城市污水污泥制备绿色掺合料分析_混凝土

1、城市污水污泥制备绿色掺合料分析_混凝土论文导读:：城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物。污泥灰也可以作为混凝土混料的细填料。论文关键词：污泥，混凝土，掺和料0 引言城市污水污泥是污水处理厂污水处理的二次产物，指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，它含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等1。城市污水处理厂每天都产生大量需要处理的污泥。据统计，2007年，我国城市污水厂每年污泥产量500多万吨，且以每年10%的速度在增长2。现在70%以上是弃置，20%是填埋，不到10%的是通过堆肥等技术处理后回用于土地3。由于污泥中往往含有病菌和过量的重

2、金属，没有经过无害化处理的污泥大量的弃置，最终作为资源用于土地，常常造成二次污染，严重影响了环境综合整治的实际成果。如何安全有效地处理污泥成为城市发展过程中亟待解决的一大难题。从技术角度看，目前污泥处置方式主要有农用、填埋、焚烧、建材利用等几种4。图1是国内外对污泥处置的主要措施，也是我国未来对污泥处置的主要路线。从图中可以看出污泥可以通过很多途径用于建材。目前混凝土，污泥的建材利用已经被看作是一种可持续发展的污泥处置方式而在日本以及欧美国家逐渐发展起来1。随着污泥排放量的日益增加和人们对环境要求的不断提高，污泥的资源化利用近来备受关注，并且随着我国城市化进程的加快，水泥和混凝土的需求量也会日

3、益增加，传统建材耗费大量自然资源，而自然资源有限。利用污泥制备绿色掺合料用于水泥混凝土工业中应用，不仅有利于污泥的无害化处理，同时可以节约土地和矿物资源。图1 国内外污泥的主要处置措施Figure 1 major measures of sludge disposal at home andabroad1 污泥掺合料应用对环境的影响污泥中含有大量的有害物质，最主要的是重金属。解决重金属污染问题是污泥在水泥混凝土工业中应用的关键。由于水泥高碱度的氢氧基，可将重金属转变成氢氧化物等低溶解性物质，从而将重金属截留，其主要原理可归纳为凝硬反应与水合反应两种核心期刊。飞灰中的SiO2, A1203与水泥

4、中Ca(OH)2发生凝硬反应，生成晶体状的钙铝盐类(C-A-H)以及钙硅胶体(C-S-H)，以填充水泥凝固时的微小孔隙，提高固结体强度和耐久性，同时降低固结体的透水性，反应形成的硅酸钙、铝酸钙等水合物胶体，随时间逐渐硬化最终形成结晶状态，将污泥的重金属离子包覆于结晶相中，形成稳定结构同时达到固结体的最终强度。由于水泥的这种固结作用，虽然污泥中含有一定量的重金属等有害物质，但可使固结体重金属浸出量小于国家标准，而且随着时间的延长，重金属浸出趋势将变小57。所以污泥作为绿色掺和料应用于水泥混凝土工业对环境的影响是很有限的，而且因为水泥的固结作用有利于污泥稳定化、无害化、资源化处理，大大减少了污泥对

5、环境的影响。综合起来，污泥作为掺和料应用于水泥混泥土工业是有利于环境的综合治理。2 用污泥烧制掺和料可行性分析对于SiO2 +A1203含量较高的污泥，我们可以考虑用来烧制绿色混凝土掺和料。对常温污泥和900C焙烧污泥进行化学成分以及火山灰化学成分分析如表18，分析其是否含有火山灰活性材料所必须具备的化学成分混凝土，表明:经900 oC高温焙烧后，污泥中的主要无机物总量从52.8%提高到89.2%，特别是SiO2 +A1203+Fe2O3，总量高达76.2%，很接近火山灰SiO2+A1203+Fe2O3含量9。分析可知，SiO2+A1203+Fe2O3含量较高的污泥，只要在高温焙烧或焚烧后进行快速冷却，就可形成足够多的活性SiO2和活性A12039，从而使污泥具有较高的火山灰活性。新加坡的Tay-J.H研究表明污泥灰替代一部分水泥并不会降低混凝土的强度，而且在一定范围内还有利于混凝土强度的提高10。Hamernik and Frantz 11研究了不同种类的污泥灰，根据ASTM标准，发现污泥灰类似于C级火山灰。J. Monzo和 J. Paya 12等研究也表明污泥灰有一定的火山灰活性而且在污泥灰掺量为15%时，14天和28天的水泥浆体的强度大于没有加污泥灰同龄期水泥浆体的强度。所以用污泥制掺和料是可行的。表1 常温和