污泥焚烧灰对超高性能混凝土基本性能的影响

污泥焚烧灰(SSA)作为主要城市固废,高效处置较为困难。以内掺SSA来制备超高性能混凝土(UHPC),研究分析SSA对UHPC流动性、凝结时间和强度的影响,在此基础上开展掺SSA的UHPC自收缩和干燥收缩试验。结果表明,掺加SSA会降低UHPC的流动度并加快UHPC的凝结硬化;UHPC的各龄期抗压强度随SSA掺量的增加先提高后降低,掺10%SSA时UHPC的抗折、抗压强度均最高;SSA的掺入有效降低了UHPC的自收缩与干燥收缩,掺30%SSA时UHPC的28 d自收缩和最大干燥收缩较对照组分别减小了60.6%、31.6%,减缩效果显著。

污泥焚烧灰对砂浆强度与干缩的影响及机理

为促进市政污水污泥废弃物在水泥基材料中的资源化高值利用,助力水泥基材料可持续发展,选用长沙市当地典型污水污泥废弃物制备污泥焚烧灰(SSA),通过砂浆强度及干燥收缩试验,结合X射线衍射、氮气吸附和扫描电镜测试方法,探讨不同污泥焚烧灰掺量及其与粉煤灰、矿渣粉复掺对砂浆强度与干缩性能影响规律及相应机理。试验结果表明,适量污泥焚烧灰可以较好地提高砂浆强度及强度增长速率,与水泥颗粒粒径相似的污泥焚烧灰等质量取代20%水泥,其90 d龄期的强度效应因子可达1.2;污泥焚烧灰与粉煤灰、矿渣粉可发挥良好的协同效应,有利于提高砂浆强度,污泥焚烧灰与粉煤灰、矿渣粉三掺试件各龄期强度接近同掺量粉煤灰与矿渣粉双掺试件的结果;污泥焚烧灰对砂浆试件干缩变形有较好的抑制作用。结合水泥-污泥焚烧灰样品水化产物和微观结构分析结果可知,污泥焚烧灰在砂浆中可发挥显著的火山灰效应,促进水泥水化,增加体系中单硫型水化硫铝酸钙晶体相,并减少50 nm以上的毛细孔,从而改善水泥基材料的性能及微结构。

污泥焚烧灰免烧轻质骨料性能及重金属固化效果研究

焚烧技术能有效减少城市污泥(以下简称污泥)的有机污染物、细菌含量和污泥体积等,污泥焚烧后产生的污泥焚烧灰(SSA)大多采用填埋的方式处理,给生态环境和土地资源利用带来严峻挑战。以碱性激发剂制备SSA免烧轻质骨料(以下简称骨料),并探究了矿渣掺量对骨料物理力学性能的影响规律。结果表明:骨料的粒径主要集中在4.75~9.50 mm;骨料的密度等级和筒压强度分别介于700~900与1.86~4.20 MPa,符合《结构性轻骨料混凝土指南》(ACI-213R-03)和《轻集料及其试验方法第1部分:轻集料》(GB/T 17431.1—2010)要求;扫描电子显微镜(SEM)、能量弥散X射线分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、全自动压汞仪(MIP)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测试结果表明,矿渣发生地质聚合反应生成的地质聚合物凝胶能包裹SSA颗粒,并相互黏结形成球状颗粒骨料,增加矿渣掺量能有效减少骨料中的有害孔隙,达到增强骨料结构致密性的效果;SSA中的离子态Mn浸出值超出了非危险固体废弃物排放限值(3 mg/L),而骨料中的重金属离子浸出值均满足要求。上述研究成果能为SSA的资源化高效利用提供新途径。

