蒸压法制备污泥保温材料实验研究

论文总字数：6114字

摘 要

关键词：污泥 高压蒸汽粉煤灰砖块 性质 强度

Ⅰ介绍:

随着城镇化的加快，城镇污水污泥也迅速增长，由城镇污水处理厂排出的污泥数量也非常庞大。2007年，干污泥量达到511万吨，等价于2555万吨湿污泥（以污泥含水率为80%计算），并且污水污泥的排放每年增长10%^[1]。关于污泥的处理与处置，最常用的方法是卫生填埋和倾销。近些年来，污水污泥主要用在农业和林业堆肥，园艺或者用于填埋的覆盖层和建筑材料等等^[2-8]。然而，这些污泥处理和处置的方法会导致其他问题，例如二次污染和干燥污泥时的巨大能量消耗。在本研究中，脱水污泥（其含水率大约为80%）被直接作为材料与粉煤灰，石灰，石膏以及沙子混合、成型固化以及高压蒸汽处理，最后被制成蒸压粉煤灰砖块。然后，高压蒸汽处理的砖块的抗压强度，抗弯强度，耐寒性，干燥收缩性，碳化系数以及其他的物理和力学性能将被检测和分析。此外，砖块的浸出液的腐蚀性和高压蒸汽处理对其重金属的影响也将被检测和讨论。

Ⅱ材料和方法

A.材料 使用的材料如下

脱水污泥来自于湖南省一污水处理厂，其含水率为79.22%（实验室检测），塑性指数为24.5，灼烧损失为44.98%。污水污泥的主要含量见表格1。粉煤灰是湘潭电力发展有限公司的一级粉煤灰，其通过200孔筛的残留率是8.9%，灼烧损失率是4.3%。石灰来源于湘潭市岳塘区的建材厂，满足了“硅酸盐建筑制品用石灰”（JC/T621-1996）的要求。石膏是湘潭市某工厂生产水泥用的石膏。沙子是湖南科技大学施工场地的细度系数为2.6的中型沙子，其颗粒分布曲线在区域Ⅱ。

表格1 污泥组成 w%

B．样品制备和性能测试

参照热压处理制作的粉煤灰砖块的测试方法，本研究采用的步骤如图1所示。

蒸压污泥砖块的初始材料比例为：污泥6%~10%（由含水率为80%的污泥转变而来），粉煤灰50%~65%，石灰11%~15%，沙子20%~35%，石膏2%。关键的生产步骤如下：（1）按比例称重原材料；（2）在搅拌器里初次搅拌粉煤灰，石灰，石膏和沙子使其混合均匀，并且控制水的含量；（3）静置两小时（目的是为了是生石灰完全消化，然后氢化钙与粉煤灰和其他原材料能预水化以便于能够提高混合材料的粘性）；（4）添加污泥进行二次搅拌，控制水的含量。（5）将材料放在模具里，然后将模具放在烘箱里处理8小时；（6）制作成240mm×115mm×53mm的样品，将其放置在蒸压釜里，反应10小时最后制成砖块。砖块的力学性能，包括抗压强度和抗弯强度根据国家标准“粉煤灰砖块”（JC239-2001）来测试。

模具

调整原材料的比例

不合格的产品

图1 制作高压蒸汽处理污泥砖块的步骤

Ⅲ.结果与讨论

A.抗压强度和抗弯强度

抗压强度和抗弯强度是制成的高压蒸汽处理污泥砖块非常重要的性能。通过之前的研究可知，在生产建筑材料时，干污泥所占比例超过15%时明显不能满足“市政污水污泥处理厂的污泥处理设施：“城镇污水处理厂污泥处置-制砖用泥质”（CJ/T189-2008）要求污水污泥含量少于 10%的标准。实验所得的高压蒸汽处理污泥砖块样品的抗压强度和抗弯强度如表格2所示。

