垃圾在制磚工業(yè)中的應(yīng)用
我國的城市無論大小,在其郊區(qū)都有一垃圾帶,這些垃圾帶每年都在向附近的農(nóng)村擴展蔓延。城市垃圾主要由以下兩部分構(gòu)成:
一是建筑垃圾。從上世紀(jì)80年代初開始的大規(guī)模工程建設(shè),使建筑垃圾量逐年上升。到目前為止,我國城市每年產(chǎn)生的建筑垃圾已達3億立方米,成為垃圾的主要來源。
二是生產(chǎn)、生活垃圾。我國城鎮(zhèn)人口在3億以上,每人每天約產(chǎn)生1千克以上的生產(chǎn)和生活垃圾,每年城市生產(chǎn)、生活垃圾總量在1.1億噸以上。
以上兩種垃圾每年的總量約在4億立方米以上。目前對垃圾的處理多采用堆棄或掩埋的方式,其結(jié)果一是造成環(huán)境污染;二是占用大量土地,以每立方米垃圾占地0.2立方米計算,每年將占用土地12萬畝以上。
由于我國經(jīng)濟還比較落后,工程建設(shè)中仍以砂、石、磚等傳統(tǒng)材料為主。每年因取土制磚有十幾萬畝良田遭到破壞,由于采砂、采石每年有大片的山林草場被毀。其結(jié)果是水土流失,土地沙化。一方面人類的建設(shè)、生產(chǎn)和生活產(chǎn)生大量垃圾在危害著人類的生存環(huán)境,另一方面人們對建材的需求也在破壞著人類生存的環(huán)境。這雙重破壞給生態(tài)環(huán)境帶來了極大的危害。
怎樣用生活垃圾制磚,其效益如何,已是人們關(guān)注的課題。
垃圾制磚的基本條件城鎮(zhèn)生活垃圾來源于家庭和商業(yè)廢棄物以及街道清掃物,可分為3大類:有機物、無機物和廢物,其中都含有一些水分。
水分對制磚而言不是有害物,因為磚坯成型時必須含一定的水分。垃圾含水量隨各組分所占的比例和收集條件而差距較大,一般在20%~60%之間,當(dāng)水分含量太高或采用干粉碎工藝時還需要進行干燥。廢品一般占垃圾總量的5%~10%,因難以徹底回收,而對制磚不利。有機物主要是食品廢棄物,以水果蔬菜皮屑為多,還包括一些廢品及從無機物中難以分出的物質(zhì),例如紙張、破布、竹木草屑及煤灰中的殘?zhí)康龋话阏祭?0%~70%。這些物質(zhì)含有一定的熱量。
磚坯焙燒時可以充分利用這些熱量,但究竟讓有機質(zhì)在磚坯內(nèi)燃燒,還是在磚坯外燃燒,是制磚工藝的一個關(guān)鍵問題。
垃圾有機物燃燒后留下的灰燼,與其他無機物的化學(xué)成分基本一致。無機物主要是爐灰、灰土及碎磚瓦。有機物的燒余殘灰亦屬此類。無機物的含量主要因居民使用燃料的不同而差異很大。燃料為煤氣時無機物含量為10%左右,而燒煤時則可高達80%以上,一般為60%~70%。爐灰又稱煤灰,成塊的稱之為煤渣或爐渣,是煤燃燒后的剩余物,其礦物組成與制磚黏土基本相同,化學(xué)成分與制磚黏土也很相近。因而,向黏土中加入一定量的無機垃圾制磚一般無問題。
垃圾制磚概況用爐灰、灰土及碎瓦等純無機垃圾制磚,是國內(nèi)外磚瓦行業(yè)的常規(guī)內(nèi)燃磚工藝已經(jīng)解決了的問題,尤其是摻燒煤渣、粉煤灰等廢渣早已普遍采用。內(nèi)燃廢渣摻入量主要隨黏土塑性指數(shù)的大小而改變,一般為30%~60%,最多可達80%以上。
廢渣摻入量還受其含熱量的制約,廢渣含熱量太高時,受到磚坯允許內(nèi)燃發(fā)熱量的限制。對輪窯、隧道窯而言,每塊普通磚的內(nèi)燃發(fā)熱量在2.5兆焦時稱全內(nèi)燃磚,但一般都掌握在每塊磚2.1兆焦以下,焙燒時再補之以少量的外燃煤,便于生產(chǎn)控制。采用人工干燥工藝時,則焙燒超內(nèi)燃磚,抽出多余熱量用于磚坯干燥。但是,所謂的無機垃圾,實際上還混有木屑、瓜子殼等有機物質(zhì),燃燒后形成許多小孔洞。如果含量很小,對燒磚質(zhì)量影響不大,如果含量多時,將影響磚的強度。
腐熟垃圾制磚。腐熟垃圾是腐殖質(zhì)土與無機垃圾的混合物。由于腐殖質(zhì)是由有機質(zhì)腐爛而成,具有一定的熱值和可塑性。所以,作為制磚原料而言,它還優(yōu)于混進有機物的無機垃圾,其腐殖質(zhì)燃燒后,在磚內(nèi)留下的空洞就大大縮小,對磚的強度影響會相應(yīng)減小。
腐熟垃圾的摻入量比無機垃圾大,一般都在50%~70%,多的超過90%。腐熟垃圾制磚也是內(nèi)燃磚的常規(guī)工藝,在普通磚廠都能進行,早有成功的先例。
此法需讓垃圾長期堆積腐爛后方可使用。堆積時大量占地,對環(huán)境的污染問題也尚未解決。然而,在我國目前已形成大量腐熟垃圾堆包圍城市的情況下,采用腐熟垃圾作為燃料,是制磚節(jié)能省土的好方法;對垃圾處理而言,更是能解決燃眉之急的一劑良方,值得大力提倡。當(dāng)然,一旦舊賬還清,此法就不可能作為常規(guī)方法應(yīng)用了。這些磚廠可改用新鮮無機垃圾制磚。