基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究进展

作为植物生长的必需营养元素之一,磷在现代农业的发展中发挥着不可忽视的作用,并且需求量巨大。由于全球的磷储量有限且磷资源不可再生,污泥焚烧灰因其中磷含量较高且年产量巨大被认为是一种潜在的二次磷资源。本文综述了基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷的研究现状,该技术主要包括磷提取过程及后续的磷产品生产过程。磷提取过程主要包括基于酸性试剂的酸提取技术,基于碱性试剂的碱提取技术以及多种方式组合的连续提取技术。磷产品生产过程主要通过化学沉淀和晶体沉淀的方法从富磷溶液中生产磷产品,一般为钙磷、鸟粪石以及蓝铁矿,这三种磷产品都可以作为磷肥促进植物生长。基于湿化学技术从污泥焚烧灰中回收磷产品的难点是其中富集有大量的重金属等杂质元素,因此需要通过各种纯化预处理手段降低溶液中的杂质含量,以提高后续回收的磷产品纯度。本文总结了基于湿化学技术的各种纯化预处理手段,主要包括离子交换除杂技术,磷吸附-解吸附技术,以及通过控制pH的沉淀除杂技术等。本文探讨了从污泥焚烧灰中回收磷产品的可行性及必要性,总结了基于湿化学技术从其中回收磷产品的方法及技术路线,分析了湿化学技术回收污泥焚烧灰中磷产品的基本原理,为开发新的从其中回收磷的技术提供了参考。

污泥焚烧灰固化处理技术研究

研究了硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂在污泥焚烧灰固化技术中的应用效果。考察了污泥焚烧灰固化块(以下简称固化块)的抗压强度,测定了固化块的重金属浸出毒性,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析固化块组成和微观结构。结果表明,4种物质对提高固化块的抗压强度均具有较好的效果,硅酸盐水泥、高铝水泥、高岭土和β-萘系减水剂的适宜掺量分别为10、30、20、1.0g(以100g污泥焚烧灰中掺加的质量计)。XRD和SEM分析结果显示,经固化处理后制得的固化块结构密实,存在石英(SiO2)、水化硅铝酸钙(CaAl2Si2O8)和水化硅酸铝钙(Ca2Al2SiO7)等物质,其中水化硅铝酸钙等凝胶物质有利于提高固化块的抗压强度。

污泥焚烧灰制砖可行性及其效益分析

该文在对污泥焚烧灰组分分析的基础上,分析了污泥焚烧灰制砖的可行性,以大阪府大野污水污泥处理厂污泥焚烧灰制造透水性砖为实例,对其制砖工艺及有关效益进行了分析。结果表明:污泥以焚烧灰制砖得到的产品理化性能达到了相关性能要求,并取得了较好的经济效益。

污泥焚烧灰对Cd^(2+)的吸附特性

以城市污水处理厂产生的污泥为原料,对其进行焚烧得到污泥焚烧灰。在对污泥焚烧灰进行表征的基础上,研究了利用污泥焚烧灰对水中Cd2+的吸附。结果表明,吸附效率随吸附时间、污泥焚烧灰投加量和初始pH的增加而增加;而温度的影响不明显。在吸附时间为80 min,污泥焚烧灰投加量为10 g/L,初始pH为5~7,温度为30℃的最佳工艺条件下,当Cd2+浓度低于10 mg/L,污泥焚烧灰对水中Cd2+的去除率可达99%以上。废水中的Cu2+会对Cd2+的吸附产生抑制作用,而Cr6+影响微弱。污泥焚烧灰对Cd2+的吸附过程符合Langmuir吸附等温式,吸附过程主要是物理吸附,吸附量可达17.94 mg/g。

造纸污泥焚烧灰用作混凝土矿物掺合料的试验研究

将高温处理后的造纸污泥焚烧灰(PA)用作混凝土矿物掺合料,研究了其等量替代普通硅酸盐水泥后对水泥强度等级及对混凝土工作性、抗压强度以及抗折强度的影响。研究表明,不经处理的PA对混凝土的工作性和力学性能有不利影响;经过球磨处理的造纸污泥焚烧灰具有较高的火山灰活性,当平均粒径低于100μm时可以等量取代硅酸盐水泥而不降低水泥的强度等级,并且对混凝土的力学性能有积极作用。

污泥焚烧灰对水泥性能的影响研究

污泥焚烧灰SO_3含量较高,直接利用会带来水泥安定性问题。通过限制水泥中的SO_3含量,研究了不同掺量的污泥焚烧灰对水泥性能的影响。结果表明,污泥焚烧灰掺量增加,水泥标准稠度需水量显著提高,对初凝时间影响不大,终凝时间有所延长;自然养护下污泥焚烧灰能补偿水泥部分收缩,水中养护下掺污泥焚烧灰水泥的线性膨胀率增大,但总体可控:适量污泥焚烧灰对水泥强度无负面影响甚至后期有所提高;污泥焚烧灰影响水泥化学结合水的生成量,进而影响水泥水化程度。