表格2 不同比例污泥含量的污泥砖块的抗压强度和抗弯强

从样品1到样品9可以看出，随着污泥含量的增加，材料的混合粘结性降低，成型效果也变差（砖块明显变形） ，并且蒸压粉煤灰砖块的抗压强度和抗弯强度显著降低。原因是污泥里含有大量的有机物和水，它们会对石灰和钙粉煤灰的反应起到抑制作用；当污泥含量恒定的时候，高压蒸汽处理的污泥砖块的抗弯强度随石灰含量的增高轻微地增加，但抗压强度却保持不变。这是因为石灰与污泥里的铁反应，然后生成了水化铁酸钙（CaO•Al₂O₃•Fe₂O₃•H₂O）从而提高了其抗弯强度。当污泥含量为10%时，高压蒸汽处理污泥砖块的抗压强度达到20.0MPa，抗弯强度达到4.5Mpa，达到了粉煤灰砖块MU20的要求^[9]。

B.耐冻性、干收缩性及碳化系数

产品按照样品8的原材料比例配制而成，并在检测耐冻性、干收缩性及碳化系数前放置10天。检测结果如表格3所示：

表格3 蒸压粉煤灰砖块耐冻性、干收缩性及碳化系数结果

由表格3可知，按照样品8制成并受到15倍冻融程度的产品拥有以下性能：平均抗压强度达到17.3MPa，质量损失平均为1.65%，干水收缩值平均为0.70（合格平），碳化系数平均值为0.94（多于0.85）。因此蒸压粉煤灰砖块满足泥砌块的MU20质量要求。

C．腐蚀性

作为建筑材料的一种，污水污泥砖块应该满足强度要求，并且它对环境的影响也应该被考虑在内。也就是说，污水污泥砖块在使用时，不应该释放对环境有害的有毒物质。因此，蒸压粉煤灰砖块的浸出液也要被检测。检测结果显示，其浸出液的平均PH值是6.9，接近中性点，并且无腐蚀性。

D．蒸压粉煤灰砖块对污水污泥中重金属凝固的效果

污泥中含有大量的重金属，如果未被妥善处理，将对周边环境造成巨大伤害。本研究使用粉煤灰砖块样品8（污泥含量为10%）作为检测品，将它们分别在纯水、盐酸（HCl）和氢氧化钠（NaOH）中浸泡24小时，然后根据地表水质量标准（GB3838-2002）检测三种液体中含有的重金属量^[10]，并与污泥中含有的重金属进行比较。检测结果见表格4。

表格4 蒸压粉煤灰砖块的浸出液检测结果

检测结果显示在中和，酸性以及碱性条件下，砖块中浸出的重金属量远远低于国家“地表水环境质量标准”（GB3838-2002）中三类水的标准。原因是经过高温高压蒸汽处理后，污泥中的大部分重金属与硅酸盐熔融，并且在高压蒸汽处理的过程中生成了铝盐然后形成了稳定的固体混合物，从而不会浸出污染环境。浸出测试表明：当污泥在蒸压粉煤灰砖块的分量为10%时，作为外墙材料的污泥砖块只会产生非常少的有害重金属浸出，因此不会对环境有害。

IV 结论

（1）检测表明制作蒸压粉煤灰砖块时，污泥含量从6%变为10%时，其抗压强度降低了20.22%；随着石灰含量的轻微增加，抗压强度也增强。含水率为80%的污泥含量为10%时，蒸压粉煤灰砖块的抗压强度达到21.8MPa,抗弯强度为4.6MPa，满足了粉煤灰砖块MU20强度标准的质量要求。

（2）蒸压粉煤灰砖块的耐冻性、干水收缩性以及碳化系数满足粉煤灰砖块MU20的质量要求。

（3）蒸压粉煤灰砖块的浸出液PH值为6.9，接近于中性，因此对周边环境无腐蚀性。

（4）才蒸压反应过程中，污泥中的重金属能够被有效固化；因此蒸压粉污泥粉煤灰砖块不会对周边环境造成二次污染。

感谢

本次研究由湖南省教育部的科研基金支持（序列号：08C326）

参考文献：

[1] Gu Jinchuan, Jiang Wenju, Yong Yi. Sludge Treatment and Recycling of Urban Sewage Treatment Plant. Beijing: Chemistry Industry Press 2003(In Chinese).

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：6114字