污泥焚燒渣的膠凝性能研究

何古++劉芳++彭相++姜林

摘 要：污泥是城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥及城鎮(zhèn)下水道的淤泥。污泥含有多種重金屬，大量生物污染物以及持久性有機污染物等有害物質(zhì)，危害性非常大。污泥焚燒處理是最徹底的污泥處理方式，得到廣泛應(yīng)用，焚燒之后產(chǎn)生的底渣稱為污泥焚燒渣，具有潛在膠凝活性，可以作為摻和料代替部分水泥。為了代替更多的水泥，污泥焚燒渣的活性激發(fā)尤為重要。實驗證明通過加入激發(fā)劑、磨細(xì)污泥焚燒渣的方式可以充分激發(fā)污泥焚燒渣的膠凝活性。

關(guān)鍵詞：污泥焚燒渣 膠凝活性 活性激發(fā)

中圖分類號：TU526 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（c）-0105-03

隨著經(jīng)濟水平和人民生活水平的提高，人們的環(huán)境保護意識也迅速增強，越來越多污水處理廠紛紛建成并投入使用，因此污水處理所產(chǎn)生的污泥也迅速增多。污泥含有較高含量的重金屬、大量的生物污染物以及持久性有機污染物。如果處理不當(dāng)將會對環(huán)境造成危害。目前主流的污泥處理方式有污泥堆肥農(nóng)用、填埋和污泥焚燒，其中以焚燒為核心的處理方法是污泥處理最徹底的方法，污泥焚燒還能使有機物全部碳化，殺死病原體。污泥焚燒之后剩下的固體殘渣稱為污泥焚燒渣。

污泥焚燒渣中含有較多Al2O3、SiO2、Fe2O3等，與硅酸鹽水泥的主要化學(xué)成分相似。而且污泥焚燒渣是經(jīng)過高溫焚燒以及冷卻的物質(zhì)。因此含有一定玻璃相物質(zhì)，具有潛在膠凝活性。但與粒化高爐礦渣、粉煤灰等礦物摻合料相比，污泥焚燒渣中所含有的玻璃相物質(zhì)較少、活性較差。因此需要研究污泥焚燒渣的潛在活性以及適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)方式，如將污泥焚燒渣粉磨到一定細(xì)度或以加入激發(fā)劑的方式來激發(fā)污泥焚燒渣的潛在活性，將其作為活性摻合料，替代部分水泥。用污泥焚燒渣做活性摻和料代替部分水泥，不僅能夠消耗掉污泥焚燒渣這種廢棄物，還可以節(jié)省水泥，對節(jié)約資源、保護環(huán)境等具有重要的意義。

1 試驗

1.1 原材料

試驗所采用的水泥為普通硅酸鹽水泥（標(biāo)號：P.O 42.5R），生產(chǎn)廠家為重慶富皇水泥廠，其主要化學(xué)成分見表1。

試驗所采用的污泥焚燒渣其主要化學(xué)成分見表2。

1.2 試驗方法

采用水泥膠砂強度檢驗方法（GB/T 17671-1999）檢驗污泥焚燒渣的膠凝活性。試驗所采用的標(biāo)準(zhǔn)砂為廈門ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。復(fù)合膠凝材料（水泥和污泥焚燒灰）用量為450g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g，水225mL。探究Na2SO4作激發(fā)劑的用量，污泥焚燒渣的粉磨時間，污泥焚燒渣的摻量對污泥焚燒渣-硅酸鹽水泥復(fù)合膠凝材料強度的影響。采用三聯(lián)試模（內(nèi)腔尺寸為40mm×40mm×160mm），試件在溫度20℃±1℃、相對濕度90%下帶模養(yǎng)護24h后拆模。將成型好的試件放入養(yǎng)護室在溫度為20℃±1℃的水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護及水熱養(yǎng)護箱內(nèi)熱養(yǎng)護或至規(guī)定齡期。測定28d的抗折及抗壓強度。

2 結(jié)果與分析

2.1 激發(fā)劑對復(fù)合膠凝材料強度的影響

本實驗采用Na2SO4作為激發(fā)劑，用量分別為1.35%、2.25%、4.5%、6.75%。污泥焚燒渣粉磨后細(xì)度為460m2/kg，摻量為5%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d，激發(fā)劑（Na2SO4）用量對復(fù)合膠凝材料抗折強度及抗壓強度的影響試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，當(dāng)Na2SO4用量為1.35%時，對復(fù)合膠凝材料抗折強度和抗壓強度提升最大。Na2SO4用量高于1.35%會降低復(fù)合膠凝材料的強度。

