10-生化污泥石灰稳定处理和应用评价-叶舜涛

污泥石灰稳定干化工艺2011-9-14 11:36:09北京梅凯尼克环保科技有限公司字号：【字号大中小】点击：504 打印转发【导读】污泥石灰稳定干化工艺是现今国内新开发出的一种运用添加剂对城市污水处理厂污泥进行干燥、稳定化和资源化处理的方法。

该技术具有无二次污染、安全性高、投资少、污泥干化后产品可资源化利用的优点。

工艺概述：污泥石灰稳定干化工艺是现今国内新开发出的一种运用添加剂对城市污水处理厂污泥进行干燥、稳定化和资源化处理的方法。

采用生石灰发热剂，通过污泥高效干燥系统对有机酸腐污泥进行干燥、脱水、改性后，向稳定化无机材料转化。

干化后的污泥渣可以替代水泥原料中的石灰石，实现污泥的资源化，并解决污泥处理过程中的二次污染问题。

另外，根据氢氧化钙脱水变成氧化钙这一原理，处理物经高温煅烧后，添加剂可回收反复使用，实现了原材料的循环使用。

该技术具有无二次污染、安全性高、投资少、污泥干化后产品可资源化利用的优点。

工艺原理：化合反应：污水厂脱水污泥与固化材料混合搅拌后，污泥中的水分与固化材料中的生石灰反应后生成消石灰并释放大量热，掌握适当的添加量，在处理过程中可以使污泥迅速升温至100度以上，短时间内大量水蒸汽被蒸发，达到干燥、脱水及杀菌的目的。

工艺流程:含水率80%的污泥由螺旋输送机送至料仓暂存，通过计量输送装置使污泥和生石灰按质量比4：1的配比分别送入物料反应系统。

在物料反应系统内，污泥和生石灰发生化合反应，使系统内的温度迅速升高到100度，污泥中的水份被大量蒸发，完成污泥的干燥、脱水过程。

干化后的污泥通过双螺旋混合器输送至室外堆置棚进行堆置贮存。

为防止污泥干化工程中产生二次污染，可以通过添加除尘、除臭设备实现对排放出的石灰粉尘和恶臭气体的处理。

工艺特点：1、成本低，占地面积小2、自动化设备，操作管理简单；3、提高污泥含固率，使操作、运输更方便；4、可以有效除臭除味，减少带菌物；5、可以有效消灭细菌原体，且无细菌原体再生的风险；6、干化产物富含含大量氢氧化钙、氧化硅、碳酸钙等物质，可以作为建筑材料的基材、道路基础辅7、料、垃圾填埋场的垫层土、道路施工用的回填土等使用。

分类号学号密级学校代码硕士学位论文用石灰软化—絮凝法处理地下水水源硬度试验研究学位申请人陈涛学科专业建筑与土木工程指导教师答辩日期陶涛教授唐友尧教授2012.5.22A Thesis Submitted in Patial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of EngineeringStudy on Treatment of Hardness of Underground Water Source Using Lime Softening—Flocculation ProcessCandidateMajor : Chen Tao : Architectural and Civil Engineering: Prof. Tao TaoProf. Tang YouyaoSupervisorHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074, P. R. ChinaMay, 2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要随着我国社会经济的发展，人们对饮用水的要求越来越高。

