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市政污泥的固化填埋处理研究

作　者: 曹永华
导　师: 闫澍旺
学　校: 天津大学
专　业: 岩土工程
关键词: 污泥污泥固化单独填埋微观结构渗滤液污染数值模拟
分类号: X703.1
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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引　用: 4次
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内容摘要

从环境岩土工程的角度,将市政污泥作为一种特殊的土,采用试验研究、理论分析和数值模拟的方法,进行了污泥的固化填埋研究,内容如下:对当前国内外市政污泥的处置方法进行了比较研究,总结了各种处置方法的优缺点,提出污泥填埋是比较适合中国国情的处置途径。针对当前污泥填埋存在的技术难题,提出用固化材料将污泥进行固化后,进行单独填埋。固化试验表明,石灰、粉质粘土和粉煤灰的加入,提高了污泥的强度,经过一定时间的养护,固化污泥完全可以应用于填埋处理。就污泥这种高含水量的特殊土而言,固化材料的加入还提高了污泥的渗透性,这对降低污泥含水量是非常有利的。通过对体积安定性观察,发现石灰的加入对于提高试样的体积安定性有利。通过正交试验,发现在本研究中,质量相同的粉质粘土的固化效果优于粉煤灰,原因可能是粉煤灰的活性在污泥这种特殊的环境下没有被激发出来。经过大量的试验对比,确定了一个较优的污泥固化方案: m(石灰) : m(土) : m(污泥)=1 : 4 : 5。微观结构的研究表明,固化材料的加入提高了污泥密实度。固化污泥密实度的提高,除了含水量降低的原因外,石灰中的Ca(OH)2与土粒表面或粉煤灰中或污泥无机成分中少量的活性氧化硅和氧化铝发生水化反应是主要原因。应用分形几何理论研究也表明,分形维数随着固化材料的加入而增大,随着时间的推移而增大,这是因为水化反应使得污泥的微观结构更加复杂。分形维数的变化趋势与强度的变化趋势是一致的,而试验数据也正好表明强度和分形维数之间存在较强的正相关性。渗滤液研究表明,添加石灰的填埋柱的渗透性最大,渗滤液的产生量最大,PH值最高,渗滤液的COD值远高于其它污泥填埋柱。石灰对污泥中重金属离子稳定性的影响是双面的,一方面使固化污泥中的Cu离子趋于不稳定;另一方面,对污泥中的Zn离子具有固化作用。而粉煤灰和粉质粘土对渗滤液的影响则相对较小。就渗滤液对地下水可能造成的污染进行了研究。首先给出了地下水运动控制方程和污染物运移控制方程;然后,采用有限差分法,建立了污染物在地下水中运移的数学模型;应用所建立的数学模型,对填埋场由于渗滤液的渗漏对地下水造成的污染进行了数值模拟。数值模拟结果表明,在天然状态下,污染晕呈椭圆形,污染晕范围在水平和竖直两个方向都随着时间的推移而扩大;在下游设有取水场时,污染晕会向着取水场方向发生显著的扩展。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章概述  8-19
  1.1 市政污泥的定义、来源与分类  8-9
  1.2 污泥处置方法  9-13
  1.3 国外污泥处置概况  13-15
  1.4 适合我国国情的污泥处置途径分析  15-17
  1.5 本文的工作  17-19
第二章污泥填埋技术进展  19-23
  2.1 污泥填埋技术概况  19-20
  2.2 污泥单独填埋的技术难点  20-21
  2.3 发达国家污泥单独填埋的实践  21-22
  2.4 中国污泥填埋的实践  22-23
第三章污泥固化方案试验研究  23-58
  3.1 污泥的填埋特性  23-25
  3.2 试验设计  25-30
  3.3 试验材料性质  30-33
  3.4 单一材料固化方案试验  33-43
  3.5 三种固化材料的正交试验  43-52
  3.6 两种材料固化方案试验  52-57
  3.7 本章总结  57-58
第四章固化污泥的微观结构及强度机理  58-77
  4.1 土结构的现代概念  58-59
  4.2 研究土微观结构的方法  59-60
  4.3 扫描电镜及其应用  60-61
  4.4 固化污泥微观结构的扫描电镜研究  61-65
  4.5 基于分形几何理论的微观结构研究  65-76
  4.6 本章总结  76-77
第五章渗滤液性质研究  77-83
  5.1 试验材料与方法  77-78
  5.2 渗滤液试验研究  78-82
  5.3 本章总结  82-83
第六章渗滤液对地下水污染研究  83-106
  6.1 污染物迁移的模式  83-84
  6.2 地下水流运动控制方程及其数值解法  84-87
  6.3 污染物迁移控制方程及其数值解法  87-94
  6.4 渗滤液对地下水污染研究  94-105
  6.5 本章总结  105-106
第七章结论和建议  106-108
参考文献  108-115
发表论文和科研情况说明  115-116
附录  116-118
致谢  118

市政污泥的固化填埋处理研究

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