论文部分内容阅读
【摘 要】 污泥是城市污水处理过程中排放的废弃物，是由污水中的有害成分集合而成，其中含有大量对人体有害的成分。将污泥作为原料制造水泥，既解决了污泥环境污染问题，又能节约资源，变废为宝，实现资源的可持续利用。本文就污泥对水泥熟料烧成和强度的影响进行了分析，为水泥的生产提供参考。
【关键词】 污泥；水泥；资源利用
随着社会经济的不断发展，城市人口不断增多，污泥在城市污水处理过程中产生的数量逐渐增加。污泥是由污水中的有害成分集合而成，其中含有大量对人体有害的成分。污泥的处理是一项艰巨的任务，如果处理不当，有可能造成环境二次污染。目前，国内污泥处理技术有很多种，用城市废弃的污泥作为原料制造水泥，被看成较具发展潜力的污泥资源化利用有效办法之一。
一、污泥的处理技术
根据有关调查显示，水泥工业是可以充分利用废料的最大行业，可以将有毒有害的物质变成无毒有用的物质。例如，水泥石棉制品含有致癌物质，将有毒的氟化昂经过高温处理后，变成无毒的氧化镁化合物。随着水泥生产技术的发展，水泥回转窑处理污泥的技术引起越来越多人的关注。污泥的加入对生料的易烧性有非常大的提升，并且对熟料的矿物组成没有一点影响；熟料对重金属的固化效果也非常好，并且由于水泥回转窑的工艺特点，重金属能在水泥窑系统中不断地循环吸收，从而保证了金属不会排放到大气中污染空气。因此利用水泥回转窑处理污泥可以避免处理不当所产生的重金属二次污染，从而真正实现污泥的无毒性、无害性。
二、污泥的化学组成
污泥成分中含有二氧化硅、三氧化二铝，其与硅质原料的化学成分相似。污泥中含有较多的有机物，并且都具有一定的热值，因此污泥可以在水泥窑中替代一些硅质原料烧制熟料。在掺入的污泥量小于15wt.%的情况下，对熟料的主要矿物元素没有影响，并且污泥中的微量元素反而对熟料的形成是有利的，而且污泥中的重金属元素全部固溶在熟料矿物中，不会对环境产生影响。污泥中的重金属元素是否能够固溶在熟料当中是污泥能否用来烧制水泥的决定因素之一，如果污泥中的重金属元素不能固溶在熟料当中，或者在拌和混凝土后会在自然环境下滤出，将会对环境产生危害。
三、污泥对熟料烧成的影响
如果在生料配制时引入熔点较低的杂质，可以降低局部区域熔体的熔点，在较低温度下形成液相。污泥的加入，使生料中获得了很多种微量元素，从而降低了系统的低共熔点，促使液相较早出现。污泥中含有较多的Na2O，K2O，而碱金属元素的熔点低，污泥的加入可以降低局部区域的熔点，使得C3S的形成温度降低。污泥中含有很多重金属元素，如：Cu，Pb，Zn，因此在熟料烧成的过程中也起到了矿化剂和助熔剂的作用。化学家Kolovos认为在1200℃，Cu的氧化物可以增强生料的反应活性，在1450℃下Cu的氧化物对反应活性有非常大的作用。污泥中Cu的含量要高于普通工业原料，并且提高了熟料的易烧性，特别在KH较高时，更容易体现出污泥对熟料易烧性的提高。此外，微量元素特别是重金属元素的引入可以引起晶格畸变，使得形成过剩的键强作用于熔体，有利于熔体出现。污泥中含有大量的Cu，Cr，Zn以及少量的Ni，Pb等重金属元素，Pb是挥发性重金属，在熟料烧制过程中大部分都会挥发掉了，而Cu，Cr，Zn，Ni等元素几乎全部固溶到熟料晶格中，引起晶格畸变，使得液相出现容易，有利于C2S吸收CaO形成C3S。熟料熔体的网络形成体主要是Al3+和Fe3+，粘度取决于[MeO4]5-→[MeO6]9-平衡，后者离解成单个离子运动，粘度较小。磷酸盐对熟料煅烧过程中的各反应均有强烈的加速作用，使固相中石灰的结合变得容易，加快熟料结晶。污泥较普通工业原料含有较多的P少量P2O5主要作用是稳定C2S，降低液相粘度，有利于C3S生长发育。但是当P2O5超过一定量，随着P2O5含量的增加，C3S/C2S比例因此减小。
四、污泥对水泥强度的影响
