文摘

垃圾填埋场衬垫的设计减少渗滤液迁移控制废物处理,低膨胀、收缩,确保足够的剪切强度抵抗承载力和不稳定的垃圾填埋场填埋工程师的主要具有挑战性的任务。在过去的十年里,已经有增加的稳定性研究替代材料衬垫,是环保的,符合成本效益,并且对社会有益,由于传统的垃圾填埋场衬垫成本日益升高。在这方面,岩土测试进行页岩样品处理0 - 12%(增加2%)的棕榈仁壳灰(PKSA)和棕榈仁粉壳(ppk)来评估其适用性替代垃圾填埋场衬垫使用标准西非(是)和修改AASHTO标准(MAS) compactive能量。页岩有更多比例的细分数,因此分为分选差的土壤(A-7-5)。阿太堡极限测试表明,液体和塑性极限与塑性指数的增加减少的百分比增加PKSA和ppk内容增加。结果还建立了,最大的干密度(MDD),体积收缩应变(VSS)和导水率显著减少,而最佳含水量(OMC)增加PKSA和ppk增加的内容在compactive努力。380.30和448.70 kPa的最大优势是获得稳定剂的4%。从结果,因此可以得出结论,对压实页岩条件满足的垃圾填埋场衬垫的适用性。此外,使用工业和农业废弃物如棕榈仁壳替代材料与自然土壤作为衬垫,显著的社会、经济和环境的影响垃圾填埋场和减少废物。研究结果可以提供一个参考全球垃圾填埋场衬垫的相似条件。

1。介绍

到目前为止,有一个全球增加废物产生的人口和收入的增长,人们生活方式的改变,提高工业化和使用一次性材料,过度包装的物品,和消费者的习惯。日报》国内和工业废弃物大量产生和安全处理这些废料正日益成为一个主要关心的世界各地。目前,浪费越来越严重的比以往任何时候都有很多环境问题与管理有关。

此外,填埋的垃圾废物的最后阶段许多市政废物在许多国家(1,2]。它限制浪费可用面积,从而减少浪费的最低实际体积。尽管如此,废物管理的问题仍然是一个重大的社会和环境问题符合垃圾填埋容量的短缺,因此垃圾填埋场的环境合理性的怀疑和拒绝不愉快的垃圾填埋场3),主要是因为浪费在垃圾填埋场往往反应释放渗滤液,而对周围的环境和人类构成威胁3]。因此,有很多生活垃圾填埋场项目的环境影响,包括地表水和地下水的渗滤液的污染,污染土壤的直接接触废物或渗滤液渗透,在垃圾填埋场领域疾病的蔓延和难闻的气味,和控制释放甲烷的厌氧分解沉积废物(4,5]。

为了克服这些问题,垃圾填埋场的废物处置应包装和放置在一个地下拱顶包围厚衬层提供一定程度的冗余控制渗滤液(1]。特别是,Kayabaly [6)和Cazaux和迪迪埃7)报道,衬垫必须减少污染物迁移从长远来看,低膨胀和收缩,抗剪切。事实上,垃圾填埋场衬垫必须有一个大的衰减能力防止渗滤液渗漏到周围地下水和随后的地下水污染系统[7]。

由于这些原因,衬垫必须为了适应垃圾填埋场沉降,降低水力传导率,有足够的抗剪强度抵抗承载力和边坡破坏8]。在过去的几十年里,压实粘土衬垫,膨润土、或bentonite-bearing混合物已广泛用于构建垃圾填埋场由于其成本效益和大容量的衰减6,8]。尽管如此,这些障碍含有明显的肿胀粘土矿物,如蒙脱石;因此,他们有很高的收缩和高膨胀可能导致不稳定问题9]。此外,合成粘土衬垫,土工膜、地理网和土工织物通常用于构造衬垫在发达国家,尽管他们更昂贵(10- - - - - -12]。

