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《武汉工业学院》 2010年
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改性污泥作填埋场封场覆盖材料的实验及评价研究

王静  
【摘要】:针对大型城市综排污水污泥的生态安全处置要求,采用环境科学、化学工程与岩土工程等多学科交叉理论与方法,以市政综排污水污泥为研究对象,通过一系列对污泥物化特性与岩土工程特性的试验研究,开展改性污泥作为垃圾填埋场封场覆盖材料的有效性和可行性研究,为污泥的生态安全处置提供决策支持。 首先研究了污泥的化学特性和微观特性以及污泥受侵蚀变化,得到污泥成分与粘土相似,可以替代粘土用于垃圾填埋场封场覆盖,提出HAS、快硬水泥、生石灰三种改性剂用于污泥改性,并对改性后污泥的含水率、有机质、容重、热值等化学特性进行了监测,同时对污泥的力学特性、微观特性也进行了相应监测。主要研究成果如下: (1)通过污泥微观特性分析得到,污泥的成分与粘土相似,污泥热失重特性分为三个阶段,水分析出阶段、挥发分析出阶段、固定碳燃烧阶段;污泥的形状均为不规则的疏松体,疏松体表面多孔,孔内填充着多面的细小晶粒,并附着许多絮状物而形成无定形结构。通过污泥受侵蚀特性表明:污泥开始受到侵蚀时,剪切强度较小,流动性较大,易发生滑坡现象。后期由于胶体颗粒的絮凝作用,颗粒趋于稳定。 (2)通过改性污泥理化特性分析表明:改性污泥容重变化不明显,改性污泥热值均较原污泥减小,各种改性材料在污泥有机物含量均能达到污泥封场覆盖要求。其中优化分析含水率得到:加入快硬水泥含量为≥10%时,固化14d后含水率满足填埋要求。剪切实验结果表明,只有在HAS、快硬水泥、生石灰掺量为≥15%时,满足安全系数要求,且快硬水泥安全系数最大。 (3)通过改性污泥微观特性分析研究发现:改性污泥内部存在大量的连通孔隙和高比面积的毛细孔,因而可保持良好的过滤吸附性能,即改性后污泥具有较强的过滤性能和吸附重金属性能,因而能够更好的防止垃圾填埋场滑坡和重金属流入水体。随着改性剂的加入,比表面积逐渐增大,其中生石灰的比表面积相对较大,改性污泥内掺量为10%,平均孔径和总孔体积达到最大值。通过孔隙率分析,HAS改性污泥孔隙率最大,快硬水泥次之,生石灰最小。 (4)改性污泥封场覆盖材料性能评价分析得到:原污泥中重金属除Cd超标外,原污泥浸出毒性重金属和改性污泥浸出毒性重金属的浓度均未超标,污泥用于垃圾填埋场封场覆盖,不会影响封场后填埋场农用。污泥和粘土中培养的植物重金属均有部分大于自然条件下重金属含量。狗牙根对Cu有较强积累富集作用,白三叶对Cd、Ni、Fe有较强富集作用,高羊茅对Cd、Fe有一定的积累富集作用。由于污泥中重金属含量较高,植物的富集作用更好的修复了污泥中重金属。改性污泥浸出毒性COD,符合作为封场覆盖材料的性能。石灰作为改性剂时浸出液的pH值较高,不满足要求,HAS、快硬水泥作为改性剂满足覆盖材料要求。 以上研究成果为污泥资源化利用及污泥处置提供了理论依据和技术参数,同时为污泥封场覆盖性能评价提供了技术支持,为粘土、自然土来源提供新思路,具有重要的指导意义和应用价值。
【学位授予单位】:武汉工业学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

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