污泥对于水泥强度的影响可归结为两方面的原因，一是对易烧性的影响，二是对熟料矿物活性的影响。少量污泥能改变生料易烧性，有利于熟料的烧成，从而对强度有利。而在较高的KH时，这种有利作用更为明显。同时，微量元素的存在，使熟料矿物产生晶格畸变，提高其胶凝性。因而，掺少量污泥时对水泥强度也是有利的，尤其在KH较高的情况下。但随着污泥掺量的增加，易烧性反而下降，而P2O5增加较多，P2O5的增加将促进C3S分解，降低C3S/C2S的比例，因而对水泥强度带来不利的影响。因此污泥在水泥中的掺入量要进行控制。
结语
掺加污泥后的水泥熟料其各项指标都满足国家的标准，并且适量的污泥对水泥熟料的性能是有利的。将废弃的污泥进行有效利用，既解决了污泥的环境污染问题，又能节约资源，变废为宝，实现资源的可持续利用。
参考文献：
[1]范方禄，李永鑫，张洪滔，郭随华，陈益民.用污泥生产的水泥熟料矿相结构研究[J].硅酸盐通报，2010，25（3）.
[2]邵海林，卜玉山，王建程.生活垃圾和污泥对作物种子发芽及土壤养分状况的影响（摘要）[A].中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集（面向农业与环境的土壤科学专题篇）[C].2012.
[3]孙颖，吕彦，陈玲，赵建夫.污泥农用中重金属性质分析及稳定化初步实验研究[A].中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集（面向农业与环境的土壤科学专题篇）[C].2010.
[4]马素花，沈晓冬，龚学萍，钟白茜.氧化铜对硅酸三钙和硫铝酸钙矿物形成及共存的影响[A].第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编（上卷）[C].2010.
[5]马培东，王里奧，周在江，黄川，邓晓美，陶玉.水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥的污染物排放研究[J].环境工程学报，2010（09）.
[6]黄永珍.固体废弃物在水泥熟料生产中的资源化利用[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2010（05）.
【关键词】 污泥；水泥；资源利用
随着社会经济的不断发展，城市人口不断增多，污泥在城市污水处理过程中产生的数量逐渐增加。污泥是由污水中的有害成分集合而成，其中含有大量对人体有害的成分。污泥的处理是一项艰巨的任务，如果处理不当，有可能造成环境二次污染。目前，国内污泥处理技术有很多种，用城市废弃的污泥作为原料制造水泥，被看成较具发展潜力的污泥资源化利用有效办法之一。
一、污泥的处理技术
根据有关调查显示，水泥工业是可以充分利用废料的最大行业，可以将有毒有害的物质变成无毒有用的物质。例如，水泥石棉制品含有致癌物质，将有毒的氟化昂经过高温处理后，变成无毒的氧化镁化合物。随着水泥生产技术的发展，水泥回转窑处理污泥的技术引起越来越多人的关注。污泥的加入对生料的易烧性有非常大的提升，并且对熟料的矿物组成没有一点影响；熟料对重金属的固化效果也非常好，并且由于水泥回转窑的工艺特点，重金属能在水泥窑系统中不断地循环吸收，从而保证了金属不会排放到大气中污染空气。因此利用水泥回转窑处理污泥可以避免处理不当所产生的重金属二次污染，从而真正实现污泥的无毒性、无害性。
二、污泥的化学组成
污泥成分中含有二氧化硅、三氧化二铝，其与硅质原料的化学成分相似。污泥中含有较多的有机物，并且都具有一定的热值，因此污泥可以在水泥窑中替代一些硅质原料烧制熟料。在掺入的污泥量小于15wt.%的情况下，对熟料的主要矿物元素没有影响，并且污泥中的微量元素反而对熟料的形成是有利的，而且污泥中的重金属元素全部固溶在熟料矿物中，不会对环境产生影响。污泥中的重金属元素是否能够固溶在熟料当中是污泥能否用来烧制水泥的决定因素之一，如果污泥中的重金属元素不能固溶在熟料当中，或者在拌和混凝土后会在自然环境下滤出，将会对环境产生危害。
三、污泥对熟料烧成的影响
