混凝土相比,有很多自身的性能優勢。

              主要性能特點:

              (1)輕質高強 LC30的陶?;炷粮杀碛^密度在1400-1900kg/m3之間,比相同強度等級的普通混凝土輕25-40%,顯著降低自重。

              (2)保溫隔熱性好其導熱系數在0.233~0.523w/(m·K),可以做到普通混凝土的33% 左右。

              (3)耐火性好建筑物發生火災時,普通混凝土耐火1h,陶?;炷量蛇_4h,在600度高溫下,陶?;炷聊芫S持室溫時強度的85%,而普通混凝土只能維持在35%~75%。

              (4)抗震性好其構筑物在地震荷載下對沖擊波能量吸收快,減震效果好,陶?;炷料鄬拐鹣禂禐?09,普通混凝土為84。

              (5)抗裂性好陶?;炷恋臒崤蛎浵禂岛蛷椥阅A枯^小,因此冷縮和干縮引起的拉應力相對較小,還可以利用陶粒的多孔結構,進行自養護,抑制自收縮。

              (6)耐久性好陶粒的多孔性可以緩解水結冰產生的膨脹壓力,具有較好的抗凍性。此外沒有堿骨料反應。

              陶粒輕骨料混凝土在建筑工程應用分為現澆和制品兩種形式。

              現澆應用于:高層建筑結構、橋梁工程、屋面保溫隔熱層、樓面/地面墊層等。

              制品應用于:建筑砌塊、各類板材、吸聲制品、透水制品、園林、裝飾等。

              陶粒濾料不但適用于城鎮和工業給水處理,也可廣泛用于冶金、石油、化工、紡織等工業廢水的生化除油、除鐵、除錳和過濾處理;并且對金屬離子的去除方面也有顯著的效果。

              陶粒輕骨料混凝土應用于高層建筑具有良好的綜合經濟效益。盡管輕骨料單價比石子貴,導致單方造價高,但減輕了自重,同樣結構荷載和地基下,可加層,增加使用面積。尤其是高層、大跨結構或舊橋的維修加固工程會產生更大的經濟效益。

              國內輕骨料混凝土高層建筑實例——遼寧省本溪市的建溪大廈(1994年)高26層,全部剪力墻結構采用強度等級為LC30的自燃煤矸石輕骨料混凝土泵送澆筑而成,比采用普通混凝土減輕自重21%~25%,由結構質量引起的水平地震作用減小20%~25% 。

              陶粒輕骨料混凝土應用于橋梁工程,能夠使橋梁自重減輕,因此在不增加原設計恒載的前提下可加長跨度,加大橋墩間距,減小下部結構尺寸。

              高性能輕骨料混凝土在橋梁工程中主要用于鋼與混凝土組合結構的橋面,中等跨徑的T梁與箱梁,大跨徑連續梁與連續剛構及斜拉橋的梁體。世界跨徑最大的預應力混凝土連續剛構橋——挪威斯托爾馬橋(主跨301m)為減少主跨墩頂負彎矩,在主跨中采用了陶粒輕骨料混凝土。

              目前,輕骨料混凝土在我國橋梁工程中主要應用于中小跨徑橋梁,在大跨橋梁中的應用較少,與發達國家差距較大。上海盧浦大橋是近年來的典型工程,建造時采用了后張預應力輕骨料混凝土板梁。天津市濱海新區海河開啟橋,采用陶粒環氧瀝青混凝土鋪裝。

              陶粒輕骨料混凝土國內高層建筑及橋梁工程部分工程案例:

              天津永定新河大橋天津市特長公路橋梁,于2000年建成。強度等級LC40,密度等級D1900。

              天津快速路芥園西道立交橋分離式立交橋,于2006年通車。全橋除樁基礎外,其他部位均為LWAC。其中,承臺為LC25,墩柱、蓋梁、防撞護欄地基為LC30,預應力混凝土箱梁LC40。密度1900kg/m3。

              蔡甸漢江大橋武漢市外環公路橋梁,LC40,于2001年通車。

              廈門翔鷺酒店橋預應力混凝土連續箱梁橋,于2007年初竣工。用于橋面混凝土找平層。

              山門口大橋該橋修建于1987年,于2007年2月對該橋進行維修。用于橋面鋪裝,減少外荷載。

              宜昌濱江國際大廈,建造時間2006年,建筑總高101.1m,四層以上采用短肢剪力墻結構形式,全部采用陶?;炷两ㄔ?,共用LC40輕集料混凝土2990m3,LC35輕集料混凝土3650m3。首創了我國在結構體系上(簡體,剪力墻、梁、柱、板)全部采用輕集料混凝土建高層的記錄。