从上面的讨论中,可以说,粘土衬垫的可持续性可能是其长期影响密封功能,造成压实后的渗透系数,swell-shrinkage特点,抗循环干燥和再湿润,干燥开裂[1]。尽管上述衬垫在垃圾填埋场的设计很不确定在低收入和中等收入国家,比如尼日利亚,主要是因为可能有社会不接受的可能性和缺乏技术达到预期的目的。因此,自然土壤的稳定与回收或废弃材料作为内衬,如油棕灰、壳牌和熟料,稻壳灰13],椰子壳[14)、铁矿石尾矿和高炉矿渣(15向前),是一种替代解决方案在垃圾填埋场工程,确保重大的社会、经济、和垃圾填埋场环境影响,因此确保机械强度高,抗水,垃圾填埋场的稳定、耐用性也是可以实现的。因此,稳定的调查潜在的工业和农业废弃物在土壤已成为全球研究的重点。因此,需要使用棕榈仁壳,这是相对便宜和容易获得当地通过燃烧和研磨的棕榈仁壳作为稳定剂来提高力学性能的天然土壤用作垃圾填埋场衬垫,已经成为非常重要的(16]。

在尼日利亚,大约有64%的棕榈仁壳生成每年浪费(17]。棕榈仁壳被视为废物油处理,这是燔供应能量棕榈油工厂或者留在堆肥桩。这反过来又污染了环境。因此,它大大需要考虑使用棕榈仁壳在改善自然土壤的工程性质在垃圾填埋场衬垫。因此,本研究的主要目的是评估压实的适用性页岩处理棕榈仁壳灰(PKSA)和棕榈仁粉壳(ppk)作为垃圾填埋场衬垫的代用材料。渗透系数、胀缩特性和压实的岩土性质页岩样品处理这两个选择稳定剂使用标准西非(是)检查和修改AASHTO标准(MAS) compactive努力确定他们潜在的使用作为一个工程屏障在废物容器应用程序。这种方法也可以作为一个替代棕榈仁壳在尼日利亚的处理手段。

2。环境问题在尼日利亚开放垃圾堆积场

几十年来,预防、重用、回收、复苏,和处置废物的收集,处理,和管理浪费在尼日利亚是一个具有挑战性的任务,由于无节制的快速增长的城市人口,城市化,改变生活方式,增加使用一次性材料,缺乏培训在现代固体废物管理实践中,缺乏意识不可持续的危险废物管理实践,贫困,文盲了,可怜的政府政策1,18]。在尼日利亚,生成、处理或废物管理已被证明是一个主要的环境和公共卫生问题。浪费经常被倾倒在主要街道和几个开放空间和长期无人值守(图1)侵占道路,从而限制用户访问,产生严重的空气污染问题,构成重大公害时吹的风,和扭曲的审美观的大都市19]。引发的环境和健康问题的不可持续的管理开放倾倒垃圾网站因此导致径流的有毒化合物进入地表水和地下水,污染了水的渗流渗滤液(20.]。为了克服这个问题,需要先进的垃圾填埋技术,确保垃圾填埋处理,这是最简单,最便宜,最省钱的方法处理垃圾的21]。因此,利用废物,如棕榈仁壳稳定自然土壤作为垃圾填埋场衬垫是一个优先级,因为它不仅是一个具有成本效益和可用的材料也是一种棕榈仁壳在尼日利亚的处理手段。

3所示。研究区域的地质特征

研究区位于Nguzu埃达Afikpo南部地方政府区域,Ebonyi状态。地理位置,面积有界经度7°49′E - 7°54′E和纬度5°45′5′50°N N,如图2。该地区在Afikpo次盆地,这被认为是抑郁症绑票盆地东南部[22]。层段,研究区主要是由上层的沉积物Campanian-Maastrichtian确认为Afikpo砂岩,Nkporo, Mamu形成(23),主要由细到非常粗ferruginized砂岩和页岩夹层的砂岩和页岩和红土。页岩软,有沉淀的铁矿石在页岩和砂岩按红。一堆厚厚的粘土矿物,最有可能高岭石。地区的红土被用于建设目的主要为馅料,作为公路路基和路面施工和填写道路、建筑和大坝馅料。

