水分含量是一个重要因素影响固化市政污泥的岩土性质(MMS)。在中国典型的市政污泥被选为调查初始含水率的影响(定义为
城市污水污泥的产量大幅上升,不断提高城市污水在中国生产。这个国家的城市污水污泥产量预计到2020年将超过6000万吨。大量的污泥会造成大量的环境问题(
一些学者进行了理论和实验研究污泥固化与不同的固化剂。杨et al。
研究表明,含水率是影响一系列工程性质的一个重要指标,如剪切强度(
在这项研究中,不同初始水分含量的污泥制备,然后由自主研发的水泥基固化CERSM固化剂。然后,抗剪强度、抗压强度、渗透系数,和其他工程CERSM-solidified污泥的特征参数与不同初始水分含量和drying-saturated (DS)条件进行直接剪切试验研究了(DST),无侧限压缩试验(节点),和渗透测试(PT)。的微貌固化污泥孔隙结构研究了扫描电子显微镜(SEM)和水星入侵porosimetry (MIP),和测试结果与工程性质的关系进行了分析。研究结果可以极大地支持修改和凝固的市政污水污泥和其在中国的利用率。
武汉污水处理厂的污泥收集在湖北,中国。污泥的基本性质进行了测试后立即集合。初始含水率为82.98%,密度为1.14公斤/米3,pH值为7.07,有机质含量为38%,与鳕鱼是2868 mg / L。污泥中化学元素的组成与x射线荧光检测。结果如表所示
检测结果的污泥光谱仪/ %。
| 元素 | 毫克 | 艾尔 | 如果 | P | 年代 | K |
| 内容 | 3.195 | 14.355 | 39.345 | 4.85 | 7.165 | 3.54 |
|
|
||||||
| 元素 | Ca | “透明国际” | 锰 | 菲 | 铜 | 锌 |
| 内容 | 10.8 | 1.09 | 0.28 | 13.955 | 0.175 | 1.245 |
CERSM固化剂用于测试由先前的研究在优化污泥改性(
由于来自不同污水处理厂污泥的含水率变化从50%到85%(在中国
本研究的实验设计。
| 样品标识 | 初始水分 | 固化的日子 | 测试项目 |
|---|---|---|---|
| 1 | 85% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT、节点、DST、MIP、SEM、DS (PT、节点、MIP、SEM) | ||
| 2 | 81% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT,开普敦大学、DST DS (PT) | ||
| 3 | 77% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT,开普敦大学、DST DS (PT) | ||
| 4 | 74% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT、节点、DST、MIP、SEM、DS (PT、节点、MIP、SEM) | ||
| 5 | 71% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT,开普敦大学、DST DS (PT) | ||
| 6 | 63% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT,开普敦大学、DST DS (PT) | ||
| 7 | 56% | 1 | PT |
| 7 | PT,开普敦大学,DST | ||
| 28 | PT、节点、DST、MIP、SEM、DS (PT、节点、MIP、SEM) |
市政污泥脱水设备。
获得了固化污泥通过添加CERSM固化剂按20%湿污泥的重量上述准备污泥(Aw定义为固化剂的添加比例,本研究和Aw = 20%)。CERSM材料重根据他们设计比例,然后放在搅拌机。然后,缓慢搅拌2分钟紧随其后的2分钟快速搅拌进行了产生均匀的混合物。混合物随后被放入一个无侧限压缩模(Φ50毫米×100毫米),剪切试验模具(Φ61.8毫米×20毫米)和渗透测试模具(Φ50毫米×50毫米)。填充过程分为三层,和填写最后一层高出1厘米模具(或环刀)。然后,模具充满了固化污泥被放在一个振动台振动2分钟,然后用刮刀刮上下。随后,模制样品用塑料薄膜包裹,放入养护箱20°C标准养护的相对湿度为95%。后固化污泥样本demolded标准养护的一天。最后,固化样本与电影密封,以避免水分的蒸发。
固化后28 d,固化样本DS处理,然后进行渗透系数测试。在干燥过程中,样本在烤箱干50°C 72 h,以确保完成干燥。然后,抽出的样本饱和方法通过使用叠加饱和器和真空抽水设备。真空筒连接到泵,泵是运营了近1小时。一次真空压力表读数是类似于当地大气压力值,水慢慢地注入到真空筒,使样品浸泡48小时,达到完全饱和。
固化样品与标准养护1岁7日和28 d和DS样本选择与去离子水的PT。渗透测试是根据ASTM D5084-03 [
