【摘 要】
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污水污泥是典型的固体废弃物,焚烧是污泥处理的常用方法,但污泥含水率高,干化及焚烧需要耗费更多能源,处置环节会对环境造成影响。焚烧后的灰分具有一定火山灰活性,可以作为辅助胶凝材料替代水泥,实现资源化利用进而弥补对环境的负荷,但污泥灰由于火山灰活性较低,因而水泥的替代量受限。本文通过引入稻壳与污泥共燃的方式,减少污泥处置环节对环境影响,同时煅烧后的灰分能够更多地取代水泥,降低污泥处理生命周期中对环境的
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污水污泥是典型的固体废弃物,焚烧是污泥处理的常用方法,但污泥含水率高,干化及焚烧需要耗费更多能源,处置环节会对环境造成影响。焚烧后的灰分具有一定火山灰活性,可以作为辅助胶凝材料替代水泥,实现资源化利用进而弥补对环境的负荷,但污泥灰由于火山灰活性较低,因而水泥的替代量受限。本文通过引入稻壳与污泥共燃的方式,减少污泥处置环节对环境影响,同时煅烧后的灰分能够更多地取代水泥,降低污泥处理生命周期中对环境的影响。本文首先模拟了干燥污泥和稻壳的焚烧过程,对高活性的共燃灰制备工艺进行研究,分析了灰分理化性能。当作为辅助胶凝材料,研究污泥灰、共燃灰掺量及Na2SO4浓度对胶凝体系抗压强度、孔结构、水化过程的影响,最后评估了胶凝体系制备生命周期中对环境的负荷。研究结果表明:（1）稻壳引入提高混合物的燃烧性能,与污泥共燃时综合燃烧特性指数由0.59提升至1.6。并且煅烧后的灰分在更低温度条件下,获得了更高的火山灰活性。此外共燃灰相比于污泥灰含有更多无定形Si O2、细颗粒,内部孔隙和拥有更大比表面积。（2）共燃灰在取代水泥后制备的胶凝体系抗压强度明显高于同等掺量的污泥灰胶凝体系。污泥灰掺量为10%,抗压强度为48.54MPa,后续抗压强度随掺量提升而下降,共燃灰最佳取代率可达到30%,抗压强度为50.25MPa。共燃灰火山灰反应更为活跃而生成额外水化产物、内部细颗粒填充孔隙使得大孔减少,小孔增多,孔结构得以改善。水化分析中发现火山灰反应使得共燃灰胶凝体系中Ca（OH）2被消耗而化学结合水含量增加。（3）Na2SO4的引入将60%掺量的共燃灰胶凝体系早期抗压强度由3.77MPa提升至13.45MPa,后期抗压强度由17.66MPa提升至37.46MPa。Na2SO4引入后促进水泥的水化、提供的Na+增加PH值而促进火山灰反应、提供SO42-参与生成更多钙矾石,以此填充孔隙,细化孔径。水化分析中发现胶凝体系中Ca（OH）2含量减少,化学结合水含量增。（4）在胶凝体系制备的生命周期中,发现稻壳在焚烧阶段的可以回收更多电力能源,采用共燃灰制备胶凝体系时水泥的取代率更高并可以获得更高的抗压强度,因此制备同等质量胶凝体系获取每1MPa抗压强度对环境造成的负荷共燃灰低于污泥灰,且低于普通硅酸盐水泥。
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