预拌混凝土企业污水综合利用技术研究及应用

张海霞，崔鑫，王龙志，张雪，张会冰

（山东建泽混凝土有限公司，山东 济南 250101）

预拌混凝土企业污水综合利用技术研究及应用

张海霞，崔鑫，王龙志，张雪，张会冰

（山东建泽混凝土有限公司，山东 济南 250101）

为了促进预拌混凝土企业污水综合利用技术发展，开展了不同污水利用率的混凝土工作性能、含气量、力学性能、综合效益的研究，并在此基础上进行了污水综合利用技术的中试。研究表明：随着污水回收系统回收污水利用率的提高，混凝土工作性能降低、含气量降低、抗压强度提高；污水利用过程中，当混凝土拌合水中固形物含量大于4.8%时，混凝土的工作性能和含气量快速降低；污水的利用可在一定程度上降低胶材的用量，而不影响混凝土的性能；预拌混凝土企业污水的综合利用具有显著的经济效益和社会效益。

预拌混凝土；污水；综合利用；性能研究；固形物；应用

如何保持预拌混凝土企业生产现场环境，做到文明生产，避免污水外流，减少生产用水消耗，一直是预拌混凝土企业所面对的主要环保问题。JGJ63—2006《混凝土用水标准》规定：混凝土用水为混凝土拌合用水和混凝土养护用水的总称，包括饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗刷水等。标准明确规定了混凝土企业设备洗刷水可作为混凝土用水进行使用。但预拌混凝土企业通常把混凝土设备洗刷水称为污水[1]。

对预拌混凝土企业来说，通常按单位质量的水中，固形物含量大于5%且对人体有害、不能正常饮用的水称为污水。预拌混凝土企业产生的污水中主要含有水泥未水化产物、胶凝材料水化产物、矿物掺合料、泥土、外加剂及部分细骨料颗粒等成分。

对于污水，预拌混凝土企业通常有3种处理方法：一是倾倒，这种方式造成沟河堵塞，污水靠自然蒸发或渗入地下，对环境造成污染；二是沉淀池自然净化，将沉淀后的污水部分利用，大部分排放，在预拌混凝土企业这是比较普遍的做法，但对公用排水设施造成堵塞；三是综合利用，将产生的污水全部加以利用，这是目前少数管理比较先进的企业的做法。本文开展了污水对混凝土含气量、工作性能、力学性能影响的研究，以促进预拌混凝土企业污水的综合利用，为预拌混凝土企业节约生产成本、降低环境污染，同时为产生类似污水和其它污水的企业提供技术方向、推动和谐社会发展[2]。

1 污水回收系统设计

预拌混凝土企业污水的产生主要是设备洗刷水、清洗场地产生的废水以及雨水，因此污水回收系统设计时应考虑全面。该系统组成包括：厂区导流管道、洗车系统、砂石分离机、回收系统、搅拌系统等。

厂区导流管道：依据厂区内基本分布，合理设置导流管路，收集厂区冲洗产生的污水和雨水。收集到的污水通过管道流至回收水池内进行二次利用。

洗车系统：洗车系统主要由冲洗槽、接水管等部分组成。根据车辆大小设计洗车台的尺寸，根据砂石分离机高度设置冲洗槽和洗车台高度，根据车辆出料口高度设计接水管高度，同时在冲洗槽后方设置挡板，防止车辆撞坏料槽，保证接水不至撒到接料口外。

砂石分离机：砂石分离机由自动清洗装置、清洗气动蝶阀、排水槽等装置组成。每次分离完后自动清洗砂石分离机内部，确保内部清洁，防止分离机内部堵塞，延长维护周期，保障分离机的使用寿命。

回收系统：回收系统包括沉淀池和蓄水池等。在砂石分离机一侧设置三级沉淀池，将清洗搅拌机、混凝土搅拌车的水以及清洗生产现场的污水导流至沉淀池，经沉淀后，较清的水流入蓄水池。

搅拌系统：搅拌系统通过周期性搅拌达到防止泥浆沉淀凝固的目的，同时对污水进行搅拌，还能提高污水泥浆的均匀性，防止不均匀泥浆对混凝土性能的不利影响。

该废水回收系统的工作流程为：搅拌机和运输车洗刷水以及废弃混凝土经砂石分离机分离回收后，废浆料经沉淀，废水进入蓄水池中储存。厂区地面清洗污水和雨水经排水沟进入沉淀池，经沉淀后污水进入蓄水池。蓄水池中的水可循环洗车或用于生产。用于混凝土搅拌前，对蓄水池中的水进行检验并启动搅拌系统搅拌均匀，水检验合格后泵送至计量称上计量搅拌[3]。

