【摘要】：市政污泥的無害化處理及資源化利用已成為國際環(huán)境巖土工程領(lǐng)域的研究熱點。污泥固化后可有效改善堆填體的力學(xué)特性,提高填埋場安全性能以及處理處置效率。固化污泥處置過程中將長期面臨環(huán)境因素(如溫度、水分等)的考驗,其內(nèi)在機理和變化特征的認(rèn)識缺乏系統(tǒng)性,且亟待完善。為此,本文以污泥理化特性和改性理論為基礎(chǔ),結(jié)合室內(nèi)單元體-模型體試驗,提出了一種以垃圾焚燒底渣為骨架基體的市政污泥固化工藝,開展了不同環(huán)境因素(浸水、凍融循環(huán)、干濕循環(huán))作用下污泥固化體微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性試驗,分析了環(huán)境因素作用下固化污泥孔隙結(jié)構(gòu)及強度的變化機理,揭示了浸水、凍融循環(huán)、干濕循環(huán)對固化污泥微觀和力學(xué)特性影響的內(nèi)在機制,以上成果為固化污泥填埋處置可行性及安全運行評價提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)提出了一種以垃圾焚燒底渣為骨架基體的市政污泥固化工藝,得到了固化污泥的物理力學(xué)性質(zhì):分別從垃圾焚燒底渣的含量、顆粒尺寸大小以及垃圾焚燒底渣級配研究骨架顆粒特性對骨架構(gòu)建的固化污泥含水率、有機質(zhì)含量、pH值、增容比、無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度以及滲透系數(shù)等物理力學(xué)特性的變化規(guī)律,結(jié)果表明:垃圾焚燒底渣作為骨架構(gòu)建體協(xié)同固化污泥,能在污泥固化體中起到良好的骨架作用,垃圾焚燒底渣顆粒在固化污泥中的骨架作用隨著污泥固化強度的提高而提高,且大顆粒以及級配良好的垃圾焚燒底渣更易形成穩(wěn)固的空間骨架結(jié)構(gòu),在固化污泥的抗壓強度中起到更加有效的作用。(2)開展了固化污泥填埋模型試驗,揭示了固化污泥體演化特性:以常用的固化劑固化污泥柱體作為對比,長期對不同固化劑固化污泥填埋柱體溫度、含水率、有機質(zhì)、pH值進(jìn)行監(jiān)測,定期收集固化污泥產(chǎn)生的填埋氣以及滲濾液的情況,結(jié)果表明:污泥固化體沒有出現(xiàn)明顯的生化反應(yīng),固化體的生化反應(yīng)引起溫度和含水率變化不明顯,對于填埋后的穩(wěn)定運行具有積極作用,但周圍環(huán)境溫度對固化體影響較大,需要重視環(huán)境荷載作用的影響。固化污泥pH與時間無關(guān),主要與選用的固化材料和工藝有關(guān),因此,固化劑及其工藝的選取對于固化污泥的長期穩(wěn)定性影響顯著。(3)研究了固化污泥在浸水作用下的長期力學(xué)及變形特性:研究固化污泥在自身水及外部水浸水環(huán)境作用下,固化污泥的長期強度力學(xué)特性;研究浸水發(fā)生時間及浸水持續(xù)時間對固化污泥強度力學(xué)特性的影響規(guī)律,結(jié)果表明:外界水對污泥固化體特性影響強于固化體內(nèi)部水,但是在短期內(nèi)難以改變固化污泥的力學(xué)強度特性,長期浸水(試驗中在120-150d)會引起固化污泥的軟化,導(dǎo)致力學(xué)強度緩慢降低。(4)研究了固化污泥在凍融循環(huán)作用下的力學(xué)及微觀結(jié)構(gòu)特性:考察冰凍發(fā)生時間、冰凍持續(xù)時間及循環(huán)作用次數(shù)對固化污泥力學(xué)及滲透特性的影響,并從微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:凍融作用對固化污泥影響的大小與冰凍時固化污泥強度有關(guān),強度越大,受凍融作用后的破壞越小;第1次凍融循環(huán)作用過程對固化污泥強度及滲透系數(shù)影響最大,使強度衰減30%,滲透系數(shù)增大80%;隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,固化污泥強度逐漸降低,經(jīng)過56次后基本保持恒定;滲透系數(shù)逐漸增大,經(jīng)過6～7次后基本保持恒定,滲透系數(shù)的變化較無側(cè)限抗壓強度變化表現(xiàn)出微弱的滯后性。(5)研究了固化污泥在干濕循環(huán)作用下的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性:研究污泥初始含水率對固化污泥孔隙及力學(xué)特性影響,同時研究固化污泥在干濕循環(huán)作用下強度及滲透特性變化規(guī)律,結(jié)果表明:第1次干濕循環(huán)作用對固化污泥體積、無側(cè)限抗壓強度以及滲透特性影響最大,而第2次以后的干濕循環(huán)作用會引起固化污泥體積以及滲透系數(shù)的微弱減小,但是會使得無側(cè)限抗壓強度的大幅衰減;垃圾焚燒底渣骨架構(gòu)建體可以有效抵抗固化污泥在干濕過程中的體積變化,但是容易開裂。
【圖文】：

但是各種方法處理的污泥量都有限，不能大量消納污泥。逡逑目前，我國各地依據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況，，并且結(jié)合不同類型污泥的特性，采用不同的方式逡逑進(jìn)行處理（如圖１．２是我國污泥處置概況），但是污泥填埋仍然是主要的處置方式，占６０－６５％，逡逑污泥好氧發(fā)酵后農(nóng)用的比例約占１0％－１５％，污泥焚燒比例只有２％－３％，污泥自然干化綜逡逑合利用比例也很低，只有４％－６％，另外仍然有１５％－２０％的污泥是露天堆放和外運的［３１］。逡逑全國每年產(chǎn)生的大量污泥中，８０％沒有得到妥善處理這是一個很大的問題，亟待解逡逑決。逡逑ＳＩＸ

本文編號：2660131