本文關(guān)鍵詞：市政污泥的化學(xué)調(diào)理和真空預(yù)壓聯(lián)合作用固結(jié)機(jī)理及應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前我國大中城市周邊均存在數(shù)量眾多的污泥填埋庫,每年污泥填埋量高達(dá)數(shù)十萬噸,開始面臨無地可填的困境。對(duì)填埋庫污泥進(jìn)行原位減量處置,可大幅提高填埋土體使用效率,同時(shí)可消除污泥庫安全隱患。本文提出采用“化學(xué)調(diào)理聯(lián)合真空預(yù)壓”方法對(duì)填埋污泥進(jìn)行減量處理,由于這一處理方法尚屬首例,目前尚缺乏可以參考的設(shè)計(jì)分析方法和工程實(shí)例。本文通過單元體試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、數(shù)值模擬等手段,系統(tǒng)研究市政污泥水分存在形式及轉(zhuǎn)化規(guī)律,調(diào)理污泥排水固結(jié)特性,調(diào)理污泥在真空預(yù)壓過程中沉降、強(qiáng)度變化規(guī)律、負(fù)壓傳遞特性及低滲透層控制措施,并提出適用于污泥真空預(yù)壓的設(shè)計(jì)分析方法和施工工藝。本文主要工作和相應(yīng)研究成果如下：(1)提出基于土水勢(shì)來構(gòu)建市政污泥水分分布的方法,通過滲析法和相對(duì)濕度法聯(lián)合測(cè)試市政污泥的土水特征曲線,進(jìn)而獲得污泥水分結(jié)合能與含水量關(guān)系。相對(duì)于傳統(tǒng)的膨脹計(jì)法和熱重差熱分析方法,該方法測(cè)試過程中試樣結(jié)構(gòu)變化小,可以構(gòu)建結(jié)合能小于1kJ/kg的試驗(yàn)段。根據(jù)土壤科學(xué)中不同形式水分劃分方法及對(duì)應(yīng)的土水勢(shì)特征點(diǎn),得到本文研究污泥試樣中強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、毛細(xì)水、自由水含量分別為污泥干基的73%、167%、400%、220%。經(jīng)過固結(jié)壓縮作用(2.5kPa),污泥試樣中強(qiáng)結(jié)合水含量基本不變,弱結(jié)合水、毛細(xì)水、重力水均有不同程度減小,且毛細(xì)水含量降低最多。化學(xué)調(diào)理作用后,污泥試樣中重力水含量增加,強(qiáng)結(jié)合水含量基本不變。(2)通過固結(jié)試驗(yàn)、抽濾試驗(yàn)研究了不同化學(xué)調(diào)理組合對(duì)填埋污泥固結(jié)特性、抽濾特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：調(diào)理劑氯化鐵能有效改善國內(nèi)4種不同來源污泥的固結(jié)排水特性。未調(diào)理污泥的固結(jié)系數(shù)在10-5cm2/s量級(jí),化學(xué)調(diào)理后污泥的固結(jié)系數(shù)顯著提高；添加10%氯化鐵后,污泥固結(jié)系數(shù)提高約3-5.3倍,其值為3.9×10-5cm2/s-5.3×10-5cm2/s范圍內(nèi)。根據(jù)固結(jié)試驗(yàn)和抽濾試驗(yàn)結(jié)果,建立污泥固結(jié)系數(shù)和比阻的關(guān)系。氯化鐵調(diào)理后,污泥zeta電位減小、絮體與水分結(jié)合能力降低,是其滲透性提高的主要原因；環(huán)境掃描電鏡試驗(yàn)結(jié)果表明,添加氯化鐵后污泥絮體結(jié)構(gòu)變得致密。(3)通過模型試驗(yàn)研究真空預(yù)壓技術(shù)處理未調(diào)理市政污泥的效果和可行性。結(jié)果表明,真空預(yù)壓技術(shù)可實(shí)現(xiàn)市政污泥的初步減量和形成初始強(qiáng)度,但由于市政污泥的排水固結(jié)特性較差,總體減量效果仍有待改善。真空預(yù)壓過程中,排水板附近區(qū)域污泥含水量、滲透系數(shù)降低顯著,會(huì)阻礙離排水板較遠(yuǎn)處污泥的排水固結(jié)。減少排水板間距及二次插板能提高污泥減量處理效果。(4)提出“化學(xué)調(diào)理聯(lián)合真空預(yù)壓”方法處理市政污泥,為驗(yàn)證該方法的適用性,開展中試試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),研究調(diào)理污泥在真空預(yù)壓過程中材料及工藝參數(shù)、污泥沉降變化規(guī)律、負(fù)壓傳遞特性。試驗(yàn)結(jié)果表明提出的方法可有效對(duì)污泥實(shí)施減量。