熔盐法去除污泥焚烧灰中磷的效果及热动力学分析

利用碳还原剂和氯化钙熔盐药剂在1100℃下还原污泥焚烧灰中的磷酸盐为气态磷单质并去除,采用X射线衍射分析(XRD)残渣的组成和热重质谱(TGA-MS)分析反应过程.结果表明,添加氯化钙可显著提高污泥焚烧灰除磷效率,氯化钙的最优添加量为25%质量分数,此时污泥焚烧灰除磷效率为82%.XRD结果显示,污泥焚烧灰经熔盐处理后形成了氯磷灰石(chlorapatite),珍珠云母(margarite)等物质,其中氯磷灰石的形成有利于焚烧灰中磷的还原.对TGA-MS结果进行热解动力学反应拟合,结果显示,污泥焚烧灰除磷反应在添加少量氯化钙添加时为均相反应;污泥焚烧灰除磷反应在添加较多氯化钙时为固相扩散反应.固相反应的发生有利于降低磷酸盐还原反应温度并提高去除效率.

利用污泥焚烧灰烧制硅酸盐水泥熟料研究

利用生料内掺污泥焚烧灰烧制硅酸盐水泥熟料。通过生料易烧性试验确定熟料煅烧温度为1400℃,研究了不同污泥焚烧灰掺量的熟料SO3含量、熟料强度、XRD图谱和SEM照片。结果表明,适量的污泥焚烧灰能改善熟料的易烧性,促进熟料矿物形成和发育,熟料矿物组成与硅酸盐矿物熟料基本一致,熟料强度发展良好。采用4%的污泥焚烧灰掺量进行熟料生产实践,测试结果表明熟料物理性能优良,利用污泥焚烧灰煅烧水泥熟料技术可行。

生活污泥焚烧灰的重金属含量及其浸出特征

针对生活污泥灰中的重金属种类、重金属含量及其浸出特征进行研究,并进一步探究该污泥处理处置的可行方法。研究表明:在生活污泥灰中主要含有Fe、Pb、Cu、Ni、Zn、Mn、Cr、Cd,其中Fe的含量最多。污泥灰中重金属在酸性条件下的浸出率明显高于碱性条件下的浸出率,Cr、Ni和Cd的最佳浸提剂pH值均为2,其中Cu和Zn随浸提剂pH变化的浸出特征不明显。

污泥焚烧灰烧制微晶玻璃

用污泥焚烧灰和废玻璃作为原料一阶段成核结晶法制备微晶玻璃,结果发现,当晶化温度从800℃升高到950℃时,微晶玻璃中玻璃相降低、球状晶体尺寸增加,微晶玻璃主晶相为硅灰石Ca Si O3和透辉石Ca(Mg,Al)(Si,Al)2O6,在晶化温度为900℃时,物理和机械性能最好,其密度达2.65 g/cm3、抗弯强度达61.8 MPa、热膨胀系数为7.3×10-6 mm/K。

污泥焚烧灰预处理-水热法合成NaSOD型沸石的试验

以污泥焚烧灰为原料,通过酸处理和加碱煅烧预处理后,采用水热法合成了NaSOD型沸石,并对其进行了表征和性能测定。结果表明:酸处理可显著提高焚烧灰中硅铝成分的含量,加碱煅烧能够有效激活存在于石英等晶体中的硅铝元素;酸预处理的最佳pH为1,此时SiO2和Al2O3含量的百分比之和可达77.65%,比焚烧灰原料高出22.17%;最佳煅烧碱灰比为3︰2,最佳煅烧温度为700℃。对合成样品的X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及傅里叶红外光谱(FT-IR)表征结果显示,污泥焚烧灰经过预处理后合成的样品,其结构呈NaSOD型沸石,且结晶完整、晶型单一,晶体形貌为球形笼状结构,合成沸石中自由水的含量高。而未经预处理直接水热合成的样品,结晶度低,且存在大量未被活化的石英晶体。因此,预处理对污泥焚烧灰合成NaSOD型沸石起着至关重要的作用。性能测定的结果显示,经预处理合成的NaSOD型沸石,其阳离子交换容量(CEC)、比表面积和总孔容,相对于焚烧灰原料分别提高了40、78和24倍,而未经预处理直接水热合成的产物则分别只提高了14、30和12倍。这意味着经预处理的合成产物在离子交换、吸附和催化等方面的性能有了很大的提升。