如果在生料配制时引入熔点较低的杂质，可以降低局部区域熔体的熔点，在较低温度下形成液相。污泥的加入，使生料中获得了很多种微量元素，从而降低了系统的低共熔点，促使液相较早出现。污泥中含有较多的Na2O，K2O，而碱金属元素的熔点低，污泥的加入可以降低局部区域的熔点，使得C3S的形成温度降低。污泥中含有很多重金属元素，如：Cu，Pb，Zn，因此在熟料烧成的过程中也起到了矿化剂和助熔剂的作用。化学家Kolovos认为在1200℃，Cu的氧化物可以增强生料的反应活性，在1450℃下Cu的氧化物对反应活性有非常大的作用。污泥中Cu的含量要高于普通工业原料，并且提高了熟料的易烧性，特别在KH较高时，更容易体现出污泥对熟料易烧性的提高。此外，微量元素特别是重金属元素的引入可以引起晶格畸变，使得形成过剩的键强作用于熔体，有利于熔体出现。污泥中含有大量的Cu，Cr，Zn以及少量的Ni，Pb等重金属元素，Pb是挥发性重金属，在熟料烧制过程中大部分都会挥发掉了，而Cu，Cr，Zn，Ni等元素几乎全部固溶到熟料晶格中，引起晶格畸变，使得液相出现容易，有利于C2S吸收CaO形成C3S。熟料熔体的网络形成体主要是Al3+和Fe3+，粘度取决于[MeO4]5-→[MeO6]9-平衡，后者离解成单个离子运动，粘度较小。磷酸盐对熟料煅烧过程中的各反应均有强烈的加速作用，使固相中石灰的结合变得容易，加快熟料结晶。污泥较普通工业原料含有较多的P少量P2O5主要作用是稳定C2S，降低液相粘度，有利于C3S生长发育。但是当P2O5超过一定量，随着P2O5含量的增加，C3S/C2S比例因此减小。
四、污泥对水泥强度的影响
污泥对于水泥强度的影响可归结为两方面的原因，一是对易烧性的影响，二是对熟料矿物活性的影响。少量污泥能改变生料易烧性，有利于熟料的烧成，从而对强度有利。而在较高的KH时，这种有利作用更为明显。同时，微量元素的存在，使熟料矿物产生晶格畸变，提高其胶凝性。因而，掺少量污泥时对水泥强度也是有利的，尤其在KH较高的情况下。但随着污泥掺量的增加，易烧性反而下降，而P2O5增加较多，P2O5的增加将促进C3S分解，降低C3S/C2S的比例，因而对水泥强度带来不利的影响。因此污泥在水泥中的掺入量要进行控制。
结语
掺加污泥后的水泥熟料其各项指标都满足国家的标准，并且适量的污泥对水泥熟料的性能是有利的。将废弃的污泥进行有效利用，既解决了污泥的环境污染问题，又能节约资源，变废为宝，实现资源的可持续利用。
参考文献：
[1]范方禄，李永鑫，张洪滔，郭随华，陈益民.用污泥生产的水泥熟料矿相结构研究[J].硅酸盐通报，2010，25（3）.
[2]邵海林，卜玉山，王建程.生活垃圾和污泥对作物种子发芽及土壤养分状况的影响（摘要）[A].中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集（面向农业与环境的土壤科学专题篇）[C].2012.
[3]孙颖，吕彦，陈玲，赵建夫.污泥农用中重金属性质分析及稳定化初步实验研究[A].中国地壤学会第十次全国会员代表大会暨第五届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会文集（面向农业与环境的土壤科学专题篇）[C].2010.
[4]马素花，沈晓冬，龚学萍，钟白茜.氧化铜对硅酸三钙和硫铝酸钙矿物形成及共存的影响[A].第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编（上卷）[C].2010.
[5]马培东，王里奧，周在江，黄川，邓晓美，陶玉.水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥的污染物排放研究[J].环境工程学报，2010（09）.
[6]黄永珍.固体废弃物在水泥熟料生产中的资源化利用[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2010（05）.