中試試驗(yàn)(污泥庫3m深,18m2)經(jīng)過68天真空預(yù)壓,調(diào)理污泥減量47.5%；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(污泥庫平均7m深,4300m2)經(jīng)過114天真空預(yù)壓,調(diào)理污泥減量40%。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中真空荷載沿排水板豎向沒有出現(xiàn)衰減,即便在排水板發(fā)生較大沉降變形(2.91m)。污泥中孔莊相對(duì)于靜水壓力沒有減小,這與污泥類高含水量土體的固結(jié)特性有關(guān)。整體式塑料排水板在污泥真空預(yù)壓試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好性能：芯板在大變形后保持完整,濾膜能抵御化學(xué)腐蝕環(huán)境,板體能有效傳遞真空荷載至污泥庫底(最大深度為8m)。(5)編制了大變形非線性豎井固結(jié)數(shù)值分析程序,采用程序?qū)ξ勰嗾婵疹A(yù)壓模型試驗(yàn)、中試試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬,并將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明：基于自由應(yīng)變和等應(yīng)變的的模擬結(jié)果均不理想；自由應(yīng)變模擬沉降遠(yuǎn)小于實(shí)測(cè)沉降,等應(yīng)變模擬沉降高于實(shí)測(cè)沉降。因此提出考慮排水板周圍低滲透層的簡(jiǎn)化分析方法,假定排水板周圍低滲透層在預(yù)壓后快速形成,其半徑rs為排水板等效半徑rw的3倍(rs/rw=3),低滲透層內(nèi)污泥初始滲透系數(shù)ks/kh=1/10-1/40,采用這一分析方法計(jì)算沉降與實(shí)測(cè)沉降吻合較好。污泥在真空預(yù)壓過程中,基于孔壓固結(jié)度Up遠(yuǎn)小于基于位移固結(jié)度Us。因此推薦采用有效應(yīng)力法計(jì)算污泥在真空預(yù)壓過程中的強(qiáng)度增長(zhǎng),污泥層平均有效應(yīng)力根據(jù)污泥層沉降(平均含水量)得到,該方法可描述污泥層強(qiáng)度隨應(yīng)變的非線性增長(zhǎng)過程。(6)采用真空抽濾柱體試驗(yàn),研究濾膜孔徑和濾膜周圍一定區(qū)域污泥調(diào)理方案對(duì)真空預(yù)壓過程中低滲透層的控制效果。試驗(yàn)結(jié)果表明,在排水板濾膜周圍一定區(qū)域(5cm)采用氯化鐵、氧化鈣和粉煤灰的調(diào)理組合能夠控制低滲透層的形成。在本文研究濾膜范圍內(nèi),增大濾膜孔徑對(duì)控制調(diào)理污泥低滲透層的效果不理想。
【關(guān)鍵詞】：市政污泥 減量處理 水分分布 水分轉(zhuǎn)化 真空預(yù)壓 化學(xué)調(diào)理 負(fù)壓傳遞 數(shù)值模擬 低滲透層控制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703;TU472.33
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-18
• 1 緒論18-44
• 1.1 市政污泥的填埋處置18-22
• 1.1.1 市政污泥產(chǎn)生及處置18-20
• 1.1.2 市政污泥填埋處置20-22
• 1.2 污泥的調(diào)質(zhì)改性技術(shù)22-24
• 1.2.1 物理調(diào)理技術(shù)22
• 1.2.2 化學(xué)調(diào)理技術(shù)22-23
• 1.2.3 生物調(diào)理技術(shù)23
• 1.2.4 污泥調(diào)理與脫水特性指標(biāo)23-24
• 1.3 現(xiàn)有填埋污泥減量處理技術(shù)24-27
• 1.3.1 機(jī)械深度脫水技術(shù)24-25
• 1.3.2 電動(dòng)脫水技術(shù)25-26
• 1.3.3 土工管袋技術(shù)26-27
• 1.4 污泥水分存在形式及其測(cè)試27-32
• 1.4.1 污泥水分存在形式劃分27-28
• 1.4.2 現(xiàn)有污泥水分存在形式測(cè)試方法28-30
• 1.4.3 污泥水分分布曲線及其構(gòu)建方法30-31
• 1.4.4 污泥水分分布與污泥調(diào)理31-32
• 1.4.5 污泥水分分布與土水勢(shì)32
• 1.5 市政污泥的土力學(xué)性質(zhì)32-36
• 1.6 超軟土(泥)真空預(yù)壓處理的研究現(xiàn)狀36-40
• 1.6.1 軟土、超軟土真空預(yù)壓處理技術(shù)及其發(fā)展36-37
• 1.6.2 真空預(yù)壓處理超軟土負(fù)壓沿排水體傳遞特性37-38
• 1.6.3 真空預(yù)壓處理超軟土低滲透層的形成38