第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023工业固废粉末对自密实高性能混凝土性能的影响何㊀翔1,乔险涛1,喻㊀鹏2,周佳乐2,牛建东3(1.中铁建(东莞)建设投资有限公司,东莞㊀523867;2.东莞理工学院生态环境与建筑工程学院,东莞㊀523808;3.中南大学土木工程学院,长沙㊀410083)摘要:为研究不同工业固废粉末对自密实高性能混凝土力学性能和耐久性的影响机理,对掺入不同比例粉煤灰㊁矿渣㊁石灰粉末㊁煤矸石粉末和大理石粉末的混凝土进行了试验研究㊂通过测试混凝土的坍落扩展度㊁T50流动时间㊁L 型仪和V 型仪流动时间来评估其施工性能,通过测试混凝土超声波波速和抗压强度来分析其力学性能,通过测试混凝土通电量和水渗透深度来表征其耐久性㊂结果表明:粉煤灰㊁矿渣㊁石灰粉末㊁煤矸石粉末及大理石粉末可用于配制施工性能和耐久性均佳的自密实高性能混凝土;粉煤灰和矿渣粉末的允许掺量分别为35%(质量分数,下同)和60%,煤矸石㊁石灰粉末和大理石粉末的允许掺量各为30%,粉煤灰的添加有利于提高混凝土的流动性,使其坍落扩展度最大可达到750mm;除石灰粉末外,增加工业固废粉末掺量也可提高混凝土抗氯离子渗透性能,但增加细粉的掺量会降低混凝土的抗渗性能和抗压强度,其中,掺入30%石灰粉末的混凝土抗压强度下降最明显,降幅达到20.8%㊂关键词:自密实高性能混凝土;工业固废粉末;力学性能;施工性能;耐久性中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-4017-10Effects of Industrial Solid Waste Powders on Performance of High-Performance Self-Compacting ConcreteHE Xiang 1,QIAO Xiantao 1,YU Peng 2,ZHOU Jiale 2,NIU Jiandong 3(1.China Railway Construction (Dongguan)Investment Corporation Limited,Dongguan 523867,China;2.School of Environment and Civil Engineering,Dongguan University of Technology,Dongguan 523808,China;3.School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)收稿日期:2023-06-23;修订日期:2023-08-01基金项目:国家自然科学基金(52008106);中铁十五局集团有限公司企业委托课题项目(11001202301001);广东省基础与应用基础研究基金联合基金(粤莞)项目(2021A1515110075)作者简介:何㊀翔(1979 ),男,高级工程师㊂主要从事城市轨道交通建设方面的研究㊂E-mail:719121394@Abstract :In order to investigate the influence mechanism of various industrial solid waste powders on the mechanical properties and durability of high-performance self-compacting concrete (HPSCC),an experimental investigation was conducted on the concrete with various mass fraction of fly ash,furnace slag,lime powder,coal gangue powder and marble powder.The slump flow,T50flow time,L-box and V-funnel flow time were experimentally measured to evaluate the workability of HPSCC.The concrete mechanical properties were evaluated by measuring ultrasonic pulse velocity and compressive strength.In addition,the power consumption and water penetration depth were tested to characterize its durability.The results show that fly ash,furnace slag,lime powder,coal gangue powder and marble powder can be used to prepare HPSCC with excellent workability and durability.The allowable mass fraction of fly ash and furnace slag powder is 35%and 60%,respectively.While,the allowable mass fraction for coal gangue powder,lime powder and marble powder is 30%,respectively.The addition of fly ash significantly improves the concrete workability,with a maximum slump flow of 750mm.Except for lime powder,the increase of other industrial solid waste powders leads to a better concrete anti-chloride ion permeability.However,the increase of industrial solid waste powders can reduce the impermeability and compressive