簡析地質(zhì)聚合物在污泥資源化利用中的研究論文
引言
紹興是紡織印染業(yè)的重鎮(zhèn)，同時印染污泥產(chǎn)量也尤其高，以迄今為比世界上最具規(guī)模的印染廢水集中治理企業(yè)—紹興水處理發(fā)展有限公司為例，污泥日產(chǎn)量在2000噸以上(含水率85%)。目前，印染污泥的處理處置主要以填埋工藝為主，但其不可避免地對周圍的環(huán)境造成二次污染。而不少企業(yè)則因處置途徑受限，將污泥臨時堆放在企業(yè)廠區(qū)的空地上或角落處，堆放場地簡陋，沒有配備必要的防滲漏措施，極易污染土壤和地下水。部分企業(yè)將污泥壓濾后利用企業(yè)正常生產(chǎn)所需的鍋爐進(jìn)行焚燒處置，這類鍋爐沒有規(guī)范的尾氣處理裝置，焚燒時易對大氣產(chǎn)生二次污染，同時污泥焚燒產(chǎn)生的爐渣未得到規(guī)范處置。
可以看到，印染污泥的有效處理還遠(yuǎn)未得到合理的解決。從社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方而考慮，印染污泥資源化是最理想的處置措施，既滿足污泥中資源的有效循環(huán)利用，同時不對人類和環(huán)境產(chǎn)生有害影響。因此，加強(qiáng)印染污泥資源化利用的研究與實(shí)踐，解決印染污泥處理處置中的難題，避免生態(tài)環(huán)境污染，節(jié)約處置費(fèi)用，變廢為寶，使之具有良好的生態(tài)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是印染產(chǎn)業(yè)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求。
地質(zhì)聚合物(Geopolymer)是一類新型無機(jī)高聚合膠凝材料，由法國科學(xué)家Joseph Davidovit、教授于20世紀(jì)70年代首先發(fā)現(xiàn)并命名，具有高強(qiáng)、高耐久、固核固廢和耐高溫等突出的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，地質(zhì)聚合物技術(shù)的熱點(diǎn)以利用固體廢棄物為主，如粉煤灰和礦渣等。本文旨在總結(jié)地質(zhì)聚合物在污泥治理中的研究進(jìn)展，以期對印染污泥的資源化利用提供技術(shù)參考。
1污泥地質(zhì)聚合物材料的研究進(jìn)展
1.1原材料的選擇在污泥的治理中，水泥固化是一種傳統(tǒng)的方法，但由于污泥含有復(fù)雜的成分，且污泥的干化工藝中往往摻入石灰和硫酸亞鐵等進(jìn)行化學(xué)調(diào)質(zhì)干化，因此若摻污泥燒制水泥易造成水泥安定性不良，而如果直接摻入水泥則造成固化體耐久性不良。相比于利用水泥固化污泥，地質(zhì)聚合物具有更大的`優(yōu)勢，原因在于其原料的低碳環(huán)保、對重金屬的高封固率和制品的高耐久性。是Duxson等通過調(diào)查公開資料得出的地質(zhì)聚合物和普通硅酸鹽水泥的碳排放量比較，從中可以發(fā)現(xiàn)地質(zhì)聚合物相比普通水泥能減少80%甚至更高的碳排放。
1.2力學(xué)性能地質(zhì)聚合物的力學(xué)性能與硅鋁相的反應(yīng)活性、激發(fā)劑的模數(shù)以及水膠比等有密切的關(guān)系，污泥的摻入對其也具有非常顯著的影響。云斯寧等以偏高嶺土、赤泥為原料，鈉水玻璃為激發(fā)劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)水玻璃與赤泥共同激發(fā)偏高嶺土膠凝材料的力學(xué)性能較好，其強(qiáng)度的發(fā)展與水玻璃模數(shù)有關(guān)，在固定赤泥加入量時，水玻璃模數(shù)為1.0時強(qiáng)度最好。徐建中等以粉煤灰、制革廢水污泥和偏高嶺土為主要原料，氫氧化鉀為激發(fā)劑制備了一系列地質(zhì)聚合物，發(fā)現(xiàn)污泥摻量為10%的地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度最好;而當(dāng)摻量超過10%時，抗壓強(qiáng)度有一定幅度的下降;當(dāng)摻量達(dá)到50%時，抗壓強(qiáng)度仍能高于不摻污泥的對照試樣。