不同材料混凝土对化工污水净化效果的比较

张海铭

（银川三建集团有限公司，宁夏回族自治区银川 750000）

众所周知混凝土是一种建筑施工材料，在建筑工程方面应用较常见且显现的力学性能相对其他建筑材料也比较好。然而，混凝土还有另外一种性能就是净化污水，混凝土作为一种生态材料首次被提出是在上个世纪中期的美国生态净化学会会议上，被称为生态混凝土和多孔混凝土。随后经过多次试验和研究，从混凝土的原材料入手，采用混凝土制备工艺将混凝土制备成一种多孔结构的混凝土，并且经过反复试验和分析，推断出混凝土具有一定的污水净化作用。混凝土凭借其特殊的多孔结构来增加其孔隙率和渗水性能，使其具有良好的吸附作用和过滤作用。多孔混凝土具备一定的耐久性和渗透性，能够满足净水结构的使用功能和滤水性能的要求。根据制作工艺以及制作材料的不同，应用于化工污水净化工艺中的混凝土分为环保型多孔混凝土和净化型多孔混凝土，其中环保型多孔混凝土采用的材料比较环保，在制作中掺入了大量的工业废渣，水泥和细骨料的用量减少，以此延长生态混凝土的使用年限，并且还能节约资源，从而减轻生态环境的负担；净化型多孔混凝土是一种用于净化水源的多孔混凝土，其对制作材料要求较高。多孔混凝土不同于普通的混凝土，对制作工艺和材料的选择具有较高的要求，目前国内对于该方面的研究有限，无法为多孔混凝土在化工污水净化中实践应用提供参考依据，因此导致混凝土在对化工污水净化中的应用效果不是很好，为此提出不同材料混凝土对化工污水净化效果的比较研究，为提高混凝土污水净化效果提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 实验对象

此次实验在某化工厂中采集100 份化工污水，将其作为实验研究对象，分别收集在100mL容量瓶中。经检测该化工厂的化工污水中重金属铅、pH 值、生化需氧量、氨氮以及总磷等污染物成分严重超标，具体化工污水成分指标如表1 所示。

表1 化工污水成分表

实验将100 份化工污水随机分成四组，每组各25 份化工污水，分别采用四种不同材料的混凝土对化工污水进行净化，将四种不同材料的混凝土用编号DT-01、DT-02、DT-03、DT-04标记，该四种混凝土制作材料以及配级如表2所示。

表2 不同材料混凝土配级表

每种材料混凝土的配级相同，不同点在于采用了不同的灰料（在后续实验材料中详细说明），且化工污水在成分以及质量方面均无差异。

1.2 实验材料及设备

用于化工污水净化工艺中的混凝土需要具有较高的孔隙率和渗水性能，根据实验要求主要选取的材料包括水泥、碎石、细砂、外加剂以及灰料[1]。其中水泥是净水型混凝土制作必不可少的材料之一，净水型混凝土的酸碱性会影响到净水效果，如果混凝土本身呈酸性会对化工污水的水质造成一定的影响，因此在选择混凝土水泥材料时尽量选取酸性较低的材料，并且还要保证混凝土的力学性能，净化型混凝土强度要求在3.45～13.5MPa 之间，因此根据以上要求此次实验选取由沈阳某水泥厂生产的GKIDD5.56 火山灰质硅酸盐水泥，该水泥氧化镁含量为2.46%，氯离子含量为0.042%，三氧化硫含量为1.65%，其基本性能均符合检验标准。

碎石也是净水型混凝土中不可获取的材料，由于净水型混凝土对孔隙率和渗水性能具有较高的要求，因此在选取碎石材料时需要严格控制碎石的粒径大小，根据要求实验选取单一配级的玄武岩碎石作为混凝土粗骨料，其粒径大小为7.5～13.5mm 之间[2]。在常规混凝土制作中，通常选用级配良好的细砂作为细骨料，加入过量的细砂可以使混凝土结构更加紧密和结实，这样可以保证混凝土的力学性能。而净水型混凝土要保证足够的孔隙率，因此实验使用少量的细砂，选用粒径为1.55～3.55mm 的普通河砂作为混凝土细骨料[3]。为了保证净水型混凝土的使用性能，还需要选取合适的外加剂，利用外加剂来增加混凝土原材料浆液的流动性，加速混凝土硬化和凝结。此次根据要求选用了绿色环保的新腾跃聚羧酸减水剂作为外加剂，新腾跃聚羧酸减水剂的减水率可以达到32.56%，具有良好的减水效果。

此外，除了以上必要的制作材料之外，还需要使用一定的灰料来保证净水型混凝土性能，此次分别选取了四种不同的灰料用于制作混凝土，其中DT-01 中选取物理化学性质较好的秸秆灰作为净水型混凝土的掺合料，秸秆灰种类较多，此次实验选取比较常见且环保的水稻秸秆灰作为混凝土原材料；DT-02 中选取易于获取的粉煤灰作为净水型混凝土的掺合料；DT-03 中选取常见的硅灰作为净水型混凝土的掺合料；最后DT-04 中选取粒化高炉矿渣粉作为净水型混凝土的掺合料。