strength of concrete.The concrete mixed with 30%lime powder shows the largest decrease in compressive strength,with a reduction of 20.8%.Key words :high-performance self-compacting concrete;industrial solid waste powder;mechanical property;workability;durability4018㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷0㊀引㊀言自密实混凝土自1980年问世以来在工程中应用广泛,尤其是钢筋间距密集或浇注空间受限的施工场所[1]㊂减水剂的推广应用进一步推动了自密实混凝土的发展和应用[2-4]㊂自密实混凝土材料组成成分与常规振捣混凝土类似,两者最大区别在于是否通过调节材料配合比来实现混凝土的自密实性能㊂不同于常规振捣混凝土,自密实混凝土粉末用量较大[5],水泥用量介于450~600kg/m3㊂这种混凝土具有良好的流动性和抗泌水㊁抗离析性能㊂为了确保不发生泌水和离析现象,通常会添加黏性外加剂来增加混凝土的黏滞性[6]㊂为满足流动性要求,可以通过添加粉煤灰㊁矿渣㊁石灰等工业固废粉末来提高或维持自密实混凝土的施工性能,同时减少水泥用量和水化热[7-9]㊂粉煤灰和工业矿渣一直以来都是自密实混凝土的重要胶凝材料㊂粉煤灰是火力发电厂生产的工业废料,也是重要的胶凝材料之一[10-12]㊂全球每年由煤燃烧产生的废料约为70亿吨,其中约70%(质量分数)是粉煤灰㊂中国年平均产生8.27亿吨粉煤灰,综合利用量约5.07亿吨,综合利用率约为78%,这些粉煤灰可用于生产混凝土㊂工业矿渣是由高炉矿渣熔化后在水中浸泡快速冷却形成的工业固废[13]㊂传统自密实混凝土因需添加较多的化学外加剂和水泥,生产成本较高㊂而研究表明,使用粉煤灰和工业矿渣生产的自密实混凝土具有三个方面的优点:一是可减少水泥和水用量,增加混凝土的施工性能和后期强度[7],提高其结构工作性能和耐久性能[14-15];二是粉煤灰和工业矿渣可增加混凝土拌合物的坍落扩展度,减少水泥㊁砂和其他填料的用量,从而降低生产成本[16];三是粉煤灰和工业矿渣等工业固废粉末代替普通水泥可减少增加混凝土黏度的化学外加剂用量,其混凝土具有较低水胶比和更完整的内部结构,且强度和耐久性得到提升[17-18]㊂可见,掺入粉煤灰和工业矿渣是降低自密实混凝土成本的有效途径㊂工业固废如何处置是目前全球面临的重要环境问题之一[19]㊂工业固废资源化再利用是解决该问题的有效方法和途径,有利于节约能源㊁保护环境㊁促进经济发展[20]㊂部分工业废料,例如大理石工业废料㊁石粉㊁煤矸石等经粉碎㊁加工后可用于生产自密实混凝土㊂研究表明,石灰粉末具有较高的比表面积,可增加混凝土使用年限,降低生产成本,减少环境负荷㊂石灰粉末还可用作填充材料,改善新拌混凝土的工作性能和稳定性㊂大理石粉末作为填充材料用于制备自密实混凝土是可行且十分经济的方法,该类混凝土表现出较好的工作性能[21-22]㊂已有研究[23]表明,当大理石粉末用量低于200kg/m3时,混凝土的流动性和硬化后的性能可以得到改善㊂煤矸石中活性二氧化硅和氧化铝可与水泥发生反应,从而改善混凝土的微观结构和力学性能㊂李燕等[24]研究表明,煤矸石和矿渣在煤矸石-矿渣-水泥的三元胶凝体系中水化程度较高;郭金敏[25]采用煤矸石代替碎石和粉煤灰,得到了复掺煤矸石混凝土的可行材料配比㊂但是,煤矸石的强度较低,作为粗骨料制备混凝土会降低混凝土的抗压强度[26]㊂自密实混凝土具备两个相互矛盾的特性:抗离析性能和流动性㊂常通过高效减水剂的分散作用和外加的填充材料中微细颗粒的凝聚力来实现两种特性之间的平衡㊂而这种平衡机制与工业废渣细粉的物理特性和化学反应程度有关[27],且很大程度上取决于外加剂表面活性以及细微材料较高的比表面积㊂工业固废经粉碎加工成粉末后具有较高的比表面积和较好的表面活性,可与水泥等材料发生水化反应,提高自密实混凝土性能㊂因此,制备自密实高性能混凝土中掺入工业固废粉末或许是一种有效的方法㊂这样一来,既可利用不同工业固废粉末改善混凝土的微观结构和力学性能,又可以保证自密实混凝土的施工性能,同时降低生产成本㊂但因不同工业固废粉末制备及其对自密实混凝土性能作用研究有限,其改善效果和内在机理仍有待进一步研究㊂本研究通过掺入不同质量的粉煤灰㊁矿渣粉末㊁石灰粉末㊁煤矸石粉末,以及大理石粉末取代水泥,配制出了不同配比的自密实高性能混凝土㊂在此基础上,对不同配比自密实高性能混凝土的各项性能进行综合测试,包括坍落扩展度㊁T50流动时间㊁L型和V型仪流动时间㊂并对不同配比混凝土的力学性能和耐久性进行了测试和评估,旨在配制出综合性能优良的自密实高性能混凝土(文中简称混凝土),探明不同工业固废粉末改进混凝土性能的内在机理㊂第11期何㊀翔等:工业固废粉末对自密实高性能混凝土性能的影响4019㊀1㊀实㊀验1.1㊀试验材料参考‘普通混凝土配合比设计规程“(JGJ55 2011)[28]配制混凝土㊂选用P㊃O42.5普通硅酸盐水泥,其28d抗压强度为48.3MPa,比表面积为399.6m2/kg㊂细骨料和粗骨料分别选用天然河砂和平均直径为10.3mm的碎石,河砂的质量分数和吸水率分别为2.59%和1.44%,碎石的质量分数和吸水率分别为2.73%和0.22%㊂减水剂选用上海某品牌530P型聚羧酸高效减水剂,外观为白色粉末状,减水效率为30%㊂此外,不同配比拌合料分别添加了粉煤灰㊁矿渣㊁石灰粉末㊁煤矸石粉末以及大理石粉末等工业固废粉末㊂粉煤灰为F类II级粉煤灰,需水量为90%(质量分数),28d活性指数为75%;矿渣由东莞市某水泥厂提供;石灰粉末为采石场破碎机废料,从采石场破碎机过滤系统收集得到;煤矸石由韶关市某煤矸石粉加工厂提供;大理石粉末由东莞市某大理石厂提供,未经其余加工程序直接掺入混凝土拌合料中㊂各主要原材料化学成分和物理性能如表1和表2所示㊂表1㊀主要原材料的主要化学成分Table1㊀Main chemical composition of main raw materialsMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO SO3 