加入Na2SO4主要是提高了膠砂中SO42-濃度，在膠砂中Ca（OH）2共同作用下，與污泥焚燒渣中活性Al2O3發(fā)生水化反應(yīng)生成鈣礬石[3]。鈣礬石的生成使膠砂硬化后的結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了復(fù)合膠凝材料的強度[4]。污泥焚燒渣中本身含有硫酸鹽，具有自激發(fā)作用，但因為量少原因，所以還需要加入硫酸鹽激發(fā)劑。但硫酸鹽用量過高會使復(fù)合膠凝材料中硫酸根離子含量過大造成不良影響。

2.2 污泥焚燒渣細(xì)度對復(fù)合膠凝材料強度的影響

污泥焚燒渣摻量5%，激發(fā)劑Na2SO4用量1.35%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d，污泥焚燒渣細(xì)度460m2/kg、550m2/kg、600m2/kg污泥焚燒渣細(xì)度對復(fù)合膠凝材料強度的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，細(xì)度為600m2/kg，復(fù)合膠凝材料的抗壓強度和抗折強度均為最高。且細(xì)度越大，復(fù)合膠凝材料抗壓強度和抗折強度越高。

經(jīng)過粉磨后污泥焚燒渣的細(xì)度提高，比表面積增大，反應(yīng)面積大大增加，提高了膠凝活性，同時還發(fā)揮了一定的填充作用[5]。污泥焚燒渣的磨細(xì)處理是一種高效經(jīng)濟的處理工藝，大大改善了污泥焚燒渣品質(zhì)，同時減小了污泥焚燒渣質(zhì)量的波動[6]。

2.3 污泥焚燒渣摻量對復(fù)合膠凝材料強度的影響

污泥焚燒渣粉磨到600m2/kg，激發(fā)劑Na2SO4用量按每5%摻量的污泥焚燒渣加1.35%的Na2SO4，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d。污泥焚燒渣摻量為0%、5%、10%、15%、20%。污泥焚燒渣摻量對復(fù)合膠凝材料強度的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨摻量增加，復(fù)合膠凝材料強度先增大，摻10%時強度最大。若再增大摻量，復(fù)合膠凝材料強度則明顯減小。摻量為5%和10%時復(fù)合膠凝材料抗折抗壓強度高于水泥基準(zhǔn)組，15%和20%時復(fù)合膠凝材料抗折抗壓強度低于水泥基準(zhǔn)組。

將污泥焚燒渣作為活性摻和料代替部分水泥，強度要求是水泥膠砂最重要的標(biāo)準(zhǔn)。水泥中適量的SO3能與C3A和C4AF生成針狀的硫鋁酸鈣能夠產(chǎn)生適度膨脹，提高硬化漿體的密實度，同時污泥焚燒渣具有良好的填充作用，也在一定程度上影響水泥的強度[7]。由于目前實驗所用的污泥焚燒渣來源不同，而且對污泥焚燒渣的潛在活性激發(fā)程度不同等原因，對于污泥焚燒渣摻入水泥的最大摻量有很大的差異。

3 結(jié)論

（1）適量的Na2SO4可以激發(fā)污泥焚燒渣的活性，而過多的硫酸根離子會阻礙水泥的水化，導(dǎo)致水泥水化程度降低。

（2）經(jīng)粉磨處理的污泥焚燒渣具有較高的膠凝活性。在一定范圍內(nèi)，污泥焚燒渣越細(xì)，活性越大，充分粉磨后可以摻雜更多的污泥焚燒渣。

（3）摻雜少部分的污泥焚燒渣可以提高水泥膠砂的強度，本實驗最多摻量為10%。超過10%的污泥焚燒渣會降低水泥膠砂的強度。

參考文獻

[1] 孫宏斌.關(guān)于城市污水處理廠污泥處置的思考[J].工業(yè)設(shè)計，2012（2）：19.

[2] 周法.污泥焚燒污染物排放及灰渣理化特性[D].浙江大學(xué)，2012.

[3] 王智，鄭洪偉，錢覺時，等.硫酸鹽對粉煤灰活性激發(fā)的比較[J].粉煤灰綜合利用，1999（3）：15-18.

[4] 欒曉風(fēng)，潘志華，王冬冬.粉煤灰水泥體系中粉煤灰活性的化學(xué)激發(fā)[J].硅酸鹽通報，2010，29（4）：757-761.

[5] 張苡銘，俞樂華.造紙污泥焚燒灰用作混凝土礦物摻合料的試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2014（2）：80-82.

[6] 閻培渝.粉煤灰在復(fù)合膠凝材料水化過程中的作用機理[J].硅酸鹽學(xué)報，2007，35（S1）：171-175.

[7] 張津踐，朱蓬萊，錢匡亮.污泥焚燒灰對水泥性能的影響研究[J].新型建筑材料，2016，43（2）：85-88.endprint