• 1.6.4 真空預(yù)壓處理土體的設(shè)計(jì)計(jì)算理論38-40
• 1.7 本文的主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線40-44
• 1.7.1 本文主要研究?jī)?nèi)容40-41
• 1.7.2 本文研究技術(shù)路線41-44
• 2 市政污泥水分存在形式及其測(cè)試44-68
• 2.1 引言44-45
• 2.2 基于膨脹計(jì)法的污泥水分存在形式測(cè)試45-49
• 2.2.1 試驗(yàn)原理45-46
• 2.2.2 材料和試驗(yàn)裝置46-47
• 2.2.3 試驗(yàn)方法47
• 2.2.4 試驗(yàn)方案47
• 2.2.5 膨脹計(jì)標(biāo)定、裝置可靠性驗(yàn)證47-48
• 2.2.6 試驗(yàn)結(jié)果與分析48-49
• 2.3 基于熱重差熱分析的污泥水分分布測(cè)試49-53
• 2.3.1 試驗(yàn)原理49
• 2.3.2 試驗(yàn)材料與方法49-50
• 2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析50-53
• 2.4 基于土水勢(shì)的污泥水分分布測(cè)試方法的提出及驗(yàn)證53-66
• 2.4.1 理論基礎(chǔ)53-55
• 2.4.2 試驗(yàn)材料和方法55-58
• 2.4.3 試驗(yàn)方案58-59
• 2.4.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析59-64
• 2.4.5 污泥中不同形式水分64-65
• 2.4.6 污泥水分分布與機(jī)械脫水程度65-66
• 2.5 污泥水分分布與微觀結(jié)構(gòu)66-67
• 2.6 本章小結(jié)67-68
• 3 化學(xué)調(diào)理對(duì)污泥排水固結(jié)特性的影響68-86
• 3.1 引言68-69
• 3.2 試驗(yàn)材料和方案69-73
• 3.2.1 試驗(yàn)材料69
• 3.2.2 化學(xué)調(diào)理組合69-70
• 3.2.3 試驗(yàn)方案70-73
• 3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析73-82
• 3.3.1 化學(xué)調(diào)理后污泥zeta電位、粒徑及微觀結(jié)構(gòu)73-76
• 3.3.2 化學(xué)調(diào)理對(duì)污泥比阻影響規(guī)律76-79
• 3.3.3 化學(xué)調(diào)理對(duì)污泥固結(jié)特性影響規(guī)律79-82
• 3.4 化學(xué)調(diào)理作用對(duì)不同來源污泥排水固結(jié)特性的適用性82-84
• 3.5 本章小結(jié)84-86
• 4 未調(diào)理市政污泥室內(nèi)真空預(yù)壓模型試驗(yàn)86-102
• 4.1 引言86-87
• 4.2 試驗(yàn)材料與方法87-91
• 4.2.1 試驗(yàn)材料87
• 4.2.2 試驗(yàn)裝置87-88
• 4.2.3 試驗(yàn)方案88-91
• 4.3 真空預(yù)壓模型試驗(yàn)(V-1)結(jié)果與分析91-93
• 4.3.1 孔壓發(fā)展規(guī)律91
• 4.3.2 排水固結(jié)和沉降發(fā)展規(guī)律91-92
• 4.3.3 加固后含水量92-93
• 4.4 真空預(yù)壓聯(lián)合堆載模型試驗(yàn)(VS-1)結(jié)果與分析93-100
• 4.4.1 預(yù)壓階段試驗(yàn)結(jié)果93-96
• 4.4.2 聯(lián)合堆載階段試驗(yàn)結(jié)果96-100
• 4.5 本章小結(jié)100-102
• 5 調(diào)理污泥真空預(yù)壓中試試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)102-124
• 5.1 引言102-103
• 5.2 調(diào)理污泥真空預(yù)壓中試試驗(yàn)103-110
• 5.2.1 場(chǎng)地介紹及材料103-105
• 5.2.2 試驗(yàn)方法及測(cè)試105-106
• 5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析106-110
• 5.3 調(diào)理污泥真空預(yù)壓現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)110-122
• 5.3.1 場(chǎng)地及材料110-111