新鮮垃圾制磚新鮮垃圾含大量的水分和許多有機物質(zhì),不但成型困難,即使成了型,焙燒時有機物燃燒留下的空洞,將使紅磚氣孔率增加;而且,有機物的揮發(fā)溫度低、速度快,在預(yù)熱帶又無足夠的燃燒溫度,使其未燃燒就與煙氣一并排入大氣,既污染空氣又浪費熱能。新鮮垃圾制磚特點如下。
燒磚工藝是焚燒爐與磚瓦焙燒窯爐的結(jié)合。就窯旁的外置燃燒室而言,它可以說就是垃圾焚燒爐。但它比普通焚燒爐有兩大優(yōu)點,一是焚燒爐中的熱量可以用于燒磚;二是焚燒煙氣進入磚窯,可以避免二次污染,即磚窯又是焚燒爐的煙氣凈化裝置。有機垃圾基本上不進入磚坯,在外置燃燒室內(nèi)烘干、焚燒,直至爐灰排出,都不與磚直接接觸,即使不經(jīng)任何分撿的混合垃圾也可入爐焚燒,對磚的質(zhì)量無影響。磚坯經(jīng)過1000℃左右高溫的焙燒,一切病菌都被殺死,是最徹底的消毒措施。有機垃圾只作外燃,自身發(fā)熱量不夠時,可以隨時補充煤炭或柴草。所以垃圾成分的變化、有機垃圾的多少都不會影響磚的焙燒。可以方便地將城市下水道的污泥,當(dāng)作黏土原料用于制磚。垃圾磚干燥周期短,可減少晾坯場,干燥時間可以縮短30%左右,干燥廢品率可減少10%左右。無機垃圾比黏土的比重小,垃圾磚一般比黏土磚每塊輕0.5千克左右,可減輕建筑物的自重。無機垃圾中除殘?zhí)客?,污泥中的腐殖質(zhì)及難免要混進的木屑、瓜子殼之類的小顆粒有機物在窯內(nèi)燃燒后形成許多小孔,使氣孔率與吸水率增加,磚的強度受影響。但是,當(dāng)煤渣中玻璃質(zhì)多或向灰渣中加入碎玻璃時,可在相當(dāng)程度上抵消其影響。氣孔率太大的磚,不宜作承重墻,可用于非承重墻,具有保溫、隔音的作用。工藝不復(fù)雜,只要掌握好內(nèi)摻量均勻,焙燒時看火準(zhǔn)確,就能保證燒磚質(zhì)量。農(nóng)村專業(yè)戶都可以辦垃圾磚廠。以每天處理5噸垃圾(約0.5萬人的垃圾產(chǎn)生量)為基本單元,每單元建一門小立窯,可年產(chǎn)100萬塊普通磚,既可以多建門數(shù)以增加規(guī)模,更可以多建小規(guī)模磚廠,以便利用更多的城市垃圾。
城市生活垃圾的成分復(fù)雜,必須首先考慮垃圾的預(yù)處理,使之能夠滿足制磚的質(zhì)量要求。除垃圾的預(yù)處理外,應(yīng)考慮盡量不改變現(xiàn)有普通磚生產(chǎn)工藝,不過多增加工廠投資和產(chǎn)品成本,以利于推廣應(yīng)用。工藝的選擇是根據(jù)制磚原料的要求、垃圾的無害化處理及經(jīng)濟原則制定的。生活垃圾首先要進行好氧發(fā)酵處理。因為它具有發(fā)酵速度快、有機物降解徹底等優(yōu)點,可以縮短垃圾處理周期,減少占地。垃圾在有氧環(huán)境中,在好氧生物的作用下,垃圾中的有機物發(fā)生生物化學(xué)降解,有機物轉(zhuǎn)變成細小的腐殖質(zhì)。同時在垃圾有氧發(fā)酵過程中,產(chǎn)生高溫可以殺死垃圾中的病原微生物及寄生蟲卵。經(jīng)有氧生物處理過的垃圾,通過篩分就能把可利用的部分分離出來。
適于制磚的垃圾有氧發(fā)酵處理方法有別于純堆肥處理,它不需要增加前分選設(shè)備,處理成本也比較低。在發(fā)酵過程中要控制水分、pH值等,以增加發(fā)酵速度。在發(fā)酵時表面可以覆蓋已腐熟的垃圾料,以起到微生物接種及防止臭氣擴散的作用。
經(jīng)有氧發(fā)酵后的垃圾通過篩分分離出垃圾中可利用的部分,然后再進行下一步處理。經(jīng)發(fā)酵的垃圾有一些有機物降解成細小的腐殖質(zhì),由于黏性比較大,給下一步機械粉碎帶來麻煩。可選用復(fù)合雙層滾筒篩(試驗中用人工篩代替),外層篩分出可以直接使用的5毫米以下的制磚料(灰土類+腐殖質(zhì)),內(nèi)層分選出的垃圾進入下一道工序。采用這種方法還可以減少以后工序的處理量(據(jù)試驗證明,可以減少30%)。垃圾經(jīng)篩分后,仍然含有少量的金屬、玻璃、碎布片等,其中金屬不易于粉碎,對粉碎設(shè)備的磨損較大,需經(jīng)磁選剔出。經(jīng)磁選后的垃圾可進入粉碎機進行細碎處理,粉碎機下方裝有5毫米間距的格柵,經(jīng)細碎后的垃圾料可直接用作制磚原料。
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