实验仪器设备分为两种：一种是用于混凝土试件制作的设备，还有一种是用于测量化工污水指标的仪器设备，具体如表3 所示。

表3 实验设备表

按照上述要求准备实验材料和设备，在实验前对材料各项指标进行检验，并且对各个仪器设备参数指标进行标定，合格后方可用于实验。

1.3 实验混凝土试件制备

混凝土制备主要包括混凝土混合料搅拌、倒入模具成型以及后期养护三个过程，由于净水型混凝土要保证具有较大的孔隙率，并且还要具备良好的渗水性能，因此其制作不应采用原有的混凝土制作工艺，根据需求此次在原有的基础上进行了优化和创新，其具体制作过程如下：首先将准备好的混凝土混合料依次放入到GUD-256D 单卧轴混凝土搅拌机的拌和桶内，对其进行普通搅拌60s，其目的是使混凝土干料与水融合，同时又起到清洗混合料的作用[4]。然后对桶内混合料进行振动搅拌120s，振动搅拌可以使混凝土粗骨料与水泥更好地接触，使细砂和水泥浆液充分填充到粗骨料缝隙中，同时还能减少混合料之间的相互摩擦[5]。然后将搅拌好的混凝土混合料倒入200mm×200mm×400mm 的模具中[6]。将模具放到振动台上进行反复振动，使混凝土内部结构更加密实，同时将多余的混合料振动出去，令混合料浆液填实模具[7]。由于净水型混凝土空隙较大，内部的水分容易过快蒸发，从而影响到净水型混凝土使用性能，因此将脱膜后的混凝土试件进行养护，每日向其表面浇水，保证混凝土相对湿度在95%以上，连续养护24h 后即可得到完整的混凝土试件[8]。对不同材料制作成的混凝土孔隙率、材料密度以及渗水系数进行检测，检测数据如表4 所示。

表4 不同材料混凝土性能指标

从表4 中数据可以看出：方案2 的混凝土孔隙率和渗水性能优于其他方案。

1.4 实验过程

将制作完成的混凝土试件用于净化化工污水，利用仪器设备测定净化后化工污水各项指标，其过程为：首先准备好4 个方形塑料桶，将化工污水倒入到塑料桶中，并将不同材料制作好的混凝土试件分别放入到化工污水中，用笔在每个塑料桶上进行编号标记[9]。然后将4 个方形塑料桶放置到空气流通，且光照条件较好的室内环境中，将室内温度控制在15～25℃范围内[10]。待24h 以后利用SFF-S1F5DFph 酸度测量仪测量化工污水净化后的pH 值，利用CEWD/S5DFCOD 测量光度计测量化工污水净化后的生化需氧量，利用K2654FAS 全自动凯式定氮仪测量化工污水净化后的氨氮值，再利用溶氧仪测量化工污水净化后的重金属含量以及总磷量。将各组数据进行记录保存，用于后续实验结果分析。

2 实验结果分析

根据上述实验测量得到的数据，制作了不同材料混凝土化工污水净化情况表，如表5所示。

表5 不同材料混凝土化工污水净化情况表

从表5 中可以看出，使用秸秆灰制作的混凝土净化效果较好，化工污水的重金属含量、pH 值、生化需氧量、氨氮以及总磷等各项指标都有所下降，且下降幅度较大，相比较其他几种材料制作的混凝土化工污水净化效果更加明显，且良好，因此此次实验证明采用秸秆灰材料制作的混凝土更适用于化工污水净化使用。

3 实验结果讨论

有关资料表明，混凝土在化工污水净化过程中，其净化效果主要在于混凝土的渗水性能、孔隙率以及材料密度，如果要取得良好的净水效果，混凝土的孔隙率需要大于20%,并且渗水系数不应小于5.5。以秸秆灰为材料的混凝土在孔隙率、渗水系数以及材料密度方面都符合要求，并且秸秆灰自身具有良好的物理吸附过滤性能，可以有效去除化工污水中一些杂质。其次混凝土在制作过程中秸秆灰与水泥会产生化学反应，能够生成氢氧化钙，氢氧化钙能够将化工污水中氨氮、总磷以及重金属物质发生阴阳离子置换，从而将化工污水中氨氮、总磷以及重金属物质进行有效分解。除此之外，秸秆灰中含有大量的活性微生物物质，该物质附着在混凝土结构表面，当其与化工污水发生接触时会形成生物膜，该生物膜能够对化工污水中难于溶解的重金属物质进行吸附和过滤，当化工污水流经过混凝土结构后，会使化工污水中的重金属物质附着到混凝土表面的生物膜上。并且还能够主动降解化工污水中的生化需氧量，同时还能调节化工污水的酸碱度，从而增强混凝土净水能力，进而起到良好的化工污水净化效果。

综上所述，以秸秆灰为材料的混凝土化工污水净化效果比较好，相比较其他材料混凝土更适用于化工污水净化工艺中使用，可以有效保证化工污水中各项指标的净化程度，使化工污水达到净化标准，并且秸秆灰材料易于获取，且成本较低，该材料的使用还可以有效降低化工污水净化成本，具有良好的推广意义。

4 结束语

此次以实验的方式讨论了不同材料混凝土的化工污水净化效果，并介绍了净水型混凝土制备方法，对不同材料混凝土的化工污水净化效果进行了比对和分析，了解到秸秆灰材料混凝土具有良好的化工污水净化效果。此次研究对秸秆灰材料混凝土在化工污水净化工艺中应用具有良好的推广作用，同时也有利于提高混凝土的净水性能，对改善水污染和自然生态系统具有良好的现实意义。