• 5.3.2 試驗(yàn)方法及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試111-115
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析115-120
• 5.3.4 真空荷載沿排水板和污泥傳遞特性120-122
• 5.4 本章小結(jié)122-124
• 6 市政污泥真空預(yù)壓數(shù)值模擬124-158
• 6.1 引言124-125
• 6.2 大變形非線性豎井固結(jié)理論及數(shù)值模型125-131
• 6.2.1 模型及控制方程125-126
• 6.2.2 數(shù)值模型網(wǎng)格及基本尺寸126-128
• 6.2.3 固結(jié)特性參數(shù)128-129
• 6.2.4 應(yīng)力、孔壓、滲流、沉降、固結(jié)度129-131
• 6.2.5 時(shí)間步和變形模式131
• 6.3 數(shù)值模型驗(yàn)證131-137
• 6.3.1 與Barron解答比較132-133
• 6.3.2 與非線性小變形理論比較133-134
• 6.3.3 等應(yīng)變與自由應(yīng)變比較分析134-137
• 6.4 上海污泥真空預(yù)壓模型試驗(yàn)數(shù)值模擬及分析137-147
• 6.4.1 數(shù)值模擬輸入?yún)?shù)137-139
• 6.4.2 模擬結(jié)果及分析139-145
• 6.4.3 考慮相對(duì)低滲透層的模擬分析145-147
• 6.5 成都調(diào)理污泥真空預(yù)壓中試及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)值模擬及分析147-152
• 6.5.1 數(shù)值模擬輸入?yún)?shù)147-150
• 6.5.2 模擬結(jié)果分析150-151
• 6.5.3 考慮相對(duì)低滲透層的數(shù)值模擬151-152
• 6.6 污泥真空預(yù)壓過程中強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律及計(jì)算152-156
• 6.6.1 軟土真空預(yù)壓過程中強(qiáng)度增長(zhǎng)計(jì)算153
• 6.6.2 污泥真空預(yù)壓過程中強(qiáng)度增長(zhǎng)計(jì)算153-156
• 6.7 本章小結(jié)156-158
• 7 調(diào)理污泥真空預(yù)壓過程中低滲透層控制探討158-168
• 7.1 引言158-159
• 7.2 試驗(yàn)材料及方法159-162
• 7.2.1 試驗(yàn)材料159
• 7.2.2 試驗(yàn)裝置159-160
• 7.2.3 試驗(yàn)方案160-161
• 7.2.4 試驗(yàn)方法161-162
• 7.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析162-166
• 7.3.1 濾膜周圍不同調(diào)理方案162-165
• 7.3.2 不同濾膜孔徑165-166
• 7.4 本章小結(jié)166-168
• 8 填埋污泥原位化學(xué)調(diào)理及真空預(yù)壓設(shè)計(jì)方法、施工工藝168-196
• 8.1 引言168-169
• 8.2 填埋污泥原位化學(xué)調(diào)理及真空預(yù)壓施工工藝169-174
• 8.2.1 污泥理化性質(zhì)測(cè)試及最佳調(diào)理劑遴選169-170
• 8.2.2 原位化學(xué)調(diào)理工藝及參數(shù)170-173
• 8.2.3 原位真空預(yù)壓工藝173-174
• 8.3 填埋污泥原位真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算方法174-176
• 8.3.1 填埋污泥真空預(yù)壓固結(jié)沉降計(jì)算174-175
• 8.3.2 填埋污泥真空預(yù)壓過程中強(qiáng)度增長(zhǎng)計(jì)算175-176
• 8.4 工程案例分析176-193
• 8.4.1 工程概況176-178
• 8.4.2 數(shù)值計(jì)算基本參數(shù)178-182
• 8.4.3 固結(jié)減量計(jì)算及分析182-189
• 8.4.4 垃圾堆填穩(wěn)定性分析189-192
• 8.4.5 經(jīng)濟(jì)性分析192-193
• 8.5 本章小結(jié)193-196
• 9 結(jié)論與進(jìn)一步研究建議196-200
• 9.1 本文主要工作196
• 9.2 本文主要結(jié)論196-198
• 9.3 進(jìn)一步研究建議198-200
• 參考文獻(xiàn)200-214
• 作者簡(jiǎn)歷及學(xué)術(shù)成果214

