江河湖泊作為重要的水功能區(qū)域,對城市的安全和發(fā)展有重要意義,而湖泊底泥的大量淤積和受污災(zāi)變嚴(yán)重影響了行洪排澇和供水功能的發(fā)揮,受污淤泥亦是湖泊水質(zhì)惡化的內(nèi)源污染源。清淤疏浚是湖泊治理的重要手段之一。疏浚產(chǎn)生的淤泥具有含水率高、顆粒極細(xì)、壓縮性大、強(qiáng)度低,污染物多等特點(diǎn)。如不能及時(shí)有效的處理淤泥,不僅占用大量寶貴的土地資源,還會(huì)造成嚴(yán)重的二次污染。疏浚底泥的處理與處置成為亟待解決的關(guān)鍵性難題。實(shí)踐證明淤泥的資源化利用是淤泥處理與處置的最終出路,將淤泥轉(zhuǎn)變成滿足一定承載力要求的土工材料用于園林填土、道路基礎(chǔ)和堤防培土是資源化利用的有效方式。固化處理能有效的改善淤泥的物理力學(xué)性質(zhì)。本文以武漢市天鵝湖淤泥和南湖淤泥為研究對象,主要從淤泥固結(jié)體的物理化學(xué)特性、力學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)特性和環(huán)境特性等方面展開調(diào)質(zhì)固化試驗(yàn)研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： (1)分析了武漢市東湖子湖天鵝湖和武漢市南湖淤泥的基本性質(zhì)。分析表明,天鵝湖淤泥含有較多的硅元素,南湖淤泥含有較多的鋁元素和鐵元素。天鵝湖淤泥主要含有石英、鈉長石、高嶺石和伊利石等礦物,南湖淤泥還含有一定量的方解石。天鵝湖和南湖淤泥的含水率均高于液限而呈流動(dòng)狀態(tài)。南湖淤泥的有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)鹽和重金屬含量均高于天鵝湖淤泥,污染更為嚴(yán)重。 (2)考察了固定水泥摻量下,不同摻量、不同種類的粉煤灰和養(yǎng)護(hù)齡期對天鵝湖淤泥物理化學(xué)特性的影響,重點(diǎn)考察了淤泥固結(jié)體含水率、pH值、鈣離子濃度和陽離子交換量的變化。結(jié)果表明,粉煤灰能降低淤泥固結(jié)體的含水率,其中高鈣粉煤灰的效果更明顯。高鈣粉煤灰有助于提高淤泥固結(jié)體的pH值和鈣離子濃度,不同種類高鈣粉煤灰的作用效果與含鈣量以及鈣的存在形式有關(guān)；低鈣粉煤灰對淤泥固結(jié)體pH值和鈣離子濃度的影響與高鈣粉煤灰相反。淤泥固結(jié)體的陽離子交換量隨粉煤灰摻量和種類的變化規(guī)律較為復(fù)雜,它與粉煤灰的含碳量以及淤泥固結(jié)體的pH值、粒度均有密切關(guān)系。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長,淤泥固結(jié)體的含水率、pH值、鈣離子濃度和陽離子交換量均呈下降趨勢。 (3)研究了固定水泥摻量下,不同摻量和種類的粉煤灰以及固定水泥、粉煤灰摻量下,不同摻量和種類的添加劑對淤泥固結(jié)體強(qiáng)度特性的影響。結(jié)果顯示,不同種類的粉煤灰均能促進(jìn)強(qiáng)度的發(fā)展,其中高鈣粉煤灰的效果更明顯。三種添加劑中,硅酸鈉在各齡期階段均能促進(jìn)強(qiáng)度的發(fā)展；氫氧化鈉摻量超過0.7%后不利于早期強(qiáng)度的發(fā)展；硫酸鈉摻量超過0.7%后不利于后期強(qiáng)度的發(fā)展。對比三種添加劑的作用效果發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)護(hù)初期,硫酸鈉對強(qiáng)度的增長作用最明顯,氫氧化鈉和硅酸鈉的優(yōu)劣與摻量有關(guān)；養(yǎng)護(hù)后期,硅酸鈉的效果最好,其次是氫氧化鈉,效果最差的是硫酸鈉。 (4)采用掃描電鏡法研究淤泥固結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu),定性分析了淤泥固結(jié)體中水化產(chǎn)物的種類和生成量。掃描電鏡圖像顯示,粉煤灰有助于改善淤泥固結(jié)體的微觀結(jié)構(gòu),且高鈣粉煤灰的作用更顯著。養(yǎng)護(hù)后期,三種添加劑作用時(shí)均有凝膠物質(zhì)生成。除此之外,氫氧化鈉作用時(shí),生成的針棒狀產(chǎn)物相互交錯(cuò)成空間網(wǎng)狀；硫酸鈉作用時(shí),有板狀水化產(chǎn)物生成,同時(shí)有裂縫和大孔隙存在；硅酸鈉作用時(shí),有針狀水化產(chǎn)物和光滑致密的板狀產(chǎn)物生成。淤泥體系中水化產(chǎn)物的生成量越多,分布越均勻,整體性越好,越有利于固結(jié)體強(qiáng)度的發(fā)展。 (5)探討了淤泥固結(jié)體物理化學(xué)特性與力學(xué)特性之間的關(guān)系,具體考察了固結(jié)體的強(qiáng)度與含水率、pH值、鈣離子濃度和陽離子交換量的關(guān)系。結(jié)果顯示,淤泥固結(jié)體的強(qiáng)度隨含水率的降低而升高,兩者呈乘冪關(guān)系。固結(jié)體的強(qiáng)度與pH值之間呈乘冪關(guān)系,與鈣離子濃度呈指數(shù)關(guān)系。淤泥固結(jié)體的強(qiáng)度與陽離子交換量的關(guān)系隨粉煤灰種類不同而異。 (6)在水泥的基礎(chǔ)上,研究了不同摻量和種類的粉煤灰以及不同摻量和種類的添加劑對南湖淤泥環(huán)境特性的影響,重點(diǎn)分析了淤泥固結(jié)體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、浸出液pH值、COD值、總磷濃度和重金屬銅的變化規(guī)律。結(jié)果表明,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能在一定程度上影響污染物的浸出特性。浸出液的pH值與淤泥固結(jié)體的pH值密切相關(guān)。在水泥的基礎(chǔ)上,粉煤灰有利于有機(jī)物、磷和重金屬銅的固定,其中有機(jī)物和重金屬銅的固定效果與粉煤灰的含碳量密切相關(guān),而磷的固定效果與粉煤灰的含鈣量以及鈣的組成形式密切相關(guān)。三種添加劑對固結(jié)體污染物的穩(wěn)定作用各異,氫氧化鈉摻量較低時(shí)對有機(jī)物有一定的穩(wěn)定作用,摻量過多反而起反作用；氫氧化鈉不利于磷和重金屬銅的固定。硫酸鈉有利于有機(jī)物和重金屬銅的固定；硫酸鈉摻量較低時(shí),對磷的固定效果較好,超過一定摻量后效果變差。硅酸鈉有利于有機(jī)物的穩(wěn)定,但不利于磷的穩(wěn)定；硅酸鈉摻量較低時(shí),對重金屬銅有穩(wěn)定作用,摻量過多反而起反作用。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X703;TU521.3
【部分圖文】：