Cement19.30 6.04 5.6959.86 4.07 3.06Fly ash48.5419.51 5.38 4.69 1.860.65Furnace slag40.9812.82 1.9532.857.24 1.85Lime powder 4.950.800.5951.960.58 Coal gangue powder55.5235.78 1.910.580.25Marble powder0.750.240.1155.550.21表2㊀主要原材料物理特性Table2㊀Physical properties of main raw materialsMaterial Density/(kg㊃m-3)Characteristic particle size/mmD10D50D90Specific surface area/ (cm2㊃g-1)Cement 3.07 2.0114.5644.903150Fly ash 2.16 2.8015.9055.652455 Furnace slag powder 2.90 1.6414.0459.022562Lime powder 2.76 2.5824.8150.732753 Coal gangue powder 2.59 1.0735.4154.502737Marble powder 2.72 1.3613.2837.5586841.2㊀配合比共配制了16组不同配比的混凝土拌合料,其中一组为对照组,其余15组拌合料分别掺入了不同质量的工业固废粉末,详细参数如表3所示㊂其中,粉煤灰取代水泥的质量分数分别为15%㊁25%和35%;矿渣取代水泥的质量分数分别为20%㊁40%和60%;石灰粉末㊁煤矸石粉末和大理石粉末取代水泥的质量分数分别为10%㊁20%和30%㊂所有拌合料水胶比取定值0.33,每立方米混凝土的水泥和固废粉末的总质量为580kg㊂1.3㊀制作、养护及力学性能试验参考‘混凝土物理力学性能试验方法标准“(GB/T50081 2019)[29]浇筑100mmˑ100mmˑ100mm立方体试件,用于测试混凝土的抗压强度㊁弹性模量㊁密度和超声波波速㊂同时,对新拌混凝土的坍落扩展度和T50流动时间进行测量,并借助L型仪和V型仪进行混凝土的抗离析试验,以评估混凝土的流动性和抗离析性能㊂浇筑成型后,将试件放到自然环境下养护24h,拆模后放入标准养护室(20ħ和相对湿度60%),养护7d后测试混凝土的抗压强度和超声波波速,养护28d后测试混凝土的抗压强度㊁超声波波速㊁密度和弹性模量㊂4020㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷表3㊀混凝土的配合比Table 3㊀Mix proportion of concreteSample No.Cement admixture /(kg㊃m -3)Sand admixture /(kg㊃m -3)Water admixture /(kg㊃m -3)Water-binder ratio Water reducing admixture /(kg㊃m -3)Variable Solid waste powder Solid waste powder admixture /(kg㊃m -3)Replacement rate /%Standard 580843FMH15493861FMH25435873FMH35377873KZ20464856KZ40348852KZ60232851SH10522843SH20464858SH30406861MGS10522843MGS20464858MGS30406861DLS10522843DLS20464858DLS304068611920.33 6.657.127.437.656.806.736.656.326.436.516.326.436.516.326.436.51 Fly ash 87151452520335Furnace slag powder 116202324034860Lime powder 58101162017430Coal gangue powder 58101162017430Marble powder 58101162017430㊀㊀注:FMH㊁KZ㊁SH㊁MGS 和DLS 分别代表粉煤灰㊁矿渣㊁石灰粉末㊁煤矸石粉末和大理石粉末,其后两位数字代表代替水泥的质量分数㊂参考‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“(GB /T 50082 2009)[30]制作175mm(上口直径)ˑ185mm(下口直径)ˑ150mm(高度)的圆台体试件,试件的浇筑和养护条件与立方体试件相同㊂待试件终凝后,采用逐级加压法测试混凝土的抗水渗透性能㊂具体过程为将试件分别放置在0.1MPa 水压下48h,0.3MPa 水压下24h 和0.7MPa 水压下24h,然后将试件劈开观测其渗透深度㊂参考‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“(GB /T 50082 2009)制作100mm(直径)ˑ50mm(厚度)的圆柱体试件,测试混凝土的抗氯离子渗透性能㊂将试件放在电压为60V 的仪器设备下6h,由测得的通电量来评定混凝土抗氯离子渗透性能㊂2㊀结果与讨论2.1㊀施工性能2.1.1㊀流动性图1㊀不同工业固废粉末在不同取代率下的混凝土坍落扩展度Fig.1㊀Slump flow of concrete with various industrial solid waste powders at different replacement rates 与常规混凝土相比,自密实混凝土更关注拌合物的流动性㊁抗离析性能和填充性㊂为了评估不同配比混凝土拌合物的施工性能,通过试验测试了各拌合料的坍落扩展度和T50流动时间,并开展了V 型仪和L 型箱流动仪的抗离析试验㊂其中,T50时间指坍落扩展度桶提起后混凝土流动至50cm 的所需时间,可反映混凝土的流动能力和塑性屈服能力㊂图1为各混凝土拌合料的坍落扩展度,表征了混凝土拌合物在没有外部约束存在的情况下,仅依靠其自重作用克服表面摩擦力的流动性能㊂为了揭示不同工业固废粉末对混凝土流动性的影响机理,图2给出了不同工业固废粉末的SEM 