垃圾渗滤液作用下污泥固化体变形与透水规律

第18卷第9期2018年3月1671—1815(2018)009-0163-07科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVol.18No.9Mar.2018©2018Sci.Tech.Engrg.引用格式:徐仕程，陆海军，王庚午，等•垃圾渗滤液作用下污泥固化体变形与透水规律[J]•科学技术与工程，2018,18(9):163—169XuShicheng,LuHaijun，WangGengwu，etal.Deformationandpermeabilityofsolidifiedsludgeunderthelandfillleachate[J].ScienceTechnologyandEngineering，2018，18(9):163—169垃圾渗滤液作用下污泥固化体变形与透水规律徐仕程陆海军王庚午李继祥汪为巍(武汉轻工大学土木工程与建筑学院，武汉,30023)摘要为了克服传统污泥固化方法中固化成本高、强度低、滲透系数高等缺点，采用骨架构建法，对煤矸石、污泥进行固化处理。通过三轴试验、低温氮气吸附-脱附试验、滲透试验检测污泥固化体的宏观力学强度特性、孔隙参数、水力传导系数。通过实验可得:经过滲滤液作用后，2、3号试样的偏应力较大，9号试样的偏应力最小。当水泥、煤矸石掺入量达到最佳混合掺入量时，试样的黏聚力较高。9号试样的滞后环分离程度较大；且各试样的孔径曲线在2~4nm处出现叠峰。各试样的水力传导系数始终小于1p10脱cm/s。根据试验结果，从微观和宏观两个方面分析了黏土对于污泥固化体强度特性、滲透特性的影响。关键词污泥固化垃圾滲滤液剪切强度孔隙参数水力传导系数中图法分类号X705;文献标志码B随着中国城镇化进程不断的加快，城市和工业固体废弃物如市政污泥和煤矸石被随意弃置的现象时有发生。如何既能节约处置成本，又不会带来二次污染，是研究者们亟待解决的重要问题之一。我国大部分垃圾填埋场选择黏土作为衬垫系统;但普遍存在着衬垫系统易被破坏而导致垃圾渗滤液污染地下水的现象。将污泥和煤矸石固化后形成的污泥固化体推广到垃圾填埋场的衬垫系统中，这不仅解决了污泥和煤矸石随意弃置导致的土壤环境污染问题，而且减少了用于垃圾填埋场的成本。传统方法固化后的污泥常表现出固化成本高、高渗透性和低强度的缺点。为克服这些缺点，国内外的研究者们进行了大量的研究。Lim、Chu[1，2]等分别使用粉煤灰、铜渣等作为固化材料，发现固化效果较好;但对污泥固化体的强度增长原理没有具体描述。查甫生、Tag、郑修军、Helene[3—6]等发现水泥掺入量、养护龄期、固化剂之间的投入比例、碱性固化材料等对固化体强度有着显著的影响。Boutouil[7]发现固化污泥的强度与孔隙率呈反比。2017年8月1日收到国家自然科学基金（11672216,51474168)和湖北省自然科学基金面上项目（2016CFB636)资助第一作者简介:徐仕程（1994—)，男，硕士研究生。研究方向：环境岩土工程。E-mail:xsc_whpu@163.com。通信作者简介:陆海军（1979—)，男，博士，副教授。研究方向：固体废弃物利用与资源化。E-mail:lhj+_whpu@163.com。，减少使用固化材料的成本，增强水泥的水化反应和水泥的胶结作用[8]，方便污泥固化技术的普遍推广和使用，国内外研究学者提出了骨架构建技术[9，10]。虽然一系列研究结果表明将污泥和煤矸石固化后形成的污泥固化体是一种很有前途处置固体废弃物的方法;但目前还缺乏对骨架构建方法的完整理解以及在应力加载下污泥固化的微观结构演化机理。因此，在这一方面很有必要做进一步研究。研究的污泥固化体采用煤矸石作为骨架材料，混合加入黏土和水泥使污泥固化体具有高强度、低渗透的性能，另加入纤维使污泥固化体具有良好的抵抗裂缝开裂的性能。分别通过三轴剪切试验、低温氮吸附-脱附试验、渗透试验来分析渗滤液侵蚀后的污泥固化体的力学强度特性、孔隙演化规律以及渗透特性。1试验材料与方法!1试验材料试验中所用的黏土取自于武汉市东西湖区某建筑施工现场，取土深度为2.5m，黏土的基本物理性质见表1[11]。试验用的水泥为32.5#普通硅酸盐水泥，其化学成分见表2。试验所用煤矸石为球磨机粉碎后筛选出的粒径为1.0~2.5mm的颗粒，化学组成见表3。试验所采用污泥由武汉市汉西污水处理厂提供，理化性质见表4。试验所用聚丙烯纤维(山东省莱芜市万泰工程材料有限公司）直径为164科学技术与工程18卷15~20)m,长度为10j15mm,弹性模量、抗拉强度、断裂伸长率分别为3.0GPa、300MPa、28%。试验所用的垃圾渗滤液取自武汉市陈家冲垃圾填埋场，基本性质如表5所示。表1黏土的基本物理性质Table1Thebasicphysica