粒徑小于17.1um的顆粒占85%。江蘇淮安白馬湖疏梭齡泥的中值粒徑只有5.79um，其中粒徑小于5um的顆粒高達(dá)44.8%，粒度分布曲線如圖2-2所示["5]。游泥顆粒越細(xì)，比表面積越大，顆粒表面的物理化學(xué)作用越明顯。I ： _=??：豐勝：：I 閱 \ 1[? 50 “ ;V w § 40 f 1| 20 ■■ i ■…份 10 -ti 1 ■‘ 0 丨丨丨"III I ,11 'III I l.iUi_I I1000 100 10 1 0.1粒徑/咖圖2-2白馬湖游泥粒度分布圖2.3.3污染物多游泥除含有無機(jī)礦物外，還含有有機(jī)農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴和有害重金屬等污染物[116]。閻波等[117]對桓河底泥有機(jī)污染物進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，底泥中含有較多的苯系物、正構(gòu)焼烴、酸酮類和多環(huán)芳烴。游泥之所以含有較多的污染物是由于游泥的粒徑極細(xì)，對污染物的吸附能力強(qiáng)。鑒于游泥污染物較多，應(yīng)及時(shí)對疏凌游泥進(jìn)行處理，防止儲(chǔ)存過程中污染物釋放到地表水和地下水中，造成嚴(yán)重的二次污染。2.3.4壓縮性大游泥的壓縮特性反映的是游泥在外力作用下發(fā)生變形的性質(zhì)。壓縮特性常用壓縮系數(shù)來表征，壓縮系數(shù)越大，越容易發(fā)生變形。黃英豪等[37]考察了淮安白馬湖清游疏浚游泥的壓縮性，測得的游泥壓縮系數(shù)為1.55MPa_i

泥顆粒表面的鐘離子、鈉離子等低價(jià)離子發(fā)生交換吸附，降低游泥顆粒表面吸附水膜厚度，使顆粒間斥力減弱而發(fā)生團(tuán)聚，如圖3-1所示[124]。Na+ Na"" Na"^ Na' Ca"* Ca'^+ 4Ca- =，+ 8Na-Na+ Na’ Na~ Na~ Ca!十 Ca^"圖3-1離子交換反應(yīng)原理圖[i25】3.1.4碳酸化反應(yīng)當(dāng)固化材料中有水泥或石灰時(shí)，體系中的氧氧化I丐與空氣或孔隙水中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成不溶于水的碳酸1?，從而促進(jìn)游泥固結(jié)體強(qiáng)度的發(fā)展，反應(yīng)方程式如(3-7)所示。Ca(0H)2+C02—CaC03+H20 (3-7)3.2固化材料本文選用娃酸鹽水泥作為固化基材，粉煤灰作為調(diào)質(zhì)劑，添加劑選用氧氧化鈉、硫酸鈉和娃酸鈉。19

QS粉煤灰的X射線衍射圖譜
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