化学污泥制备非烧结砖的实验研究

任梓涵， 周 磊， 王 荣， 刘 晗， 孟 丽， 任晓莉

（太原工业学院环境与安全工程系，山西 太原 030008）

引 言

随着污泥产量的逐年增加，并且由于污泥对环境和人类危害巨大，所以，污泥的处理也成为目前必须解决的问题之一。目前，我国污泥的传统处理方法有填埋［1］、焚烧［2］、好氧堆肥和厌氧消化［3］等。新型的污泥资源化处理方法主要用于制备建筑材料，如，夏阳和余晓军等［4］针对江河污泥成分和特性进行了分析，采用污泥－骨料－水泥三元系统制备出非烧结砖；徐子芳等［5］采用建筑垃圾、污泥和粉煤灰等为主要原料来制备非烧结砖；罗广兵［6］采用污水处理厂的污泥，加入不同掺量的水泥，模具成型，在经过3d～7d的自然养护，得到了符合农业部要求的砖块等。这些研制的非烧结砖都属于利废、环保、节能型建筑材料，是目前综合利用多种废物研制开发新材料的新方法、新途径，对于建设环保型社会意义重大。

本文根据太原市某企业环保站处理污泥的需求，以污泥为原料，掺加不同添加剂，在19.6MPa压强下压制成非烧结砖，经过3d～5d养护后进行抗压强度检测和分析，研究不同添加剂成分和原料配比对抗压强度的影响，以确定最佳的制备工艺，为实现其工业化生产提供参考。

1 实验材料与方法

1.1 实验药品与仪器

1.1.1 实验药品

污泥，兴安厂环保处；水泥P.O 32.5；砂子，2.5mm～5.0mm连续级配；水玻璃，模数2.31，质量分数42%，波美度50；抗裂纤维采用聚丙烯纤维，6mm；聚乙烯醇，1799絮状；糯米胶，免调型；氧化钙，分析纯；十二水合硫酸铝钾，分析纯。

1.1.2 实验仪器

FA224型电子天平、6795型架盘天平、BGG－9245A型鼓风干燥箱、YP－20TB油压式粉末压片机、QYL20型手动立式油压千斤顶、MH1000型电子调温加热套、WHY－10微机控制全自动压力试验机。

1.2 污泥非烧结砖的制备方法（见图1）

1）称取处理后的污泥，按方案设计的配方比例称取各原料，倒入搅拌锅中，搅拌20min左右，得到均匀的混合料。

2）将混合后的物料装填入模具中，在19.6MPa压强下成型，保压30s。

3）脱模，继续在常温条件下养护一定时间后进行检测分析。

图1 非烧结污泥砖的制备

1.3 抗压强度测定

所制备的污泥免烧砖，自然养护一周后，测定抗压强度和吸水24h后的抗压强度。

抗压强度计算公式如式（1）。

式中，P为非烧结砖试件抗压强度，MPa；F为非烧结砖承受的最大压力，N；A为试件承压面积，mm2。

2 结果与讨论

2.1 砂子质量分数的影响（见图2）

图2 砂子质量分数对抗压强度的影响

图2所示，当砂子质量分数为20%时，试块性能最好，吸水前抗压强度达到6.5MPa，吸水后抗压强度为5.1MPa，所以砂子最适质量分数为20%。

2.2 水玻璃添加量的影响（见图3）

图3 水玻璃添加量对抗压强度的影响

图3所示，当水玻璃添加量为6%时，吸水前抗压强度达到最高，为9.7MPa，吸水后抗压强度为5.1MPa；当水玻璃添加量为10%时，吸水后抗压强度达到最大，为5.6MPa，但吸水前抗压强度较低，仅为8.6MPa。综合考虑认为，水玻璃添加量6%为最适宜。

2.3 糯米胶添加量的影响（见图4）

图4 糯米胶对抗压强度的影响

图4所示，糯米胶添加量为15%时抗压强度最大，为7.2MPa，吸水后抗压强度为2.6MPa。图4还可以看出，添加糯米胶的污泥砖吸水后抗压强度均较小，基本上都在2.4MPa～2.7MPa。

2.4 PVA胶添加量的影响（见图5）

图5 PVA胶对抗压强度的影响

图5所示，随着PVA胶添加量的增加抗压强度先增大后减小，添加量为1.5%时达到峰值，吸水前抗压强度为10.2MPa，吸水后抗压强度也最好，为5.9MPa。所以，PVA添加量为1.5%为最适宜。

2.5 抗裂纤维添加量的影响（见图6）

图6 抗裂纤维添加量对抗压强度的影响

图6所示，抗裂纤维添加量对污泥砖抗压强度影响不大，当抗裂纤维添加量为0.20%时，吸水前抗压强度最大，为7.8MPa，吸水后抗压强度为4.9MPa。所以，适宜的抗裂纤维添加量为0.20%。

2.6 不同添加剂的影响

表1为5种添加剂所制备出的污泥砖的最大抗压强度。

表1 不同添加剂制备的污泥砖抗压强度①

由表1可以看出，与其他4种添加剂相比，PVA胶效果最好，最大吸水前抗压强度为10.2MPa，吸水后抗压强度为5.9MPa，其次是水玻璃和抗裂纤维；从吸水前抗压强度来看，添加砂子效果最差，抗压强度仅为6.5MPa；从吸水后抗压强度来看，添加糯米胶效果最差，抗压强度仅为2.7MPa。所以，本实验认为PVA胶为较好的添加剂。

3 结论

不同添加剂对非烧结污泥砖的抗压强度和吸水后抗压强度具有不同的影响，影响最大的为PVA胶和水玻璃，砂子和糯米胶影响较小。添加PVA胶的效果是最好的，实验中最高可以达到10.2MPa的抗压强度；添加水玻璃和抗裂纤维也可以提升污泥砖的抗压强度，其中，添加水玻璃的最大抗压强度可以达到9.7MPa，添加糯米胶后，吸水后抗压强度均较低，仅为2.4MPa～2.7MPa。