照片㊂综合图1和图2可知:1)不同配比混凝土拌合料的坍落扩展度介于680~760mm,说明所配制的㊀第11期何㊀翔等:工业固废粉末对自密实高性能混凝土性能的影响4021不同配比混凝土拌合料均表现出良好的施工性能㊂2)FMH35坍落扩展度达到了750mm,流动性最好㊂表明与其他固废粉末相比,粉煤灰更有利于提高混凝土的流动性㊂这是因为混凝土的流动性主要取决于组成颗粒的形状㊁颗粒堆积效应㊁颗粒大小分布,以及表面纹理的粗糙程度㊂与其他粉末相比,粉煤灰颗粒为球形,在接触点具有 滚轴效应 ,可有效减少骨料-浆料之间的摩擦[31]㊂此外,粉煤灰密度相对较小,替代水泥后导致水泥浆体体积增大,进一步减小了细集料与水泥浆体之间的摩擦,提高了拌合物的塑性和凝聚力,从而提高了混凝土的流动性㊂3)与粉煤灰相比,掺入其他固废粉末的混凝土流动性相对较差㊂因为石灰粉末㊁煤矸石粉末以及大理石粉末为块状或三角形,不利于提高混凝土的流动性㊂图2㊀不同工业固废粉末的SEM照片Fig.2㊀SEM images of various industrial solid waste powders2.1.2㊀抗离析性能为了评估混凝土的抗泌水抗离析性能,图3给出了混凝土拌合料的V型仪流动时间与T50流动时间之间的关系㊂V型仪流动时间在坍落扩展度一定的情况下可用于评价混凝土的黏性,流动时间越长表示混凝土黏性越高,抗离析性能越好㊂而且,T50流动时间与V型仪的流动时间的预测结果具有良好的相关性㊂由图3可知,与其他拌合料相比,掺入矿渣的混凝土拌合料KZ60的黏性和V型仪流动时间最少㊂对于自密实混凝土,其V型仪流动时间的下限和上限分别为11和15s,而本文混凝土拌合物的V型仪流动时间测试值介于9.34~16.97s㊂可见,所配制的混凝土拌合料均具有良好的黏度和抗离析性能㊂T50流动时间测试值介于2~5s,因此,自密实混凝土T50流动时间下限和上限建议值为2和5s㊂2.1.3㊀填充性L型仪测试结果用L(即h2/h1,h1为混凝土拌合物在L型仪中停止流动后,竖向箱体内混凝土拌合物的高度,h2则为L型仪水平向箱体内混凝土拌合物的高度㊂)值表示,L值可以表征自密实混凝土填充性㊂图4给出了添加了不同工业固废粉末混凝土拌合料的L值㊂L值低于0.8的自密实混凝土浇筑时容易出现堵塞现象,填充性较差㊂试验结果表明,增加固废粉末掺量会使混凝土的黏性增加,填充性下降㊂而本研究所配制的混凝土的L值均为0.8~1.0,说明工业固废粉末掺量在允许范围之内,混凝土的填充性满足施工要求㊂因而,所配制的混凝土均具有良好的填充性㊂2.2㊀耐久性对混凝土的抗氯离子渗透性能和抗水渗透性能进行了测试㊂用6h内通过混凝土的总电荷量作为评定4022㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷抗氯离子渗透性能的衡量标准,试验结果如图5(a)所示㊂用渗水深度来评估混凝土的抗渗性能,试验结果如图5(b)所示㊂图3㊀混凝土拌合料的V 型仪流动时间与T50之间的关系Fig.3㊀Relationship between V-shaped flow time and T50of concrete mixermaterial 图4㊀不同工业固废粉末掺杂的混凝土的L 值Fig.4㊀L value of concrete with various industrial solid wastepowders 图5㊀不同工业固废粉末在不同取代率下的混凝土耐久性Fig.5㊀Durability of concrete with versus industrial solid waste powders at different replacement rates 由图5(a)可知,除石灰粉末外,随着固废粉末掺量的增加,混凝土的抗氯离子渗透率均呈上升趋势㊂掺矿渣的混凝土拌合料KZ60总通电量为120C,其氯离子渗透率最低㊂依据ASTM C1202[32],该混凝土的氯离子渗透等级为 极低 ㊂混凝土的内部结构是影响氯离子渗透性能的关键,孔隙更小㊁更密实的内部结构降低了孔隙通道的连续性㊂相比于其他拌合料,掺入粉煤灰和矿渣的混凝土表现出更低的氯离子渗透率,表明该类混凝土中火山灰反应的生成物更容易形成不连续的内部结构[33]㊂此外,氯离子渗透率还取决于混凝土的组成材料与氯离子的结合能力㊂氯化物在混凝土中渗透路径与自由水或连通的孔隙基本一致㊂部分氯化物可以与水泥(主要是水泥中的铝酸三钙(C 3A))发生反应,形成稳定的氯离子复合物,而过剩的氯化物才是导致钢筋等腐蚀的主要原因㊂掺入粉煤灰和矿渣将导致C 3A 含量增加,因为拌合物中存在过多的氧化铝,经过火山灰反应后形成了水合硅酸钙,增加了硅酸钙的含量[34]㊂由此推断,掺入粉煤灰和矿渣可以提高混凝土自由氯离子的结合能力,从而减少自由氯离子对钢筋的腐蚀㊂再者,随着氧化铝含量的增加,混凝土总电荷量减少㊂因而,增加粉煤灰和矿渣的掺量(氧化铝含量增加),混凝土表现出更好的抗氯离子渗透性能㊂由图5(b)可知,混凝土透水深度试验结果介于4.42~12.58mm㊂与其他拌合料相比,对照组㊁FMH15和KZ20的渗水深度相对较小,其中KZ20的渗水深度最小㊂此外,增加矿物粉末的掺量,混凝土的渗水深度也随之增加,抗渗性能下降㊂这是因为渗透试验是在试件养护28d 后进行,此时混凝土中火山灰反应还没有完全结束,生成的二次水合产物不足以填充更多的孔隙[35]㊂而FMH15和KZ20可通过其他水化产物来填㊀第11期何㊀翔等:工业固废粉末对自密实高性能混凝土性能的影响4023充孔隙,抗渗性能更好㊂2.3㊀力学性能本研究测试了16组不同配比混凝土硬化后的性能,包括混凝土28d密度㊁7和28d抗压强度和超声波波速㊂表4列出了混凝土密度㊁抗压强度和超声波波速测试结果,图6给出了混凝土抗压强度的测试结果㊂表4㊀混凝土物理和力学性能Table4㊀Physical and mechanical properties of concreteSample No.Density at28d/(kg㊃m-3)Compressive strength/MPa Ultrasonic velocity/(m㊃s-1)7d28d7d28d Standard 2.41564.5676.0943964638FMH15 2.38962.1173.9243894609FMH25 2.38761.2973.2542964603FMH35 2.38956.1067.3941994529KZ20 