基于污泥的混凝土摻和料研究

黃 永

（華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510640）

隨著中國現代化進程加快，各種環境問題日顯嚴峻，大氣、土地、水體等皆受到了不同程度的污染。從污水處理結果來看，污泥造成的水體污染不容小覷。研究及工程實踐證明，經過處理的污泥火山活性高，可制備摻合料應用于混凝土中，從而節約土地與礦產資源，保護環境。

1 污泥成因、危害及處理

1.1 污泥的成因與危害

污泥是污水處理產生的一種含有大量有機物、重金屬、病菌病原體的產物。其中如鎘、鉻、鎳、鋅、銅、鐵等重金屬以及病菌病原體，嚴重影響了土壤、水體安全，危害人類生命健康。2016 年，中國住房城鄉建設部公布的報告顯示，截止2016 年9 月底，中國已建成污水處理廠3976 座，污水處理能力為1.7×108m3/d，若按照含水量97%計算，每天產生的污泥幾乎是1×104m3[1]，如何妥善處理并利用好這些污泥是非常現實的問題。

1.2 污泥的處理與利用

污泥傳統處理方法有焚燒、土地利用、填埋等。污泥的有機質含量很高，具備一定熱值，可直接焚燒處理，焚燒處理后的污泥能實現無菌、無臭的目的[2]，但易產生二氧化硫、二噁英等氣體，若直接排放又會造成空氣污染，且導致了大量營養物質的浪費[3]。污泥含有大量的氮、磷、鉀，能夠為土壤提供足夠的營養物質，但重金屬和病菌病原體的存在限制了更廣泛土地應用。填埋雖然消耗資金少，處理量大，成效快，但并未避免環境污染，可能會導致土壤與地下水污染。污泥的工程化應用研究具備良好的前景。

2 污泥在混凝土材料上的應用研究

2.1 污泥作為摻合料的研究

混凝土常用的摻合料有火山灰質和礦渣，這些摻合料有較多的SiO2與Al2O3，可改善混凝土質量節省水泥用量。而污泥含有大量的SiO2與Al2O3，可以考慮用污泥作為混凝土的摻合料使用。黃曉慶[4]等研究表明，污泥在900℃高溫焙燒后，其中的主要無機物總量從52.8%提高到89.2%，特別是SiO2、Al2O3、Fe2O3，三者的總量達到76.2%，已類似火山灰，具有火山灰活性。且只要在高溫后快速冷卻，就可形成足夠多的活性SiO2和活性Al2O3，從而使污泥具有較高的火山灰活性。對于混凝土強度方面，Tay-J.H[5]等研究表明，以污泥灰代替部分水泥對混凝土強度影響不大。HAMERNIK J D[6]在ASTM 標準下做實驗，發現污泥灰與C 級火山灰類似，做為摻合料可行。

2.2 污泥灰火山活性增強方法

1） 精細磨研，Shih-Cheng Pan[8]等研究發現，增加污泥灰顆粒的表面積可顯著提升污泥灰的火山活性，其規律為污泥灰表面積每上升100m2/kg，活性指數上升5%；2） 控制焚燒溫度及時間，焚燒時控制好溫度與時間，污泥灰的火山活性將大大增強。Joo-Hwa Tay[9]等發現，在1000C°時焚燒4 小時，能得到火山活性最強的污泥灰；3） 加入激發劑，激發劑一般為NaOH 和Ca (OH)2，加入后可激活惰性SiO2與Al2O3，相對而言就可以增加污泥灰摻合料減少水泥用量。

3 結語

污泥是放錯了位置的資源，傳統的污泥處理均不同程度造成了二次污染，重新定位污泥的用途極為關鍵。本文重點討論了污泥制作摻合料應用于混凝土中的可行性，發現污泥作為混凝土摻合料是可行，在適當的處理下，能使污泥減量、無害、穩定，有利于大氣、土壤、水體等自然環境。總的來說，污泥作為摻合料應用到混凝土中是污泥處理的可行途徑，且存在廣闊的應用前景。