治愈了固化污泥样品与不同的水分含量为7和28 d被选为DST和节点,根据标准ASTM D2166 [
样品1、4、7(初始水分含量为85%,74%,56%),这代表了固化污泥治愈28 d drying-saturated过程之前,被选为MIP和SEM测试。MIP测试期间,凝固的身体被折下来,小心。小样本块测量约1厘米3从新鲜的部分是由真空冷冻干燥技术和治疗。MIP测试是由使用PoreMaster-33 (Quantachrome公司,美国)自动压汞。
在SEM测试中,固化体折断,很仔细,测量约1厘米的小测试块3被从1厘米的外表面样本。然后,切样品浸泡在乙醇在常温96 h。最后,样本块冷冻干燥和疏散12 h。SEM是广达250进行显微镜。
DST的固化污泥样品的结果与不同初始水分含量和养护7岁和28天图所示
DST的结果固化污泥与不同初始水分内容:(一)凝聚力;(b)内摩擦角。
如图
图
无侧限抗压强度的固化污泥具有不同初始含水率。
渗透系数的变化的固化污泥样品具有不同初始水分含量和养护年龄如图
固化污泥的渗透系数与不同初始含水率。
如图
渗透系数drying-saturated后固化污泥的身体。
MIP固化污泥的结果与不同初始水分内容:(一)孔隙分布密度;(b)最可能的孔隙大小。
微观结构是一个重要因素为岩土工程性质的变化。微分曲线的峰值的孔隙大小分布的定义是最可能的孔隙大小。这最有可能的孔隙大小定义的物理意义,即。,pores with sizes less than the most-probable pore size cannot easily generate connected pore channels. As shown in Figure
如数据所示
累积孔隙体积的固化污泥具有不同初始水分含量。
累积孔隙度的百分比固化污泥具有不同初始水分含量。
图
干燥固化污泥的体积与不同初始含水率。
固化污泥样品的微观结构与不同水分含量DS前后流程如图
SEM图像在不同条件下固化污泥的身体。(一)固化样品1。(b)干燥饱和示例1。(c)固化样品4。(d)干燥饱和样例4。(e)固化样品7。(f)干燥饱和样品7。
城市污水污泥目前一个主要的问题在中国的城市化进程,及其处置不当可能会导致高水平的环境污染(
本研究的测试分析结果表明,固化污泥的孔隙分布随不同的水分含量。高的污泥含水率有很多气孔。此外,产品之间的接触面积固化剂反应和污泥颗粒相对较小,摩擦阻力也小。水分含量下降,固化污泥样品的总孔隙度降低。然后,与颗粒之间的接触面积增加,摩擦阻力也增加。nondrying条件下,水化产品由水泥和其他材料固化剂的污泥样品的毛孔。结果,所有的渗透系数的固化污泥样品与不同水分含量与治疗年龄的增加减少。在最佳含水量,渗透系数固化污泥样品的最低。
固化污泥样品的体积收缩在干燥过程中,含水率与最大收缩74%。先前的研究[
DS治疗后,最有可能的固化污泥样品的孔隙大小在一定程度上减少了,和总孔隙度减少。越大,固化污泥样品的体积收缩,减少总孔隙度越大,渗透系数越小。然而,渗透系数的固化污泥样品最终会增加数量级。这些发现意味着巨大的渗透率的变化造成的固化污泥样品主要是微裂隙产生的固化体在干燥和改变一些有机物的性质污泥在干燥,从而导致生产的高度连接疏水毛孔。干燥后,体积收缩形成额外的支架连接粒子,因此,结构变得致密。更重要的是,固化污泥样品的抗压缩能力大大增强,这是一个重要的因素在增加固化污泥样品的抗压强度。
为了阐明固化剂使用的更好的性能在这项研究中,渗透系数和凝聚力的固化污泥样本与杨等人的结果。
比较固化污泥的岩土特性与杨et al。
初始含水率的影响岩土性质的固化污泥进行调查。典型岩土试验和微观测试污泥进行处理来确定初始含水率之间的关系变化和凝固的液压和机械特征市政污泥drying-saturated前后治疗。主要结论如下:
(1)无侧限抗压强度和固化污泥的凝聚力与含水率的增加线性下降。随着年龄的增加固化,水化反应逐渐完成,凝聚力和强度的样品与不同水分含量增加。
(2)CERSM修改后,固化污泥的渗透系数均低于10−7cm / s。然而,在drying-saturated过程,固化污泥的渗透系数可以增加4倍,主要是由于相当数量的形成microconnected孔隙和微裂隙的干燥的过程。
(3)水分含量可以显著影响的内部孔隙体积和孔隙分布固化污泥,初始含水量减少,毛孔从小孔中孔和微孔隙。因此,改变组织的工程性质影响固化污泥的应用环境。
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
我司声明以上所提到收到资金将不会导致任何利益冲突有关出版的手稿。
这项研究得到了国家杰出青年科学基金(51625903)、国家自然科学基金会的中国/香港研究资助局联合研究计划资助(51861165104),国家自然科学基金(51609241)、青年创新促进会CAS (2017376)。