2.41362.2877.9843024708KZ40 2.41862.9874.9844054618KZ60 2.39157.9471.6243044549SH10 2.41960.0469.2842054496SH20 2.43757.1164.9742984435SH30 2.42955.0459.9242034211MGS10 2.39364.8174.8344194590MGS20 2.40162.7173.9242444455MGS30 2.41961.7272.3641804398DLS10 2.41366.0176.1944394686DLS20 2.43963.7473.3945184704DLS30 2.40959.2970.7642194549图6㊀不同工业固废粉末在不同取代率下的混凝土7和28d抗压强度Fig.6㊀7and28d compressive strength of concrete with various industrial solid waste powders at different replacement rates 结合表4和图6可知:1)混凝土的抗压强度随着固废粉末掺量增加均呈下降的趋势,未掺固废粉末的混凝土7d抗压强度高于掺有固废粉末的混凝土㊂说明在混凝土硬化过程早期,粉煤灰和矿渣的火山灰反应不足以提高混凝土抗压强度㊂2)在硬化过程后期,混凝土的火山灰反应逐渐完成,因而掺入矿渣的混凝土的28d抗压强度最高㊂原因是粉煤灰和矿渣粉末填补了水泥颗粒之间的空隙,并与初级水化产生的石灰发生了沸石反应,生成了更多的次级水合物进一步填充结构孔隙,从而提高混凝土的抗压强度㊂而掺有石灰和煤矸石粉末的混凝土生成的次级水合物较少,其抗压强度较低㊂3)掺入石灰粉末显著降低了混凝土的抗压强度,30%石灰掺量混凝土的7和28d抗压强度分别降低了15.3%和20.8%㊂4)掺入大理石粉末混凝土的早期性能最好㊂一方面,大理石粉末具有更好的物理特性,添加大理石粉末后混凝土基体的密度更高㊁水泥颗粒分散性更好,可有效提高混凝土前期的抗压强度㊂另一方面,大理石粉末表面可作为Ca(OH)2和C-S-H(水化硅酸钙)早期反应产物的成核点[36-38],大理石粉末是最细的外加固废粉末,核晶效应对强度的影4024㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷响程度取决于填料与水泥水化产物之间的亲和力,且这种影响程度会随填料的细度和比表面积的增加而增加㊂大理石粉末是一种非全完活性也非全惰性的材料,可与水泥中的Al 2O 3发生反应㊂若水泥中含有较多的C 3A,则大理石粉末中的CaCO 3与C 3A 发生水化反应产生碳铝酸钙(CaAl 2(CO 3)2(OH)4㊃n H 2O)㊂这种反应加速了水化反应进程,增加了混凝土的抗压强度㊂而且这种反应会随着水泥中C 3A 含量㊁填料的细度和比表面积的增加而增加,因而掺入大理石粉末可大幅改善自密实混凝土的早期性能㊂图7㊀混凝土抗压强度与超声波波速的关系Fig.7㊀Relationship between compressive strength and ultrasonic velocity of concrete 图7为混凝土的抗压强度与超声波波速的关系㊂由图可知,超声波波速与抗压强度的变化规律基本一致,所有试件的超声波波速随抗压强度的增加而增加㊂也就是说,混凝土的抗压强度和超声波波速具有显著相关性(判定系数R 2=0.87)㊂图8为混凝土的静态和动态弹性模量㊂混凝土的动态弹性模量可通过静态弹性模量换算得到,计算公式为E d =105ˑV 2ˑ(Δ/g )(1)式中:E d 为动态弹性模量,GPa;V 为超声脉冲速度,m/s;Δ为拌合料单位质量,kg /cm 3;g 为重力加速度,取值9.81m /s 2㊂试验结果表明:自密实高性能混凝土的静态和动态弹性模量随混凝土强度增加而增加,这与常规振捣混凝土类似[39];掺入矿渣混凝土(如KZ20)的静态和动态弹性模量最高,明显高于同等掺量的其他混凝土㊂图8㊀混凝土的静态和动态弹性模量Fig.8㊀Static and dynamic elastic modulus of concrete 3㊀结㊀论1)所配制的混凝土拌合料均具备良好的流动性㊁填充性和抗离析性能㊂掺入粉煤灰有利于提高混凝土的流动性,60%粉煤灰掺量的混凝土坍落扩展度达到750mm㊂而增加固废粉末掺会导致混凝土的黏性增加,填充性下降㊂自密实混凝土中粉煤灰和石灰粉末的允许掺量分别为35%和60%,煤矸石㊁石灰和大理石粉末的允许掺量为30%㊂2)除石灰粉末外,随固废粉末掺量增加,混凝土抗氯离子性能呈上升趋势㊂增加粉煤灰和矿渣掺量,混凝土表现出更好的抗氯离子渗透性能㊂除掺入少量的矿渣(20%掺量)和粉煤灰(15%掺量)外,混凝土渗水深度总体上随工业固废粉末掺量的增加而增加,抗渗性能随之降低㊂3)混凝土早期和后期抗压强度随固废粉末掺量的增加而降低,掺入石灰粉末的混凝土抗压强度下降最明显,掺入30%石灰粉末混凝土7和28d 抗压强度分别降低了15.3%和20.8%㊂随着硬化过程中火山灰反应逐渐完成,掺入矿渣的混凝土后期抗压强度最高,而掺入大理石粉末的混凝土早期强度更好㊂此外,掺㊀第11期何㊀翔等:工业固废粉末对自密实高性能混凝土性能的影响4025入矿渣混凝土的静态和动态弹性模量最好㊂参考文献[1]㊀杨㊀欢,牛季收.自密实高性能混凝土的研究现状[J].硅酸盐通报,2015,34(增刊1):207-210.YANG H,NIU J S.Research statue of self-compacting concrete[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2015,34(supplement1):207-210(in 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污泥基生物炭活化过一硫酸盐强化剩余污泥溶胞效能*宋立杰1，邰俊1，夏旻1，张艾2（1.上海市环境卫生工程设计院有限公司，上海200232；2.东华大学环境科学与工程学院，上海201620）【摘要】以污水处理厂剩余污泥为原料热解制备生物炭，采用此污泥基生物炭（SBC ）活化过一硫酸盐（PMS ）处理剩余污泥以强化溶胞。

