市政石灰干化污泥-高炉渣基地质聚合物制备与性能研究

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市政石灰干化污泥产量大、碱含量高、再利用容易造成重金属二次污染等问题。为实现市政污泥低成本利用与重金属污染控制,本研究以未经热处理的市政石灰干化污泥与高炉渣作为主要原料,配以碱激发剂无水硅酸钠制备污泥-高炉渣基地质聚合物。探讨不同实验因素对地质聚合物力学性质与重金属浸出毒性的影响规律,分析地质聚合物的微观结构与重金属固化机理,研究污泥-高炉渣地质聚合物的耐高温性能与可溶性有机物的溶出特性。(1)地聚合物抗压强度随着碱激发剂浓度、减水剂掺量、液固比和养护时间的增大而快速提高,但随着污泥掺量的增加不断降低。当污泥掺量为10~30%,碱激发剂浓度1~2 mol·L-1,减水剂掺量0~2%,液固比为0.25~0.40,地聚合物抗压强度在13.44~44.42 MPa之间。(2)扫描电镜结果显示污泥从疏松多孔结构变为致密的地聚合体,有利于对重金属离子的物理固封;红外结果显示污泥与高炉渣发生了地聚合反应。污泥中重金属能够通过物理包裹和化学键接稳定在地质聚合物中,因此在最佳实验条件下制备地聚合物重金属TCLP浸出结果均满足相关标准要求。(3)在耐高温性能测试中随着热处理温度提升,地聚合物质量损失、线收缩率逐渐增大,抗压强度与重金属浸出浓度逐渐降低。碱激发剂有助于污泥的进一步水解,地聚合物中可溶性有机物浸出浓度随着污泥掺量的增大不断提高,随着碱激发剂浓度的增加先降低后增加。该研究为含钙市政污泥的无害化处理与资源化利用开辟新的途径。图31幅,表14个,参考文献79篇。
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