Page 317 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 崔长颢等：利用含重金属土壤制备烧结砖可行性及环境安全性研究 · 313 ·

volatilization and wet desulfurization filter pressing were extremely low. The research showed that using heavy
metal-contained soil to make sintered brick could meet the existing standards from both mechanical and
environmental safety aspects and had certain resource benefits.
Key words heavy metal; contaminated soil; fired brick; environmental safety; leaching and distribution

《全国土壤污染状况调查公报》（201 年版）调查 1.2 烧结工艺流程
4
显示，我国土壤环境状况总体不容乐观。全国土壤 试验砖厂烧结工艺流程如 图 1 所示。砖坯挤出
总的点位超标率 为 16.1%，且超标元素以重金属为 成型后经自然风干、干燥、焙烧等工序成砖出窑。
主，Cd、As、Cu、Pb、Cr、Z 及 N 这 i 7 种重金属超标率 窑炉废气采用湿法一体化脱硫除尘装置进行处理，
n
分别 为 7%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9 及 4.8% 。 产生的脱硫废水回用于制砖，脱硫滤饼统一贮存，经
[1]
%
土壤重金属污染具有“三致”效应 [2-3] ，若处置不当可 处理后的烟气通过烟囱排入大气。
能对生态环境和人体健康产生显著危害。
土壤中含有大量 的 SiO 、Al O 和 3 Fe O ，与制
2 2 2 3
造烧结砖所用的页岩原料成分较为相似，具备替代
页岩制砖的潜力。而砖窑中的高温烧结环境可以将
[3]
土壤中的重金属固化在烧结砖硅酸盐基体中 ，降低
环境风险。目前，国内外针对烧结砖的研究主要集
中 在 2 个方面：1）研究利用尾矿渣 [4-6] 、污泥 [7-8] 、飞
灰 [9-10] 、钻井岩屑 [11-12 ] 等固体废物作为替代原料对烧
结砖质量的影响，对在原料替代下的烧结砖力学性
能进行可行性评估；2）研 究 Cr、As、C 及 P 等重金
b
d
属在高温烧结条件下的固化 [13] 、浸出 [14-15 ] 和迁移规
律 [16-17] ，判断烧结砖在烧结和使用过程中的环境安
全性。 图 1 砖窑烧结工艺流程
综合国内外烧结砖相关研究发现，有关利用含 Fig.1 Manufacturing process of fired bricks tunnel kiln

重金属土壤作为替代原料制备烧结砖可行性的研究
试验设置空白和掺 烧 2 个工况：空白工况保持
较少，且实际开展的烧结砖窑工业化试验仍然不
原制砖材料和比例不变；掺烧工况下利用试验土壤
足。笔者依托某烧结砖窑，以含重金属土壤替代页
完全替代页岩，保持建筑淤泥和煤成分及配制比例
岩原料制作烧结砖，通过现场试验研究重金属在烟
不变。 个工况下除砖坯原料发生变化外，其他生产
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气中的排放情况以及在成品砖中的浸出特性和分配
工艺参数如烧结温度、烧成时间、砖车行进速度、引
规律，对利用含重金属土壤制备烧结砖的力学性能
风机功率、引风量等基本一致。
和环境风险进行分析，以期为我国烧结砖原料替代
1.3 分析测定方法
技术的环境安全性评估和产业化发展提供参考。
试验土壤中 S 浓度参照 GB/T 214—2007《煤
1 材料和方法 中全硫的测定方法》测定。烟气中颗粒物、SO 、
2
x
1.1 试验原料与烧结砖制备 NO 和氟化物分别按 照 HJ 836—2017《固定污染源
试验所用土壤取自某工业区地块，地块内原工 废气 低浓度颗粒物的测定 重量法》、HJ 57—2017
业企业主要为金属制品加工、机械零部件制造、电 《固定污染源废气 二氧化硫的测定 定电位电解法》、
缆加工生产行业等。开展试验的砖厂所用砖坯原料 HJ/T 43—1999《固定污染源排气中氮氧化物的测定
为页岩、建筑淤泥及煤渣，并按 照 70%:15%:15 % 的 盐酸萘乙二胺分光光度法》 及 HJ/T 67—2001《大气
固定比例制作砖坯。为最大化含重金属土壤对烧结 固定污染源 氟化物的测定 离子选择电极法》检测；
砖力学性能和环境安全性的影响，利用土壤完全替 重金属利 用 EPA method 29 《固定源金属排放测定》 [18]
代页岩。将按比例混合的试验土壤、建筑淤泥和煤 和 HJ 657—2013《空气和废气 颗粒物中铅等金属元
渣通过破碎机破碎后放入陈化库陈化，随后利用真 素的测定 电感耦合等离子体质谱法》测定。页岩、
空挤压机 在 4.0 MP 的真空度下将混合材料挤出形 试验土壤、成品砖和脱硫滤饼中重金属按照 HJ
a
成砖坯。 766—2015《固体废物 金属元素的测定 电感耦合等