通过扫描电镜、比表面积及孔径分析仪和电子能谱仪对SBC 表面理化性质进行了表征。

探究了SBC 与PMS 投加比例和投加量对污泥溶胞的影响，并阐明强化溶胞机理。

结果表明：SBC 表面具有多个羰基催化PMS 的活化位点，且SBC 中含有可催化PMS 分解产生SO -4·的Fe 元素，具备活化PMS 的潜能；SBC 和PMS 联用对促进污泥溶胞具有协同作用，协同因子为1.4；相比未处理、单独SBC 处理和单独PMS 处理，SBC 和PMS 联用处理在最优条件下（0.23g SBC +0.49g PMS ）可使污泥溶解性化学需氧量（SCOD ）分别提高296%、280%和121%；SBC 和PMS 联用后，SO -4·、·OH 和1O 2等活性粒子产生量显著提高，从而促进了污泥溶胞。

研究结果可为提升剩余污泥溶胞效率、实现污泥减量并提高污泥后续处理处置效率提供参考。

【关键词】剩余污泥；过一硫酸盐；污泥基生物炭；污泥溶胞；自由基机制中图分类号：X705文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）02-0088-07DOI ：10.19841/ki.hjwsgc.2023.02.014Activation of Peroxymonosulfate by Sludge-based Biochar to Enhance Waste Activated Sludge Lysis Efficiency SONG Lijie 1，TAI Jun 1，XIA Min 1，ZHANG Ai 2（1.Shanghai Environmental &Sanitary Engineering Design Institute Co.Ltd.，Shanghai 200232；2.College ofEnvironmental Science and Engineering ，Donghua University ，Shanghai201620）【Abstract 】Biochar was prepared by pyrolysis of waste activated sludge（WAS ）from sewage treatment plants.Thesludge based biochar（SBC ）was utilized to activate peroxymonosulfate（PMS ）to treat the WAS，so as to enhance sludge lysis.The physicochemical properties of SBC surface were characterized by scanning electron microscopy，specific surface area and pore size analyzer and EDS.The effects of dosing ratio and dosing amount of SBC and PMS on sludge lysis were investigated，and the mechanism of enhanced lysis was elucidated.The results showed that there were many activation sites of carbonyl catalyzing PMS on the surface of SBC，and the iron element in SBC could catalyze the PMS decomposition to produce SO -4·，which had the potential to activate PMS in activating PMS.The combination of SBC and PMS showed a synergistic effect on promoting sludge lysis with a synergistic factor of pared with untreated，SBC alone and PMS alone under the optimal conditions（0.23g SBC +0.49g PMS ），the combined SBC and PMS treatment improved the soluble chemical oxygen demand（SCOD ）of sludge by 296%，280%and 121%，respectively，compared with the blank，mono-SBC，and mono-PMS treatment.By combining PMS with SBC，the generation of active particles such as SO -4·，·OH and 1O 2were significantly increased，thus promoting the sludge lysis.The results could provide a reference for effectively improving the WAS cytolysis efficiency，realize sludge reduction and facilitate the subsequent disposal efficiency of WAS.【Key words 】waste activated sludge ；peroxymonosulfate；sludge-based biochar；sludge lysis；free radical mechanism1引言剩余污泥作为污水处理的主要副产物，含有大量病原微生物、寄生虫卵、重金属及难降解有机污染物［1］。

