基于骨架构建体污泥固化填理及长期稳定性研究

发布时间：2020-03-19 13:39

【摘要】：填埋处置是我国市政污泥的主要消纳方式,但由于脱水污泥含水率高,机械性能差,限制了污泥填埋处置的应用。因此,必须寻求一种经济有效的方法来改善其性能,以达到填埋处置土工性能的要求。本文以生活污水处理厂浓缩剩余污泥(含水率约97%)为起始物,采用骨架构建体(粉煤灰、石灰)与高价铁盐作为无机复合调理剂,获得含水率低于60%的脱水泥饼。在不再添加水泥、沥青等其他外加固化剂的条件下,探讨污泥脱水泥饼填埋处置的土工性能及其长期稳定性。主要研究内容包括： 1、基于骨架构建体的污泥脱水实验在课题组前期研究基础上,以比阻和污泥脱水泥饼含水率作为评价指标开展了一系列的脱水实验。在小试脱水实验中,骨架构建体投加量为2.0g·g-1DS (Dry solid,污泥干基质量)时泥饼含水率可降至60%以下,并在中试装置上得到了验证,脱水效果较好。获得的基于骨架构建体的污泥脱水泥饼作为后续填埋处置的研究对象。 2、污泥脱水泥饼的基本土工性能对原始剩余污泥、脱水污泥与粘土的基本土工性能进行了对比研究,并对不同调理剂投加量得到的脱水泥饼的基本土工性能进行了研究。通过不同表征手段对原原始剩余污泥、脱水污泥和粘土的基本土工性能进行了对比分析。结果显示,脱水污泥与原始剩余污泥相比,塑性指数提高了1倍,略高于粘土的塑性指数；渗透系数降低了1个数量级,比粘土的渗透系数高了44%；最大干密度降低了17%,略低于普通粘土的最大干密度。 3、污泥固化体土工性能及长期稳定性研究对基于骨架构建体的污泥脱水泥饼制备的土工试件养护一定龄期后获得的污泥固化体的土工性能进行了研究。结果表明,由于骨架构建体的加入,污泥固化体中水化反应生成的钙矾石、C-S-H凝胶物质和骨架构建体的填充作用使固化体内部孔隙减少,固化体强度随着养护时间的延长而增加。在养护90d时达到峰值,继续延长养护时间试件强度有下降的趋势,在养护1a后试件的无侧限抗压强度和直剪强度分别高于400kPa和130kPa,具有优良的土工力学性能。有机质降解实验表明：固化体内部小分子有机质的降解会造成孔隙增多,从而造成固化体强度的损失,有机质降解率与固化体强度损失之间存在线性关系。反复的干湿交替会造成固化体的强度损失率在9.59-59.45%,体积变化低于11%。冻融交替导致固化体中团聚颗粒破碎变小,从而造成试件强度损失。而加速碳化试验则表明了在一定浓度的CO2加速碳化过程中,固化体的强度随着碳化时间的延长而呈现增长趋势。 4、污泥固化体长期环境安全性的预测研究通过污泥固化体的重金属及有机质浸出实验,动态模拟预测了脱水污泥填埋不同年份的重金属和有机质浸出情况,结果表明,随着养护龄期的延长,重金属和有机质的浸出率下降,在相当于填埋20年的柱浸出中,养护180d未破碎固化体中Cr、Cd、 Pb、Zn的浸出率分别为13.7%、2.9%、10.6%和11.4%,有机质浸出率为28.5%。在此基础上,根据地下水运动方程和污染物迁移方程,利用数值解法建立了重金属的运移数值模型。采用Modflow软件,以重金属Zn的扩散迁移为例,对污泥固化体进入填埋场后,防渗膜破损等极端条件下进行了模拟预测的风险分析。结果表明,在该模型的假设条件下,重金属Zn在20年的填埋过程中,其扩散主要受对流作用影响,平面污染扩散范围最大为140m,纵向污染扩散范围最大为220m,对填埋场造成的污染范围较小,长期环境安全性较好。本论文的研究成果为基于骨架构建体脱水污泥固化体的土工性能和长期安全性的研究提供了理论依据。对同步脱水处理与后续填埋处置一体化技术应用于其他污泥长期稳定性的研究具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703

【参考文献】