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳環(huán);;真空預(yù)壓法機(jī)理研究十年[J];港口工程;1991年04期

2 陳柏校;張辰;王國華;來巧紅;徐禹華;孫曉;;污泥深度脫水工藝在杭州七格污水處理廠的應(yīng)用[J];中國給水排水;2011年08期

3 莫衛(wèi)松;王學(xué)闖;;污泥化學(xué)調(diào)理的研究進(jìn)展[J];廣州化工;2008年02期

4 宋晶;王清;張鵬;江小亮;;高黏性吹填土固結(jié)過程中細(xì)顆粒遷移規(guī)律研究[J];工程地質(zhì)學(xué)報(bào);2012年06期

5 劉歡;李亞林;時(shí)亞飛;李野;何姝;楊家寬;;無機(jī)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)污泥脫水性能的影響[J];環(huán)境化學(xué);2011年11期

6 周源;高玉峰;陶輝;;疏浚淤泥中的拱架結(jié)構(gòu)防淤堵機(jī)理[J];土木建筑與環(huán)境工程;2010年02期

7 李兵,尹慶美,張華,石磊,趙由才;污泥的處理處置方法與資源化[J];安全與環(huán)境工程;2004年04期

8 陳婉如;龔麗芳;陳繁忠;馬迎輝;葉挺進(jìn);李益洪;;城市污水廠污泥深度脫水中試研究[J];環(huán)境工程;2013年S1期

9 唐彤芝;黃家青;關(guān)云飛;陳海波;程萬釗;;真空預(yù)壓加固吹填淤泥土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J];水運(yùn)工程;2010年04期

10 董志良;張功新;李燕;胡珩;羅彥;;大面積圍海造陸創(chuàng)新技術(shù)及工程實(shí)踐[J];水運(yùn)工程;2010年10期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 張春雷;基于水分轉(zhuǎn)化模型的淤泥固化機(jī)理研究[D];河海大學(xué);2007年

2 鄧岳保;豎井地基固結(jié)解析理論與有限元分析[D];浙江大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：市政污泥的化學(xué)調(diào)理和真空預(yù)壓聯(lián)合作用固結(jié)機(jī)理及應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：392772