《污水处理厂污泥处理处置技术评估》篇一一、引言污水处理厂作为现代城市水环境治理的重要设施，承担着去除污水中各种污染物，以保障水资源循环再利用的任务。

而其中，污泥作为污水处理后的残留物，含有大量的有机物、微生物及各种重金金属，若处理不当，极易对环境造成二次污染。

因此，污泥的处理处置技术评估显得尤为重要。

本文旨在全面评估污水处理厂污泥处理处置技术的现状及发展趋势，以期为相关领域的研究与实践提供参考。

二、污泥处理处置技术的现状目前，污水处理厂常用的污泥处理处置技术主要包括污泥减量化技术、污泥稳定化技术和污泥资源化技术等。

1. 污泥减量化技术污泥减量化技术主要通过物理、化学或生物方法减少污泥的体积和重量，如机械脱水、热解等。

这些技术可有效降低污泥的含水率，减少储存和运输成本。

但减量化后的污泥仍需进一步处理和处置。

2. 污泥稳定化技术污泥稳定化技术主要包括生物稳定化、化学稳定化等。

通过这些技术，可降低污泥的生物活性，减少其对环境的潜在危害。

生物稳定化通常通过好氧或厌氧发酵等方法实现，而化学稳定化则主要采用添加化学药剂的方法。

3. 污泥资源化技术随着对环保问题的重视和对资源需求的增长，污泥资源化已成为发展趋势。

如将污泥转化为生物燃料、有机肥料等资源，具有很好的经济和环保效益。

此外，利用某些新型材料和技术的应用，如新型脱水技术、气化制气等也已逐步在污水处理领域得到应用。

三、评估标准与技术对比对于不同类型和技术，需要采用合适的评估标准进行综合评估。

首先，应从经济效益、环境效益、资源化利用程度等方面进行考量；其次，考虑技术的可靠性、安全性及稳定性；最后，结合技术发展水平及适用性等因素进行综合评价。

在对比各种技术时，应关注其处理效果、运行成本及环境影响等因素。

例如，在评估生物稳定化技术和化学稳定化技术时，应关注其减量效果、稳定性及对环境的影响；在评估资源化技术时，则应注重其经济效益和环保效果等方面。

四、关键技术应用及案例分析在关键技术应用方面，如机械脱水技术、好氧发酵技术等已得到广泛应用。

石灰稳定化污泥恶臭物质释放特征研究蒋建国;杜伟;殷闽;宫常修;郭覃硕【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2012(032)009【摘要】利用污泥-石灰高效混合器制备5％、10％、15％石灰添加量的稳定化污泥,应用Jerome 631-X型便携式硫化氢测定仪、静态吸收等试验方法,分别研究了不同石灰添加比例下污泥还原性硫化物(RSCs)和氨(NH3)的释放特征,并对臭度进行了评价.结果表明:污泥中添加石灰后RSCs体现出缓释特征；石灰稳定化污泥RSCs的释放量下降明显,连续监测380min后,石灰稳定化污泥处理的RSCs产生量相比等质量原泥处理降低了约85％；恒温培养24h,石灰稳定化污泥的NH3释放量(5.03×10-4mol)相比等质量原泥处理(7.00×10-6mol)提高了约72倍,明显促进了污泥氮向氨气的转化和释放.向污泥中添加少量工业石灰,均匀混合条件下,污泥的臭味强度明显降低,基本达到了抑制恶臭的目的.【总页数】5页(P1620-1624)【作者】蒋建国;杜伟;殷闽;宫常修;郭覃硕【作者单位】清华大学环境学院,北京100084;清华大学固体废物处理与环境安全教育部重点实验室,北京100084;清华大学环境学院,北京100084;清华大学环境学院,北京100084;清华大学环境学院,北京100084;清华大学环境学院,北京100084【正文语种】中文【中图分类】X703.5【相关文献】1.石灰调质与石灰干化工艺在污泥脱水中的应用 [J], 冯凯;黄鸥2.我国污泥厌氧消化系统设计运行现状以及污泥稳定化的思考 [J], 赵乐军;3.受污染底泥固化/稳定化处理及营养物质释放特征研究 [J], 邝臣坤;张太平4.利用热电厂流化床锅炉焚烧污泥专利技术实现城市污水处理厂污泥无害化、资源化和稳定化处置 [J], 徐建明5.生物炭/石灰混施对重金属复合污染土壤的稳定化效应 [J], 戴思睿;李莲芳;秦普丰;朱昌雄;叶婧;耿兵;刘雪;李红娜;李峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。