流化床焚烧炉污泥焚烧工艺特性研究
何古++刘芳++彭相++姜林
摘 要：污泥是城市污水处理厂产生的污泥及城镇下水道的淤泥。污泥含有多种重金属，大量生物污染物以及持久性有机污染物等有害物质，危害性非常大。污泥焚烧处理是最彻底的污泥处理方式，得到广泛应用，焚烧之后产生的底渣称为污泥焚烧渣，具有潜在胶凝活性，可以作为掺和料代替部分水泥。为了代替更多的水泥，污泥焚烧渣的活性激发尤为重要。实验证明通过加入激发剂、磨细污泥焚烧渣的方式可以充分激发污泥焚烧渣的胶凝活性。
关键词：污泥焚烧渣 胶凝活性 活性激发
中图分类号：TU526 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0105-03
随着经济水平和人民生活水平的提高，人们的环境保护意识也迅速增强，越来越多污水处理厂纷纷建成并投入使用，因此污水处理所产生的污泥也迅速增多。污泥含有较高含量的重金属、大量的生物污染物以及持久性有机污染物。如果处理不当将会对环境造成危害。目前主流的污泥处理方式有污泥堆肥农用、填埋和污泥焚烧，其中以焚烧为核心的处理方法是污泥处理最彻底的方法，污泥焚烧还能使有机物全部碳化，杀死病原体。污泥焚烧之后剩下的固体残渣称为污泥焚烧渣。
污泥焚烧渣中含有较多Al2O3、SiO2、Fe2O3等，与硅酸盐水泥的主要化学成分相似。而且污泥焚烧渣是经过高温焚烧以及冷却的物质。因此含有一定玻璃相物质，具有潜在胶凝活性。但与粒化高炉矿渣、粉煤灰等矿物掺合料相比，污泥焚烧渣中所含有的玻璃相物质较少、活性较差。因此需要研究污泥焚烧渣的潜在活性以及適当的激发方式，如将污泥焚烧渣粉磨到一定细度或以加入激发剂的方式来激发污泥焚烧渣的潜在活性，将其作为活性掺合料，替代部分水泥。用污泥焚烧渣做活性掺和料代替部分水泥，不仅能够消耗掉污泥焚烧渣这种废弃物，还可以节省水泥，对节约资源、保护环境等具有重要的意义。
1 试验
1.1 原材料
试验所采用的水泥为普通硅酸盐水泥（标号：P.O 42.5R），生产厂家为重庆富皇水泥厂，其主要化学成分见表1。
试验所采用的污泥焚烧渣其主要化学成分见表2。
1.2 试验方法
采用水泥胶砂强度检验方法（GB/T 17671-1999）检验污泥焚烧渣的胶凝活性。试验所采用的标准砂为厦门ISO标准砂。复合胶凝材料（水泥和污泥焚烧灰）用量为450g，标准砂1350g，水225mL。探究Na2SO4作激发剂的用量，污泥焚烧渣的粉磨时间，污泥焚烧渣的掺量对污泥焚烧渣-硅酸盐水泥复合胶凝材料强度的影响。采用三联试模（内腔尺寸为40mm×40mm×160mm），试件在温度20℃±1℃、相对湿度90%下带模养护24h后拆模。将成型好的试件放入养护室在温度为20℃±1℃的水中标准养护及水热养护箱内热养护或至规定龄期。测定28d的抗折及抗压强度。
2 结果与分析
2.1 激发剂对复合胶凝材料强度的影响
本实验采用Na2SO4作为激发剂，用量分别为1.35%、2.25%、4.5%、6.75%。污泥焚烧渣粉磨后细度为460m2/kg，掺量为5%，标准养护28d，激发剂（Na2SO4）用量对复合胶凝材料抗折强度及抗压强度的影响试验结果如图1所示。
由图1可知，当Na2SO4用量为1.35%时，对复合胶凝材料抗折强度和抗压强度提升最大。Na2SO4用量高于1.35%会降低复合胶凝材料的强度。
加入Na2SO4主要是提高了胶砂中SO42-浓度，在胶砂中Ca（OH）2共同作用下，与污泥焚烧渣中活性Al2O3发生水化反应生成钙矾石[3]。钙矾石的生成使胶砂硬化后的结构更加致密，从而提高了复合胶凝材料的强度[4]。污泥焚烧渣中本身含有硫酸盐，具有自激发作用，但因为量少原因，所以还需要加入硫酸盐激发剂。但硫酸盐用量过高会使复合胶凝材料中硫酸根离子含量过大造成不良影响。
2.2 污泥焚烧渣细度对复合胶凝材料强度的影响
污泥焚烧渣掺量5%，激发剂Na2SO4用量1.35%，标准养护28d，污泥焚烧渣细度460m2/kg、550m2/kg、600m2/kg污泥焚烧渣细度对复合胶凝材料强度的影响试验结果如图2所示。
由图2可知，细度为600m2/kg，复合胶凝材料的抗压强度和抗折强度均为最高。且细度越大，复合胶凝材料抗压强度和抗折强度越高。
经过粉磨后污泥焚烧渣的细度提高，比表面积增大，反应面积大大增加，提高了胶凝活性，同时还发挥了一定的填充作用[5]。污泥焚烧渣的磨细处理是一种高效经济的处理工艺，大大改善了污泥焚烧渣品质，同时减小了污泥焚烧渣质量的波动[6]。
2.3 污泥焚烧渣掺量对复合胶凝材料强度的影响
污泥焚烧渣粉磨到600m2/kg，激发剂Na2SO4用量按每5%掺量的污泥焚烧渣加1.35%的Na2SO4，标准养护28d。污泥焚烧渣掺量为0%、5%、10%、15%、20%。污泥焚烧渣掺量对复合胶凝材料强度的影响如图3所示。
由图3可知，随掺量增加，复合胶凝材料强度先增大，掺10%时强度最大。若再增大掺量，复合胶凝材料强度则明显减小。掺量为5%和10%时复合胶凝材料抗折抗压强度高于水泥基准组，15%和20%时复合胶凝材料抗折抗压强度低于水泥基准组。
将污泥焚烧渣作为活性掺和料代替部分水泥，强度要求是水泥胶砂最重要的标准。水泥中适量的SO3能与C3A和C4AF生成针状的硫铝酸钙能够产生适度膨胀，提高硬化浆体的密实度，同时污泥焚烧渣具有良好的填充作用，也在一定程度上影响水泥的强度[7]。由于目前实验所用的污泥焚烧渣来源不同，而且对污泥焚烧渣的潜在活性激发程度不同等原因，对于污泥焚烧渣掺入水泥的最大掺量有很大的差异。
3 结论
（1）适量的Na2SO4可以激发污泥焚烧渣的活性，而过多的硫酸根离子会阻碍水泥的水化，导致水泥水化程度降低。
（2）经粉磨处理的污泥焚烧渣具有较高的胶凝活性。在一定范围内，污泥焚烧渣越细，活性越大，充分粉磨后可以掺杂更多的污泥焚烧渣。
（3）掺杂少部分的污泥焚烧渣可以提高水泥胶砂的强度，本实验最多掺量为10%。超过10%的污泥焚烧渣会降低水泥胶砂的强度。
参考文献
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[3] 王智，郑洪伟，钱觉时，等.硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较[J].粉煤灰综合利用，1999（3）：15-18.
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