污泥在水泥混凝土工业中的应用

2.2.1 粒径大的污泥与砂混合做细集料

对于粒径比较大的污泥，比如管沟污泥，这种污泥是污水从用户流入污水处理厂的排水管道中的淤积污泥, 它含有大量的砂石。这种污泥可以通过脱水干化后，再经过破碎、除去大颗粒杂质等预处理后,作为细集料用于混凝土。由表2[14]可知，这种污泥的级配和砂的级配相比有一定的差距，污泥与砂混合做细集料，可以优化混泥土各材料间的级配，而且由于污泥中 0. 16 mm 以下的颗粒较多,这些颗粒中的一些更细颗粒具有微集料效应,可以使混凝土的致密性有一定提高。此外,由于经脱水干化的污泥吸水率比天然砂大，因而混凝土的实质水灰比与原来的水灰比相比减少了，所以加入适量的这种细集料有利于混凝土抗压强度的提高。综合上述几个因素可知,在混凝土中掺加一定量的管沟污泥对混凝土耐久性以及强度有一定的改善，而且因为水泥的固结作用，重金属浸出量小于国家排放标准。因此掺这种污泥细集料混凝土在工程中应用是安全可靠的[14～15]。不仅可以用于一般工程，还可以用于地下连续墙等对抗冻或抗渗要求比较高的工程中[16]。

表2 污泥和砂的颗粒级配（筛余）

2.2.2 粒径小的污泥做微集料

对于径粒比较小的的污泥，比如来自污水处理厂的污泥，这种污泥脱水干化后呈粉末状，通过脱水干化后，再经过除去杂质等预处理,如向污泥里加入碱，如CaO、Ca(OH)2、NaOH，固化一些有害离子，如SOX、PO4粒子,他们与碱反应生成硫酸钙,硫酸钡,经磷灰石等沉淀化合物,使污泥中有害粒子大大减少。S. Valls等对于脱水干化的污泥用于混凝土进行了讲究，表明因为污泥的加入，混凝土的各方面性能随着污泥的加入而下降，但当污泥作为微集料加入量2.5%时，混凝土90天的强度达到了78%,这种混凝土可用路基，地基等，以及对于早期强度要求不高的工程中[17~18]。对有条件的地区可以考虑对污泥进行焚烧或混烧处理后作为微集料应用于混凝土。论文大全，掺和料。当温度在600°C左右时，脱水干化的污泥将会自燃[19]。自燃后的污泥灰有机物基本消除，有部分重金属也会挥发[20]，污泥对混凝土的副作用将大为减少。

2.3 用污泥制轻骨料

人造轻骨料即以硅、铝质原料烧制而成的轻骨料。用粘土与污泥混烧制造轻骨料，要求原料必须是以SiO2和Al2O3为主体成分，SiO2和Al2O3是人造轻骨料形成强度和结构的主要物质基础。由表3[21]可知污泥与粘土的主要化学成分很相似，可以用作制备普通人造轻骨料。用污泥制备轻骨料不仅利用了污泥中的有机质作为人造轻骨料熔烧过程中的发泡物质，而且污泥中的无质成分也得到了利用。论文大全，掺和料。制陶粒时熔烧的高温环境可以完全将有机物和病原体分解，并把重金属固结在陶粒中，二次污染也大大减少。同时可以节约土地和矿物资源。论文大全，掺和料。

因为各地方污泥的特性不同，需根据不同地方的情况选择合适的工艺流程和各种组分。其中各种组分的选择很关键。常见的组分有：1.稻壳灰，稻壳灰的化学成分见表4，稻壳灰属于高硅材料加入高硅材料添加剂能够提高烧结体强度,硅是产生玻璃体成陶组分的主要成分, 添加硅质能促进SiO2 晶体网状结构形成[22]；2.废铁渣，废铁渣含有大量的Fe2O3，Fe2O3还原生成FeO，FeO是很强的助熔剂[23]。Fe2O3含量多少与能否烧制出合格的产品关系很大；3.垃圾灰，垃圾灰的化学成分见表4，Al2O3含量高，属于高铝材料，加入高铝材料添加剂能够提高烧结体强度,铝能够和干污泥中的磷反应生成类似石英结构的AlPO4 ,提高烧结体强度[22]。当然不同地方的垃圾灰化学成分不同，有的地方含SiO2高，这种垃圾灰渣可和污泥一起作为成陶成分混合烧制轻骨料；其他的组分还有粘土、粉煤灰、煤粉等。

表3 污泥和粘土的化学成分%

2.4 用污泥制生态水泥

对有条件的地区或者是污泥成分比较适合烧制水泥的地区，可以考虑用污泥烧制水泥。这种绿色水泥能在较低的温度下烧制，并且具有很高的强度和较快的硬化速度[24]。表4是一组比较具有代表性的污泥焚烧灰和稻壳灰[25]、垃圾灰、硅酸盐水泥化学成分表。由表4可知，除CaO含量较低、SO3 、Al2O3、Fe2O3含量较高外，污泥的其他成分含量与硅酸盐水泥相当[26]。而稻壳灰SO3 、Al2O3、Fe2O3比较低，SiO2含量高。垃圾灰含CaO较高，Fe2O3较少。由此污泥、稻壳、垃圾，再加入一定量的石灰或石灰石，经煅烧可制成灰渣硅酸盐水泥即生态水泥。生态水泥的原料垃圾烧却灰的化学成分是不稳定的, 离散性大。在预均化库中把烧却灰均匀化后通过 X射线在线分析, 用石灰石粉调整原料成分, 根据情况,必要时还掺入适当粘土, 再次在均化库中调整, 使原料混合均匀。生产生态水泥 1吨时, 必须的原材料有:烧却灰0.5吨(城市垃圾5.5吨烧成后产品);污泥 0.3吨(将污泥脱水);补充天然原料0.3吨(石灰石，稻壳等)[27]。制成的污泥水泥性能与污泥、稻壳、垃圾灰、石灰石或石灰的比例，煅烧时间和养护条件等有关[28]。普通水泥原料：石灰石、粘土和硅砂等。可见污泥和垃圾灰代替粘土、硅砂等，不仅大大减少了污泥和垃圾对环境的污染，且节约能土地和矿物资源。

表4 污泥焚烧灰和稻壳灰、垃圾灰、硅酸盐水泥化学成分比较 %

2.5 四种应用途径的比较分析

表5对污泥的应用于水泥混凝土的四种应用途径进行了多方面的比较分析，包括其应用现状、研究程度、应用能耗、优缺点等。综合诸多因素可知，污泥烧制掺和料、轻骨料和水泥的应用前景广阔，污泥烧制掺和料是最具研究潜质的，而用污泥制集料比较受局限，研究价值不大。从表5我们还可了解到污泥应用于水泥混凝土的四种途径都是比较安全的，当在烧制时有可能排放如二恶瑛等有毒气体，有待进一步研究解决。

表5四种应用途径的比较分析

3 总结

本文主要分析了污泥应用于水泥混凝土工业的四种途径，即用污泥制集料，烧制轻骨料，烧制掺和料和烧制水泥，并对他们进行的比较。比较可知用污泥烧制掺和料、轻骨料和水泥的应用前景比较广阔的，污泥烧制掺和料是最具研究潜质的，而用污泥制集料比较受局限，研究价值不大，且其重金属浸出比较低。污泥用于水泥混凝土工业不仅有利于污泥稳定化、无害化、资源化处理,而且有利于土地、矿物资源的节约，自然资源的保护和社会可持续发展。目前污泥在水泥混凝土工业的应用并不多，研究还有待深入。

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