使用经处理工业废水制备混凝土的性能与环境评估

为何把废水变成建筑用水很重要

混凝土在现代生活中无处不在，从住宅和桥梁到学校与医院。然而，制造大量混凝土需要消耗大量洁净饮用水，而许多地区已面临水资源短缺。本文探讨了一个简单但潜力巨大的想法：经过严格处理的工业废水是否可以安全地替代拌制混凝土和砂浆所用的淡水，而不会削弱建筑性能或危害环境？

从工厂排水到施工现场

研究者使用了两种真实来源的经处理工业废水：一种来自纺织厂，一种来自食品加工厂。还配制了含有已知铜和锌浓度的实验室合成水，以便单独研究重金属影响。研究先测量了基本水质指标，包括盐分、有机物和金属含量，并将结果与国内外混凝土拌和用水的限值进行了比较。大多数指标在允许范围内，尽管这些工业水的有机物含量高于饮用水。

混凝土本体的性能如何

团队随后配制了三组混凝土：一组用常规饮用水，两组用经处理的工厂废水。测试了新拌混凝土的可施工性以及随时间发展的强度。工作性几乎保持不变。抗压强度（反映材料承受挤压载荷的能力）在使用经处理废水时下降不到10%。与开裂和弯曲相关的劈裂抗拉强度和抗折强度下降不到5%。这些小幅降低仍在规范限值内，通常不会改变结构设计。

孔隙内部发生了什么

混凝土的耐久性在很大程度上取决于水和溶解物在其微小孔隙中的迁移。本研究发现，用经处理废水制备的混凝土通过毛细作用吸水更少，可能是有机化合物部分阻塞了最细的孔隙。与此同时，快速氯离子穿透试验显示纺织废水制样的电荷通过量略高，表明孔隙溶液中离子迁移增加。X射线衍射测量证实水泥水化产物的内部晶体形成有适度变化，与杂质引起的轻微延缓相一致。

对人类与环境的安全性检测

为评估有害金属随时间是否会释放，研究者用合成的铜、锌溶液制备了水泥浆和砂浆。测量了凝结时间和强度，然后进行了加速浸出试验，让样品浸在水中并在几天内追踪任何释放出的金属。当重金属浓度维持在每升不超过0.5克时，砂浆强度损失小于10%，凝结时间仍满足规范要求。超过该阈值时，强度下降过大且凝结延迟变得不可接受。即便如此，浸出试验表明超过94%的锌仍被锁在水泥基体中，只有一小部分进入周围水体。

这对未来建筑用水意味着什么

通俗地说，这项工作表明，只要对水质进行定期检测并将金属含量控制在明确限值以下，经过适当处理的工业废水可以在许多混凝土和砂浆配比中替代饮用水，且对强度和裂缝行为仅有小幅影响，同时能将重金属主要封存于硬化材料内部。采用这种方法可以帮助建筑工程节约数千升宝贵的淡水，缓解水资源紧张，同时仍能提供耐久可靠的基础设施。

引用: Mohsen, S., Shamseldein, A., hany Wadie, E. et al. Performance and environmental assessment of concrete made with treated industrial wastewater. Sci Rep 16, 15062 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50807-5

关键词: 经处理的工业废水, 混凝土耐久性, 重金属浸出, 可持续建筑, 水资源再利用