化學(xué)污泥制備非燒結(jié)磚的實驗研究

任梓涵， 周 磊， 王 榮， 劉 晗， 孟 麗， 任曉莉

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008）

引 言

隨著污泥產(chǎn)量的逐年增加，并且由于污泥對環(huán)境和人類危害巨大，所以，污泥的處理也成為目前必須解決的問題之一。目前，我國污泥的傳統(tǒng)處理方法有填埋［1］、焚燒［2］、好氧堆肥和厭氧消化［3］等。新型的污泥資源化處理方法主要用于制備建筑材料，如，夏陽和余曉軍等［4］針對江河污泥成分和特性進行了分析，采用污泥－骨料－水泥三元系統(tǒng)制備出非燒結(jié)磚；徐子芳等［5］采用建筑垃圾、污泥和粉煤灰等為主要原料來制備非燒結(jié)磚；羅廣兵［6］采用污水處理廠的污泥，加入不同摻量的水泥，模具成型，在經(jīng)過3d～7d的自然養(yǎng)護，得到了符合農(nóng)業(yè)部要求的磚塊等。這些研制的非燒結(jié)磚都屬于利廢、環(huán)保、節(jié)能型建筑材料，是目前綜合利用多種廢物研制開發(fā)新材料的新方法、新途徑，對于建設(shè)環(huán)保型社會意義重大。

本文根據(jù)太原市某企業(yè)環(huán)保站處理污泥的需求，以污泥為原料，摻加不同添加劑，在19.6MPa壓強下壓制成非燒結(jié)磚，經(jīng)過3d～5d養(yǎng)護后進行抗壓強度檢測和分析，研究不同添加劑成分和原料配比對抗壓強度的影響，以確定最佳的制備工藝，為實現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗藥品與儀器

1.1.1 實驗藥品

污泥，興安廠環(huán)保處；水泥P.O 32.5；砂子，2.5mm～5.0mm連續(xù)級配；水玻璃，模數(shù)2.31，質(zhì)量分?jǐn)?shù)42%，波美度50；抗裂纖維采用聚丙烯纖維，6mm；聚乙烯醇，1799絮狀；糯米膠，免調(diào)型；氧化鈣，分析純；十二水合硫酸鋁鉀，分析純。

1.1.2 實驗儀器

FA224型電子天平、6795型架盤天平、BGG－9245A型鼓風(fēng)干燥箱、YP－20TB油壓式粉末壓片機、QYL20型手動立式油壓千斤頂、MH1000型電子調(diào)溫加熱套、WHY－10微機控制全自動壓力試驗機。

1.2 污泥非燒結(jié)磚的制備方法（見圖1）

1）稱取處理后的污泥，按方案設(shè)計的配方比例稱取各原料，倒入攪拌鍋中，攪拌20min左右，得到均勻的混合料。

2）將混合后的物料裝填入模具中，在19.6MPa壓強下成型，保壓30s。

3）脫模，繼續(xù)在常溫條件下養(yǎng)護一定時間后進行檢測分析。

圖1 非燒結(jié)污泥磚的制備

1.3 抗壓強度測定

所制備的污泥免燒磚，自然養(yǎng)護一周后，測定抗壓強度和吸水24h后的抗壓強度。

抗壓強度計算公式如式（1）。

式中，P為非燒結(jié)磚試件抗壓強度，MPa；F為非燒結(jié)磚承受的最大壓力，N；A為試件承壓面積，mm2。

2 結(jié)果與討論

2.1 砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響（見圖2）

圖2 砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對抗壓強度的影響

圖2所示，當(dāng)砂子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，試塊性能最好，吸水前抗壓強度達到6.5MPa，吸水后抗壓強度為5.1MPa，所以砂子最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

2.2 水玻璃添加量的影響（見圖3）

圖3 水玻璃添加量對抗壓強度的影響

圖3所示，當(dāng)水玻璃添加量為6%時，吸水前抗壓強度達到最高，為9.7MPa，吸水后抗壓強度為5.1MPa；當(dāng)水玻璃添加量為10%時，吸水后抗壓強度達到最大，為5.6MPa，但吸水前抗壓強度較低，僅為8.6MPa。綜合考慮認為，水玻璃添加量6%為最適宜。

2.3 糯米膠添加量的影響（見圖4）

圖4 糯米膠對抗壓強度的影響

圖4所示，糯米膠添加量為15%時抗壓強度最大，為7.2MPa，吸水后抗壓強度為2.6MPa。圖4還可以看出，添加糯米膠的污泥磚吸水后抗壓強度均較小，基本上都在2.4MPa～2.7MPa。

2.4 PVA膠添加量的影響（見圖5）

圖5 PVA膠對抗壓強度的影響

圖5所示，隨著PVA膠添加量的增加抗壓強度先增大后減小，添加量為1.5%時達到峰值，吸水前抗壓強度為10.2MPa，吸水后抗壓強度也最好，為5.9MPa。所以，PVA添加量為1.5%為最適宜。

2.5 抗裂纖維添加量的影響（見圖6）

圖6 抗裂纖維添加量對抗壓強度的影響

圖6所示，抗裂纖維添加量對污泥磚抗壓強度影響不大，當(dāng)抗裂纖維添加量為0.20%時，吸水前抗壓強度最大，為7.8MPa，吸水后抗壓強度為4.9MPa。所以，適宜的抗裂纖維添加量為0.20%。

2.6 不同添加劑的影響

表1為5種添加劑所制備出的污泥磚的最大抗壓強度。

表1 不同添加劑制備的污泥磚抗壓強度①

由表1可以看出，與其他4種添加劑相比，PVA膠效果最好，最大吸水前抗壓強度為10.2MPa，吸水后抗壓強度為5.9MPa，其次是水玻璃和抗裂纖維；從吸水前抗壓強度來看，添加砂子效果最差，抗壓強度僅為6.5MPa；從吸水后抗壓強度來看，添加糯米膠效果最差，抗壓強度僅為2.7MPa。所以，本實驗認為PVA膠為較好的添加劑。

3 結(jié)論

不同添加劑對非燒結(jié)污泥磚的抗壓強度和吸水后抗壓強度具有不同的影響，影響最大的為PVA膠和水玻璃，砂子和糯米膠影響較小。添加PVA膠的效果是最好的，實驗中最高可以達到10.2MPa的抗壓強度；添加水玻璃和抗裂纖維也可以提升污泥磚的抗壓強度，其中，添加水玻璃的最大抗壓強度可以達到9.7MPa，添加糯米膠后，吸水后抗壓強度均較低，僅為2.4MPa～2.7MPa。