4所示。材料和方法

页岩用于这项研究被Nguzu埃达路上在经度7°50′38.3“E和纬度5°45′48.29”N使用干扰和不受干扰的采样方法的3×3平方米1米深度。棕榈仁壳(PKS)是来自当地的铣削农场Ugwuegu村庄。这是排序和充分晾干。生成棕榈仁壳灰(PKSA),一些棕榈仁壳被烧死在高炉到900°C,而其他人停飞棕榈仁粉壳(ppk)。风干的筛子样本筛分孔径为4.76µ米,而棕榈仁壳内容是筛分筛孔75µm。索引属性的自然和shale-palm内核壳混合物测定按照英国标准BS 137724]。两个压实能量水平,西非AASHTO标准(是)和修改标准(MAS),用于比较的目的。最佳含水量等工程测试(OMC),最大干密度(MDD),体积收缩应变(VSS),抗压强度和水力传导率(k)进行了土壤实验室地质系,联邦理工大学,阿库雷,尼日利亚,来确定样品处理的适用性作为垃圾填埋场衬垫。的界限含水量、粒度分布测试、比重、和自然含水率测试进行了天然页岩样品在实验室的土木工程部门,伊巴丹大学。已筛风干土壤样本批处理使用0,2,4,8,PKSA和ppk干重12%。下降高度条件下刚性墙渗透仪是用于水力传导率、抗压强度测试的样品是治愈前3天测试,而干燥收缩试验的样本被治愈的一天,此后,挤压,治愈一段30天。每个标本的测量直径和高度是借助游标卡尺的精度±0.03毫米。

5。结果与讨论

5.1。分析索引属性的未经处理的页岩

界限含水量等指标测试的结果(液体和塑料限制)、粒度分布、自然含水量,比重测试、抗压强度、渗透系数、体积收缩应变进行页岩样品展示在表1比较与页岩样品处理后部分中描述。图3显示了颗粒级配曲线的粒度分布页岩。从图可以看出3有明确的证据表明,页岩细分数比粗分数。从表1和图3,结果表明,页岩样品有更多比例的细分数,通过0.075 mm筛,< 35%与56.60%的会和π的21.29%。总的来说,页岩具有显著的组成材料,主要是粘土、粉砂、砾石、砂。从这个角度来看,页岩被归类为分选差的土壤(A-7-5)和MH根据美国国家公路运输官员协会(145年AASHTO M) (25)和统一的土壤分类系统(usc),分别。图4图表显示了Casagrande页岩,这表明样品都在该地区广泛分布的高塑性低于Casagrande图表的一条线。高可塑性的存在可以解释细分数,会降低互连毛孔。因此,高塑性指数可以减少水力传导率,这意味着页岩可以承受体积收缩在干燥和潮湿时表现出低到中等膨胀潜力。值得注意的是,细分数将帮助在和易性,而粗分数提高页岩的机械强度。因此,预计页岩抵抗渗透系数的增加,可能是由于污染物和延迟通过吸附污染物的迁移26]。

5.2。界限含水量试验

阿太堡极限测试来确定液限(LL),塑性极限(PL),和可塑性指数(PI)页岩处理0,2,4,8日,和12%的棕榈仁壳灰(PKSA)和棕榈仁粉壳干重(ppk)的样本。图5显示的影响PKSA和ppk界限含水量的样品。从图5,观察我和PL减少,而π增加几乎呈线性增加的百分比增加PKSA和ppk内容。这表明,棕榈仁壳,在灰或粉,也有类似的对页岩样品的界限含水量的影响。

从图可以看出5液限(LL)略有下降56.6到53.43%和56.4%在0 - 12%的ppk PKSA,分别。塑性极限(PL)也略有减少从35.31到32.39%和32.1%,与相应的增加,π从21.29到23.31%和21.44%在0 - 12%的ppk PKSA,分别。会减少和塑性极限(PL)页岩可以解释的胶结PKSA和ppk内容的性质,导致了从最初的絮凝粘土粒子之间的聚集在shale-PKS混合物。这些聚合和胶结shale-PKSA和ppk矩阵的属性导致互联毛孔关闭,从而减少了孔隙比。

见图5,结果证明你的价值和PL处理页岩样品的比我高≥30%,PL≥15%作为推荐的TCEQ [27]。值得注意的是,治疗页岩样品的塑性指数也高于7%,因此会议的适用性的条件土壤作为垃圾填埋场衬垫(和Srasra哈姆迪28]。