2 试验与结果分析

2.1 原材料

水泥：山东水泥厂生产的P·O42.5水泥，其物理性能指标如表1所示。

粉煤灰：聊城茌平电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，细度22%，需水量比101%，烧失量5.3%，含水量0.5%[4]。

矿粉：济南永通建材有限公司产的S95级矿粉，比表面积428 m2/kg，流动度比98%，烧失量0.8%，28 d活性指数101%。

外加剂：济南华建生产的SMF-2型脂肪族系外加剂，固含量32.7%，pH值为12.1，氯离子含量0.05%，总碱量1.8%，减水率21%。

细骨料：济南产机制砂，细度模数3.1，石粉含量13.5%，MB值为0.6，压碎指标23.1%，表观密度2700kg/m3。

粗骨料：泰山产5～25 mm石灰岩碎石，含泥量0.5%，针片状含量1.9%，压碎值9.5%，表观密度2720 kg/m3。

污水：本企业蓄水池中搅拌均匀后从中取得的回收水。该污水呈灰色，固形物含量5.3%，其化学指标如表2所示。

2.2 试验方法

使用不同比例污水配制混凝土，对混凝土的含气量、工作性能和力学性能进行测试。试验在（20±5）℃的室内完成，每组试验重复3次，取3次的平均值为测试结果，若有1组数据超过中间值的15%，则取中间值，若最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则试验重做[5-7]。

2.3 混凝土配制及性能分析

对预拌混凝土企业使用最多的C30强度等级进行不同比例的污水配制混凝土试验，并对混凝土性能进行研究。为测试污水对混凝土含气量的影响，在泵送剂中加入一定量的引气剂，试验C30混凝土配比（kg/m3）为：m（水泥）∶m（碎石）∶m（机制砂）∶m（矿渣粉）∶m（粉煤灰）∶m（外加剂）∶m（水）=230∶950∶850∶60∶110∶10∶180。

不同比例污水对混凝土性能的影响见表3。

2.3.1 对坍落度的影响分析

由表3可知，随着污水掺加比例的提高，混凝土坍落度呈降低趋势，特别是当掺加比例提高至80%以上时，坍落度出现急剧下降。由此可知，当拌合水中固形物含量低于4.8%时，污水对混凝土坍落度影响较小[8]。

2.3.2 对含气量的影响分析

由表3可知，随着污水掺加比例的提高，含气量呈下降趋势，但当污水掺加比例在50%～80%时，基本无变化。由于抗冻混凝土对含气量要求较高，因此对于有抗冻性要求的工程，污水使用前应试验验证。混凝土中含气量过大，会导致混凝土强度的降低，因此，一定程度的含气量降低，可增加混凝土的密实度，提高力学性能。

2.3.3 对混凝土抗压强度的影响分析

由表3可知，随着污水掺加比例的提高，混凝土7 d抗压强度呈上升趋势，在污水掺加比例为50%～80%时强度基本稳定，但超过80%时，强度出现急剧提高现象；掺加污水后混凝土的28 d抗压强度均高于不掺加污水的，污水掺加比例为30%和80%时，28 d抗压强度相差不大，全部使用污水时28 d抗压强度最高。

综合表3可以看出，掺加不同比例污水对混凝土性能影响非常大。通过查找资料并进行详细讨论分析，认为主要是污水中的固形物对混凝土性能产生了影响，因此对污水进行浓缩处理，保证固形物含量相同，调整污水比例进行试验，结果见表4。

由表4可以看出，当污水中固形物含量相同时，对混凝土性能几乎无影响，同时随着固形物含量增加，混凝土坍落度降低、含气量降低、抗压强度提高。由上可知，对混凝土性能的影响主要是由于固形物含量不同所致。

3 中试验证

上述实验室试验结果显示，使用污水进行混凝土生产在一定范围内对混凝土性能影响不大，进而在实际生产中进行验证，试验中污水的固形物含量为5.3%，具体配合比如表5所示。验证时采用2种强度等级，每种强度等级的配合比相同，污水比例分别为0、40%、50%，试验结果如表6所示。

表6结果证明，在污水掺量低于50%时，抗压强度仍然随着污水掺加量的增加而提高，坍落度变化较小。分析原因，主要因为污水中含有一定量的减水剂导致。对于低强度等级的混凝土，混凝土中的胶凝材料相对较少，而污水中含有一定量的未水化水泥颗粒、掺合料颗粒及水化产物等微小固形物，此种固形物类似于混凝土中的掺合料，能起到填充混凝土中的孔隙、密实混凝土的作用。所以，对于强度等级C30以下的混凝土，污水的掺入能在一定程度上改善混凝土拌合物的性能，提高其抗压强度。

