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垃圾在制砖工业中的应用

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  我国的城市无论大小,在其郊区都有一垃圾带,这些垃圾带每年都在向附近的农村扩展蔓延。城市垃圾主要由以下两部分构成:

  一是建筑垃圾。从上世纪80年代初开始的大规模工程建设,使建筑垃圾量逐年上升。到目前为止,我国城市每年产生的建筑垃圾已达3亿立方米,成为垃圾的主要来源。

  二是生产、生活垃圾。我国城镇人口在3亿以上,每人每天约产生1千克以上的生产和生活垃圾,每年城市生产、生活垃圾总量在1.1亿吨以上。

  以上两种垃圾每年的总量约在4亿立方米以上。目前对垃圾的处理多采用堆弃或掩埋的方式,其结果一是造成环境污染;二是占用大量土地,以每立方米垃圾占地0.2立方米计算,每年将占用土地12万亩以上。

  由于我国经济还比较落后,工程建设中仍以砂、石、砖等传统材料为主。每年因取土制砖有十几万亩良田遭到破坏,由于采砂、采石每年有大片的山林草场被毁。其结果是水土流失,土地沙化。一方面人类的建设、生产和生活产生大量垃圾在危害着人类的生存环境,另一方面人们对建材的需求也在破坏着人类生存的环境。这双重破坏给生态环境带来了极大的危害。

  怎样用生活垃圾制砖,其效益如何,已是人们关注的课题。

  垃圾制砖的基本条件城镇生活垃圾来源于家庭和商业废弃物以及街道清扫物,可分为3大类:有机物、无机物和废物,其中都含有一些水分。

  水分对制砖而言不是有害物,因为砖坯成型时必须含一定的水分。垃圾含水量随各组分所占的比例和收集条件而差距较大,一般在20%~60%之间,当水分含量太高或采用干粉碎工艺时还需要进行干燥。废品一般占垃圾总量的5%~10%,因难以彻底回收,而对制砖不利。有机物主要是食品废弃物,以水果蔬菜皮屑为多,还包括一些废品及从无机物中难以分出的物质,例如纸张、破布、竹木草屑及煤灰中的残炭等,一般占垃圾的20%~70%。这些物质含有一定的热量。

  砖坯焙烧时可以充分利用这些热量,但究竟让有机质在砖坯内燃烧,还是在砖坯外燃烧,是制砖工艺的一个关键问题。

  垃圾有机物燃烧后留下的灰烬,与其他无机物的化学成分基本一致。无机物主要是炉灰、灰土及碎砖瓦。有机物的烧余残灰亦属此类。无机物的含量主要因居民使用燃料的不同而差异很大。燃料为煤气时无机物含量为10%左右,而烧煤时则可高达80%以上,一般为60%~70%。炉灰又称煤灰,成块的称之为煤渣或炉渣,是煤燃烧后的剩余物,其矿物组成与制砖黏土基本相同,化学成分与制砖黏土也很相近。因而,向黏土中加入一定量的无机垃圾制砖一般无问题。

  垃圾制砖概况用炉灰、灰土及碎瓦等纯无机垃圾制砖,是国内外砖瓦行业的常规内燃砖工艺已经解决了的问题,尤其是掺烧煤渣、粉煤灰等废渣早已普遍采用。内燃废渣掺入量主要随黏土塑性指数的大小而改变,一般为30%~60%,较多可达80%以上。

  废渣掺入量还受其含热量的制约,废渣含热量太高时,受到砖坯允许内燃发热量的限制。对轮窑、隧道窑而言,每块普通砖的内燃发热量在2.5兆焦时称全内燃砖,但一般都掌握在每块砖2.1兆焦以下,焙烧时再补之以少量的外燃煤,便于生产控制。采用人工干燥工艺时,则焙烧超内燃砖,抽出多余热量用于砖坯干燥。但是,所谓的无机垃圾,实际上还混有木屑、瓜子壳等有机物质,燃烧后形成许多小孔洞。如果含量很小,对烧砖质量影响不大,如果含量多时,将影响砖的强度。

  腐熟垃圾制砖。腐熟垃圾是腐殖质土与无机垃圾的混合物。由于腐殖质是由有机质腐烂而成,具有一定的热值和可塑性。所以,作为制砖原料而言,它还优于混进有机物的无机垃圾,其腐殖质燃烧后,在砖内留下的空洞就大大缩小,对砖的强度影响会相应减小。

  腐熟垃圾的掺入量比无机垃圾大,一般都在50%~70%,多的超过90%。腐熟垃圾制砖也是内燃砖的常规工艺,在普通砖厂都能进行,早有成功的先例。

  此法需让垃圾长期堆积腐烂后方可使用。堆积时大量占地,对环境的污染问题也尚未解决。然而,在我国目前已形成大量腐熟垃圾堆包围城市的情况下,采用腐熟垃圾作为燃料,是制砖节能省土的好方法;对垃圾处理而言,更是能解决燃眉之急的一剂良方,值得大力提倡。当然,一旦旧账还清,此法就不可能作为常规方法应用了。这些砖厂可改用新鲜无机垃圾制砖。