              武漢證券大廈,建造時間2008年,64-68層樓板使用了LC35輕骨料混凝土,華中第一高樓。

              珠海國際會展中心,建造時間1999年,總高度為21層,在10層以上部位使用了LC30泵送混凝土。

              昌九高速公路技術改造工程項目,輕骨料陶?;炷潦褂貌课粸闃蚝瓨蛎驿佈b層混凝土澆注。

              陶粒輕骨料混凝土應用于屋面工程,可減輕屋面自重,具有良好的保溫隔熱效果和耐久性。輕骨料混凝土曾應用于上海世博會中國館屋面保溫工程。

              陶粒輕骨料混凝土應用于樓面/地面墊層,具有隔聲、抗滲的作用。在預應力鋼筋混凝土樓板上層鋪設陶?;炷翂|層,起到良好的隔聲、抗滲效果,并且能夠將樓面局部重荷載均勻分散傳遞至預應力鋼筋混凝土樓板,提高樓板的承載能力。建筑物底層地面下鋪設陶?;炷翂|層,起到防潮、保溫作用,可解決北方寒冷地區底層地面冬天冷、夏天潮濕的問題。

              陶粒輕骨料混凝土可制成陶?;炷疗鰤K。以輕質陶粒、粉煤灰、水泥基膠凝材料為主要原料,以泡沫劑為發泡劑,經養護并經切割而制成的砌塊。干表觀密度為500-800kg/m³,抗壓強度為3.5-7.5Mpa,導熱系數為0.16-0.25W/m·K。用于非承重和有保溫隔熱要求的建筑圍護結構中。

              陶粒輕骨料混凝土應用于墻板,通常內置鋼筋網架,具有優良的吸音、保溫、耐火效果及可靠的力學性能。施工方便快捷,建造成本低。

              陶粒的多孔結構可以起到吸聲、隔聲的作用,因此,陶粒輕骨料混凝土可應用于公路聲屏障。我國高速公路總里程已超過10萬公里,位居世界第一位,但配置的公路聲屏障很少,交通噪聲問題比較嚴重。

              據不完全統計,截止2010年,我國已建成高速公路聲屏障不足160km,與發達國家差距較大,美國在2000年時公路聲屏障總里程已超過5000km。高鐵在我國大力發展高速鐵路的今天,高速列車行駛時產生的噪音成為必須面對和解決的問題,在鐵路兩旁設置聲屏障成為噪音治理的有效措施。法國、日本等高鐵技術發展較早的國家,過去主要采用金屬聲屏障,后期大部分因疲勞破壞,已進行更換,工程建造及維護費用高;而在高速鐵路發達的德國普遍使用混凝土聲屏障,該結構形式耐久性好,且堅固、牢靠,可根據當地民族文化創作成各種藝術結構體,建造及維護費用低,相比金屬聲屏障有較大優勢。

              2020年底通車的鹽通高鐵第一次應用陶粒金屬吸聲式聲屏障。

              陶粒輕骨料混凝土也可制成軌道吸音制品。以陶粒作為輕骨料,高強水泥作為膠凝材料,輔以聚酯纖維和減水劑等材料,制備的一種無砟軌道道床吸音板。吸音板在6個中心頻率下的平均吸音系數達到0.72,降噪系數(NRC)達到0.82,屬于吸音產品中的優秀水平。鶴崗鵬程科技有限公司等企業從事該產品的生產。

              展望未來,陶粒行業將面臨兩大發展機遇:

              1、固廢處置。工業和信息化部發布2018年第26號公告,施行《工業固體廢物資源綜合利用評價管理暫行辦法》和和《國家工業固體廢物資源綜合利用產品目錄》,陶粒制品也作為主要產品名列其中。在相關環保政策的推動下,污泥等固廢類陶粒生產線不斷增加。資源化處置固體廢棄物成為行業熱點,由于陶粒生產可吸納各種固體廢棄物,因此部分陶粒企業具有了環保功能,成為了環境治理商以及固廢處置中心。如重慶部分陶粒企業作為政府固定的污泥處置的服務點,來協助處置固定片區的污水處理廠污泥。天津大邱莊污泥處置中心日處理300噸污泥制陶粒。

              2、裝配式建筑。砂石價格飛漲,裝配式建筑不斷發展,為陶粒在大型預制構件的應用,帶來新的發展機遇,一些預制構件企業探索利用陶?;炷辽a裝配式構件。建筑部品等以所謂“搭積木”的模式進行拼裝建造,建筑構件的運輸、吊裝、拼接就成為關鍵的施工步驟,對整個工程的造價、質量影響極大,因此在保證性能的前提下,研發輕量化的建筑構件和部品必將成為一個極具現實意義的發展方向。 

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