对相同强度等级的混凝土，掺加污水后的配合比在不掺加污水的配合比基础上减少部分水泥用量进行试验验证，具体配合比见表7，性能测试结果见表8。

由表8可以看出，在混凝土中掺加50%的污水时，1 m3混凝土降低10 kg水泥用量，对混凝土的工作性能和力学性能影响不大，可见，掺加一定量的污水不仅不会降低混凝土的性能，还能适当节约水泥用量。掺加污水可适当延长混凝土的凝结时间，因此在冬季施工时应对混凝土凝结时间进行验证，确保满足工程需要。

4 综合效益分析

4.1 经济效益

对年产量60万m3的预拌混凝土生产企业来说，C25以下的混凝土一般能够占到全年混凝土总量的30%，全年产量约有18万m3；C30的混凝土一般能够占到全年混凝土总量的25%，全年产量约有15万m3。

（1）节约水泥产生的经济效益

由上述分析可知，使用污水进行混凝土生产全年可节省水泥：18万m3×10 kg/m3+15万m3×5 kg/m3=2550 t。

直接经济效益：2550 t×290元/t=73.95万元。

（2）使用污水产生的经济效益

全年使用污水约2.8万m3，减少自来水用量2.8万m3左右。直接经济效益：2.8万m3×4.4元/m3=12.32万元；

减少蓄水池清理费：2万元/年；

减少污水泵的非正常维修费：1万元/年；

全年可产生直接经济效益总额：

73.95 万元+12.32万元+2万元+1万元=89.27万元。4.2 社会效益

由于解决了厂区污水横流及外排现象，厂区卫生有了很大改善，同时污水不外排，不会对厂外环境造成污染，更利于环境保护和节约能源。

5 结论

（1）预拌混凝土企业可利用污水回收系统回收企业产生的污水进行预拌混凝土的生产。

（2）预拌混凝土中，随着污水利用率的提高，混凝土工作性能降低、含气量降低、抗压强度提高。

（3）污水中对混凝土性能影响最大的物质为固形物。污水利用过程中，当混凝土拌合水中固形物含量大于4.8%时，混凝土的工作性能和含气量快速降低，在实际使用中要注意此拐点，特别是对于混凝土含气量有特殊要求时。

（4）针对低强度等级的预拌混凝土而言，污水的利用可在一定程度上降低胶凝材料的用量，而不影响混凝土的性能。

（5）对年产60万m3的预拌混凝土生产企业，预拌混凝土中污水的利用每年可带来直接经济效益近90万元，且具有明显的社会效益。

[1]吴文贵，王军，孙克平，等.建设绿色混凝土产业化基地[J].施工技术，2009，38（11）：37-41.

[2] 杨志伟，石从黎，张克.搅拌站废弃泥浆循环利用方法的研究[J].粉煤灰，2012（4）：25-27.

[3]黄希宇.混凝土搅拌站废浆的回收利用研究[J].广西节能，2012 （2）：19-20.

[4]崔鑫，张海霞，李亚真，等.关于粉煤灰需水量比测试方法的几点思考[J].混凝土，2012（11）：51-53.

[5]刘安庆，刘扬喜.节能环保混凝土搅拌站方案设计实例[J].福建建设科技，2009（3）：54-55.

[6] 费秉超，尹秋成，马俊永.水泥废浆及废弃混凝土零排放实践[J].混凝土与水泥制品，2007（4）：40-41.

[7]何云军.绿色环保混凝土搅拌站的应用与推广[J].商品混凝土，2011（12）：15-19.

[8]楼映珠，杨飞，杨晓华，等.掺污水处理厂污泥对自密实混凝土和易性的影响[J].新型建筑材料，2014（9）：65-67.

Research on ready-mixed concrete enterprises comprehensive sewage utilization technology and its application

ZHANG Haixia，CUI Xin，WANG Longzhi，ZHANG Xue，ZHANG Huibing
（Shandong Jianze Concrete Co.Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）

In order to promote the development of comprehensive utilization technology of sewage，carried out the research of working performance，air content，mechanical properties and comprehensive benefit of the concrete of the different sewage utilization ratio，and on this basis sewage comprehensive utilization technology is in the trial.Research shows that：with the improvement of sewage utilization rate，working performance and air content of concrete reduced，and concrete compressive strength improved；In the process of sewage utilization，when the concrete mixing water solid content is more than 4.8%，the concrete working performance and air content quickly reduce.Sewage can in a certain extent reduce the dosage of the plastic material and without affecting the performance of concrete.The comprehensive utilization of ready-mixed concrete enterprise sewage has significant economic and social benefits.

ready-mixed concrete，sewage，comprehensive utilization，property research，solid substance，application

TU528

A

1001-702X（2015）06-0005-04

2014-11-10

张海霞，女，1975年生，山东潍坊人，高级工程师，从事高性能混凝土工程应用技术研究。