کاربرد لجن خشک تصفیه‌خانه فاضلاب به‌عنوان مصالح سنگی در تولید بتن

نویسندگان

چکیده

شهر صنعتی البرز با قدمتی بیش از پنجاه سال، متشکل از منطقه مسکونی و صنعتی، واقع در 10 کیلومتری شهر قزوین است و تصفیه‌خانه آن از سال 1378 با ظرفیت 000,70 متر مکعب در روز بر‌اساس روش سیستم لجن فعال طراحی و راه اندازی گردید. در حال حاضر، پساب تولیدی حدود پانصد کارخانه بزرگ و کوچک توسط شبکۀ جمع‌آوری فاضلاب جهت تصفیه به این واحد وارد می‌شود. بزرگترین مشکل تصفیه‌خانه فوق از زمان راه اندازی، انباشت لجن در محوطه تصفیه‌خانه است که به‌دلیل ممانعت سازمان محیط زیست برای دفن بهداشتی به‌وجود آمده است. تحقیق حاضر در راستای حذف لجن مذکور از طریق کاربرد آن در مصالح بتنی صورت گرفته است. بر این اساس، در ابتدا لجن خشک مصرفی با کمک روش‌های XRD و XRF‌ به ترتیب از نظر فازهای کریستالی موجود و ترکیب شیمیایی آنالیز گردید. نتایج این آنالیز‌ها حاکی از وجود بیش از 50 درصد سیلیس (SiO2) در فاز کریستالی کوارتز، در لجن بود. همچنین وجود بیش از 20 درصد مواد آلی در این ماده این تفکر را تقویت نمود که این مواد باعث کاهش کیفیت بتن ساخته شده شوند. لذا، فرآیند حرارت‌دهی تا 650 درجه سلسیوس برای لجن خشک اولیه طراحی گردید. نتایج آنالیز XRD لجن پخته شده، حاکی از تغییراتی در فازهای کریستالی موجود بود. با توجه به بروز تغییرات کریستالی در این ماده احتمال ایجاد فعالیت پوزولانی (واکنش‌پذیری در محیط سیمان) وجود داشت که به منظور تشخیص آن آنالیزSTA ‌ انجام گردید. نتایج این آنالیز حاکی از عدم فعالیت پوزولانی لجن پخت شده بود. برای بررسی اثر لجن خشک بر خصوصیات بتن، دو طرح اختلاط بر پایۀ نسبت آب به سیمان 45/0 و 55/0 در نظر گرفته شد و مقادیر صفر، 5، 10، 20 و 30 درصد از لجن خشک در آن به‌کار رفت. برای بررسی اثر لجن بر عملکرد بتن، آزمون مقاومت فشاری به عنوان مشخصه دوام در نظر گرفته شده و آزمونه‌های عمل‌آوری شده (سه تکرار) طی3، 7، 28 و 90 روز مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نمونه‌های 90 روزه بتن حاوی 5 درصد لجن، کاهش حدود 4%، نمونه‌های حاوی 10درصد لجن ، کاهش حدود 8% و نمونه‌های حاوی 20 درصد لجن کاهش حدود 22% مقاومت فشاری را نسبت به نمونۀ شاهد (بدون لجن) خواهد داشت. از آنجا که حجم مصرف بتن در کشور بسیار زیاد می‌باشد و نظر به کاهش بسیار کم مقاومت فشاری در اثر افزوده شدن مقادیر کم لجن، نویسندگان این مقاله ضمن الزامی دانستن مطالعۀ دیگر اثرات افزودن لجن به بتن، کاربرد لجن فاضلاب را به عنوان مصالح سنگی در مقادیر کمتر از 10 درصد در بتن‌های معمول همچون بتن کفی توصیه می‌کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of dry sludge of waste water treatment plant as aggregate in concrete production

نویسندگان [English]

  • Masoud Jamshidi
  • A. Jamshidi
  • N. Mehrdadi
چکیده [English]

Albourz Industrial City's wastewater is mixing of domestic and industrial wastewater. Nowadays because of prevent of Environment Protection Agency for hygienic bury, the most important problem is storing sludge in treatment plant zone. Present work has been performed to eliminate mentioned sludge through application in concrete materials. To characterize dry sludge, it was analyzed by XRD and XRF methods for crystalline phases and chemical compound. The results indicated the existence of more than 50 percent silica (SiO2), in Quartz crystalline phase, in the sludge. Also, the existence of more than 20 percent organic matter in the sludge was indicated. These organic maters will cause decrease in concrete mechanical properties. Therefore, a heating process to 650 oC was designed for dry sludge before application in concrete. The results of XRD analysis of cooked sludge analyze showed changes in crystalline phases. Considering the changes in crystalline phases, made it possible to create pozzolanic activity in material. To investigate pozzolanic activity STA analyze was performed. The result confirmed lack of pozzolanic activity in cooked sludge. To investigate dry sludge effects on concrete properties as aggregate, two mix designs of concrete at water to cement ratios of 45 and 55% and used sludge percentages of 0, 5, 10, 20 and 30% was selected. To investigate the sludge effects on concrete performance, compressive strength test was considered as durability index and specimens tested after 3, 7, 28 and 90 days of curing. The results indicated that in 90 days cured specimens containing 5, 10 and 20% dry sludge, compressive strength decrease about 4, 8 and 22% in comparision to control specimens (concretes without sludge). Due to huge application of concrete in Iran, and on the basis of low decrease in compressive strength (which can be acceptable), therefore, it will be possible to use concrete with 5 or 10 percent of sludge for each type of application. Also, the application of 10 and 20% dry sludge is possible only for pavement concrets.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sludge
  • concrete
  • Comperssive Strength
  • Wastewater
  • XRF and XRD Analysis