李文娟等以粉煤灰、赤泥為膠凝材料，細(xì)砂為骨料，水玻璃為激發(fā)劑，同時摻入木質(zhì)素磺酸鈣，制備了赤泥/粉煤灰地質(zhì)聚合物，發(fā)現(xiàn)其抗壓強(qiáng)度隨赤泥摻量的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化，當(dāng)赤泥摻量為6g%左右時，抗壓強(qiáng)度最大，達(dá)到約16MPa，能夠滿足非承重墻磚MU10的要求。
1.3固化重金屬污泥尤其是工業(yè)污泥由于含有較多重金屬離子，在處理處置中成為影響環(huán)境的重要因素。利用水泥處理污泥并固化重金屬的研究較多，如Davodovits ,van Jaarsveld等時地質(zhì)聚合物材料的結(jié)構(gòu)研究表明，這類材料的基質(zhì)相化學(xué)組成與沸石類似，結(jié)構(gòu)呈非晶質(zhì)或半晶質(zhì)相，重金屬可以有效地被固封在這種類沸石的籠型結(jié)構(gòu)中，因此，地質(zhì)聚合物材料具有固化重金屬的潛在能力和優(yōu)良性能。徐建中等人以粉煤灰和制革廢水污泥制備地質(zhì)聚合物材料，檢測發(fā)現(xiàn)重金屬主要為Cr,Zn,Pb。該地質(zhì)聚合物材料中的重金屬溶出量符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，且Pb的溶出量最低，Cr其次，Zn最高，而隨著固化時間的延長，重金屬的溶出量逐漸降低。劉斯鳳等各鉻污泥與粉煤灰地質(zhì)聚合物復(fù)合，研究地質(zhì)聚合物對鉻的封固機(jī)理，發(fā)現(xiàn)Cr3+的摻入使粉煤灰中Si和A1的浸出量明顯減少，尤以5的浸出量減少幅度更大。劉斯鳳等更進(jìn)一步在粉煤灰地質(zhì)聚合物中摻入鎳污泥，研究了鎳污泥與地質(zhì)聚合物之間的相互影響，發(fā)現(xiàn):摻鎳污泥使硅、鋁相浸出量高于未摻鎳污泥的情況，且硅、鋁浸出量之比減小，說明硅、鋁在鎳的作用下更加活躍，尤以硅對鎳的固封更加顯著;當(dāng)鎳摻量為02s%時，鎳的浸出量僅為5.lm L，固封率達(dá)到99.8%。徐中慧等則以固硫灰來制備地質(zhì)聚合物用于封固含鉻污泥，發(fā)現(xiàn)固化體總鉻和Cr CVL浸出質(zhì)量濃度僅為0.37mg/L和5.3 x 10-3mg/L，與固化前相比濃度大大降低，且遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定的濃度限值，表明地質(zhì)聚合物固化體具有優(yōu)良抗浸出性能，能有效防比固化體中的鉻向環(huán)境遷移。
2結(jié)論
�、俚刭|(zhì)聚合物具有低碳環(huán)保、力學(xué)性能優(yōu)良、能封固重金屬等特點(diǎn)，在污泥等廢棄物的資源化利用方而具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。在原料的選擇上，固體廢棄物如粉煤灰、礦渣等因更加環(huán)保而引起重視，能實(shí)現(xiàn)以廢治廢。
②污泥對地質(zhì)聚合物的力學(xué)性能有較大的影響。當(dāng)污泥含有堿金屬或堿土金屬離子時，可以一定程度上促進(jìn)地質(zhì)聚合物的形成，從而提高強(qiáng)度，當(dāng)含量達(dá)到一定值時，強(qiáng)度不升反降，這與總的硅鋁相含量減少以及形成硬化后生成鈣礬石等原因有關(guān)。此外，污泥的處理也是關(guān)鍵的因素，適宜的溫度處理可以激發(fā)污泥的活性，使污泥地質(zhì)聚合物材料的力學(xué)性能更好。
�、鄣刭|(zhì)聚合物可以有效地封固重金屬離子，減少重金屬離子向環(huán)境遷移，但對不同的重金屬離子具有不同的封固能力，需作更細(xì)致深入的研究。
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