化學污泥制備非燒結磚的實驗研究

任梓涵， 周 磊， 王 榮， 劉 晗， 孟 麗， 任曉莉

（太原工業學院環境與安全工程系，山西 太原 030008）

引 言

隨著污泥產量的逐年增加，并且由于污泥對環境和人類危害巨大，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－水泥三元系統制備出非燒結磚；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，在經過3d～7d的自然養護，得到了符合農業部要求的磚塊等。這些研制的非燒結磚都屬于利廢、環保、節能型建筑材料，是目前綜合利用多種廢物研制開發新材料的新方法、新途徑，對于建設環保型社會意義重大。

本文根據太原市某企業環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磚，經過3d～5d養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，為實現其工業化生產提供參考。

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，興安廠環保處；水泥P.O 32.5；砂子，2.5mm～5.0mm連續級配；水玻璃，模數2.31，質量分數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 污泥非燒結磚的制備方法（見圖1）

1）稱取處理后的污泥，按方案設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，繼續在常溫條件下養護一定時間后進行檢測分析。

圖1 非燒結污泥磚的制備

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

2 結果與討論

2.1 砂子質量分數的影響（見圖2）

圖2 砂子質量分數對抗壓強度的影響

圖2所示，當砂子質量分數為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，所以砂子最適質量分數為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 結論

不同添加劑對非燒結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。