污泥焚烧灰在沥青混合料中的资源化利用研究

污泥焚烧灰是污泥焚烧后产生的残渣,实现污泥焚烧灰资源化利用具有重要意义。总结了X泥焚烧灰物化和工程性质,综述了污泥焚烧灰在沥青混合料中的应用研究进展,分析了污泥焚烧灰对沥青混合料性能的影响及其有害元素浸出行为。研究表明,污泥焚烧灰沥青混合料的力学和路用性能可以满足相关规范要求。沥青胶结作用对污泥焚烧灰中有害元素浸出起到明显的限制作用。污泥焚烧灰作为沥青混合料矿粉或细集料具有技术可行性和发展潜力。

污泥焚烧灰与粉煤灰混合后用作混凝土掺合料的研究

将经过改性剂改性的污泥焚烧灰与粉煤灰混合磨细处理后制备得到复合粉煤灰,研究了复合粉煤灰代替粉煤灰作为混凝土掺合料的可行性。结果表明,未经改性的污泥焚烧灰与粉煤灰混合磨细处理后制得的复合粉煤灰其理化性能、凝结时间、抗折强度、抗压强度以及强度活性指数等均能达到与粉煤灰直接作为混凝土掺合料的相同效果;改性后的污泥焚烧灰与粉煤灰混合制得的复合粉煤灰其性能好于未改性的,在凝结时间、抗折强度及强度活性指数等指标上已优于粉煤灰的效果。

纳米SiO_(2)对掺污泥焚烧灰水泥胶砂性能的影响

研究了纳米SiO_(2)对污泥焚烧灰-水泥复合胶凝体系性能的影响,并对其水化程度进行了分析。结果表明:随着污泥焚烧灰掺量的增加,复合胶凝体系的标准稠度用水量增加、凝结时间延长,水泥胶砂流动度降低、抗压和抗折强度降低;纳米SiO_(2)的掺入在一定程度上缩短了复合胶凝体系的凝结时间,提高了水泥胶砂的强度,但对工作性不利;掺入纳米SiO_(2)后,复合胶凝体系7 d内的化学结合水生成量和生成速率较高,纳米SiO_(2)对复合胶凝体系早期水化影响较大。

污泥焚烧灰对混凝土强度和收缩性能的影响

随着高性能混凝土的发展,粉煤灰的需求不断增加。污泥焚烧灰作为一种工业废料其成分与粉煤灰类似,用其代替粉煤灰具有一定的工程意义。现通过掺加不同比例的污泥焚烧灰,分析焚烧灰对混凝土流变性、强度和收缩的影响。研究结果表明:随着焚烧灰掺量的增加,10%焚烧灰掺量的混凝土抗压强度有所提升,但是混凝土的坍落度和劈裂强度出现不同程度的下降;收缩试验表明污泥焚烧灰的掺入可以有效降低混凝土早龄期的干燥收缩。

基于酸浸焚烧污泥灰中的磷释放及蓝铁矿生成

酸浸焚烧污泥灰(ISSA)是一种湿化学法提取磷(P)的工艺,因其操作简单、损耗低而被广泛应用.以烘干污泥为对照,通过考察不同温度(600~900℃)下ISSA中的磷形态和矿物相转变,研究了H_(2)SO_(4)和HCl作为提取液的酸浓度、酸浸时间和液固比对ISSA样品释磷性能以及对Ca、Al、Mg、Fe等关键金属元素浸出行为的影响,最终通过酸浸、阳离子交换树脂(CER)纯化和沉淀三步反应得到磷回收产物.结果表明:ISSA样品磷的形态以非磷灰石态无机磷(NAIP)为主,且部分NAIP会随着焚烧温度的升高转变为磷灰石态无机磷(AP);同时,污泥样品经两种提取液酸浸后,金属元素Ca、Al、Mg释出量最多,其中Ca、Mg元素的浸出量随焚烧温度的升高变化不大,而Al的浸出量随焚烧温度的升高急剧降低;相比其他焚烧温度,800℃条件下ISSA释磷性能更好,且H_(2)SO_(4)酸浸释磷性能优于HCl酸浸,当H_(2)SO_(4)浓度为0.10mol/L、液固比为150mL/g、酸浸时间为150min时释磷率达到最高;分析表征结果表明,采用CER对H2SO4浸出液纯化后,反应合成的磷回收产物为纯度较高的蓝铁矿.