  新鲜垃圾制砖新鲜垃圾含大量的水分和许多有机物质,不但成型困难,即使成了型,焙烧时有机物燃烧留下的空洞,将使红砖气孔率增加;而且,有机物的挥发温度低、速度快,在预热带又无足够的燃烧温度,使其未燃烧就与烟气一并排入大气,既污染空气又浪费热能。新鲜垃圾制砖特点如下。

  烧砖工艺是焚烧炉与砖瓦焙烧窑炉的结合。就窑旁的外置燃烧室而言,它可以说就是垃圾焚烧炉。但它比普通焚烧炉有两大优点,一是焚烧炉中的热量可以用于烧砖;二是焚烧烟气进入砖窑,可以避免二次污染,即砖窑又是焚烧炉的烟气净化装置。有机垃圾基本上不进入砖坯,在外置燃烧室内烘干、焚烧,直至炉灰排出,都不与砖直接接触,即使不经任何分捡的混合垃圾也可入炉焚烧,对砖的质量无影响。砖坯经过1000℃左右高温的焙烧,一切病菌都被杀死,是较彻底的消毒措施。有机垃圾只作外燃,自身发热量不够时,可以随时补充煤炭或柴草。所以垃圾成分的变化、有机垃圾的多少都不会影响砖的焙烧。可以方便地将城市下水道的污泥,当作黏土原料用于制砖。垃圾砖干燥周期短,可减少晾坯场,干燥时间可以缩短30%左右,干燥废品率可减少10%左右。无机垃圾比黏土的比重小,垃圾砖一般比黏土砖每块轻0.5千克左右,可减轻建筑物的自重。无机垃圾中除残炭外,污泥中的腐殖质及难免要混进的木屑、瓜子壳之类的小颗粒有机物在窑内燃烧后形成许多小孔,使气孔率与吸水率增加,砖的强度受影响。但是,当煤渣中玻璃质多或向灰渣中加入碎玻璃时,可在相当程度上抵消其影响。气孔率太大的砖,不宜作承重墙,可用于非承重墙,具有保温、隔音的作用。工艺不复杂,只要掌握好内掺量均匀,焙烧时看火准确,就能保证烧砖质量。农村专业户都可以办垃圾砖厂。以每天处理5吨垃圾(约0.5万人的垃圾产生量)为基本单元,每单元建一门小立窑,可年产100万块普通砖,既可以多建门数以增加规模,更可以多建小规模砖厂,以便利用更多的城市垃圾。

  城市生活垃圾的成分复杂,必须首先考虑垃圾的预处理,使之能够满足制砖的质量要求。除垃圾的预处理外,应考虑尽量不改变现有普通砖生产工艺,不过多增加工厂投资和产品成本,以利于推广应用。工艺的选择是根据制砖原料的要求、垃圾的无害化处理及经济原则制定的。生活垃圾首先要进行好氧发酵处理。因为它具有发酵速度快、有机物降解彻底等优点,可以缩短垃圾处理周期,减少占地。垃圾在有氧环境中,在好氧生物的作用下,垃圾中的有机物发生生物化学降解,有机物转变成细小的腐殖质。同时在垃圾有氧发酵过程中,产生高温可以杀死垃圾中的病原微生物及寄生虫卵。经有氧生物处理过的垃圾,通过筛分就能把可利用的部分分离出来。

  适于制砖的垃圾有氧发酵处理方法有别于纯堆肥处理,它不需要增加前分选设备,处理成本也比较低。在发酵过程中要控制水分、pH值等,以增加发酵速度。在发酵时表面可以覆盖已腐熟的垃圾料,以起到微生物接种及防止臭气扩散的作用。

  经有氧发酵后的垃圾通过筛分分离出垃圾中可利用的部分,然后再进行下一步处理。经发酵的垃圾有一些有机物降解成细小的腐殖质,由于黏性比较大,给下一步机械粉碎带来麻烦。可选用复合双层滚筒筛(试验中用人工筛代替),外层筛分出可以直接使用的5毫米以下的制砖料(灰土类+腐殖质),内层分选出的垃圾进入下一道工序。采用这种方法还可以减少以后工序的处理量(据试验证明,可以减少30%)。垃圾经筛分后,仍然含有少量的金属、玻璃、碎布片等,其中金属不易于粉碎,对粉碎设备的磨损较大,需经磁选剔出。经磁选后的垃圾可进入粉碎机进行细碎处理,粉碎机下方装有5毫米间距的格栅,经细碎后的垃圾料可直接用作制砖原料。


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