5.3。压实特性

图6显示了最大干密度(MDD)页岩样品含有0%,2%,4%,8%,12%的ppk和PKSA。从图可以看出6,有明确的证据表明,mdd soil-PPKS和PKSA矩阵压缩的MAS和compactive努力减少几乎线性增加的比例添加稳定剂。值得注意的是,每个稳定器的MDD落在一个小范围内为每个compactive能量。MAS compactive能源,MDD PKSA和ppk内容的0%为1.51毫克/米³,增加到1.53和1.51毫克/米³(分别为两种稳定剂)的2%,然后不断减少PKSA增加的内容。相反,对页岩的MDD减少与稳定剂含量的增加不断compactive能量。图7显示最佳含水量之间的关系(OMC)和PKSA和压实的ppk页岩样品。从图7,可以看出结果表现出增加的一般趋势在OMC的增加的百分比的ppk和PKSA compactive能量。最优含水率(OMC)范围从20.7(稳定剂)的0%到26.0%和33.3的12% PKSA ppk,分别而OMC MAS范围从19.92%(稳定剂)的0%到24.68 PKSA和ppk的12%和24.51%,分别。然而,compactive努力显示更明显增加OMC稳定剂。

如上所述,MDD的初始增加可以归因于稳定剂的火山灰效应,可能由于最初的絮凝和页岩颗粒的聚集造成的一个可能的阳离子交换反应shale-PKSA和ppk矩阵。因此,这些影响导致增加体积和干密度下降。不断降低2%后在MDD中添加稳定剂是由于涂层的影响页岩样品PKSA和ppk,因此增加了孔隙和密度,为证实了赤穗和优素福16]。也可能由于低比重PKSA ppk 1.19和1.22,分别,这可能代替土壤的高吸收率和细粒子的添加,需要更多的水水合物(29日,30.]。

OMC相应的增加可能是由于粒子的表面积的增加引起的体积的增加PKSA混合物和ppk内容,需要更多的水润滑整个混合矩阵来提高压实,由于水化反应矩阵的解释为赤穗和优素福16]。OMC的增加和其相应的减少在MDD中添加稳定剂的比例的增加有显著影响岩土与湿压实可以很容易地实现页岩。因此,不需要干之前降低含水率的页岩在垃圾填埋场压实。然而,2%的稳定剂的混合物,主要在MAS compactive努力,满足了标准为垃圾填埋场衬垫Amadi et al。31日)和Tuncan et al。32)推荐的土壤与MDD≥1.50毫克/ m³应用作为垃圾填埋场衬垫。

5.4。导水率(k)

众所周知,当粘土页岩土用作垃圾填埋场衬垫受到水压力,它会导致增加水力传导率随着时间的流逝,这反过来又可能导致不稳定的过度扩张。出于这个原因,选择适当的自然土壤的导水率的顺序10⁻⁷-10年⁻⁹女士⁻¹对垃圾填埋场的建设需要衰减(1]。因此,水力传导率的页岩样品接受PKSA和ppk压实使用和MAS compactive能源是决定基于ASTM d5084 - 1991程序所描述的和Srasra哈姆迪28]。的渗透系数k计算使用以下方程: 在哪里k导水率(女士吗⁻¹),一个试件的横截面积(m²),一个竖管的横截面积(m²),l样品的长度(米),然后呢h差异(m),主管是时间吗t。

图8显示压缩页岩样品的渗透系数之间的关系和不同比例的PSKA ppk内容。如表所示1,压实的未经处理的样品的液压导率和MAS compactive能源是5.24×10⁻⁷m / s, 2.43×10⁻⁷分别m / s。相比之下,渗透系数的页岩样品处理PKSA范围从1.51×10⁻⁷在2%到1.25×10⁻⁷m / s为12%和3.91×10下⁻⁷在2%到9.91×10⁻⁸m / s MAS的12%。相比之下,压实的水力传导率页岩样品处理ppk从2.05×10不等⁻⁷在2%到1.18×10⁻⁷m / s, 1.64×10 12%⁻⁷在2%到8.47×10⁻⁸m / s MAS的12%。

如图8渗透系数的样本处理ppk逐渐减少与稳定剂含量的百分比的增加。渗透系数的减少可以解释通过减少孔隙大小。相反,渗透系数的样本处理PKSA略高于未经处理的页岩稳定剂增加采样在MAS为2%和4%。这些轻微的增加可能导致的多孔性质PKSA粒子,进而导致较高的比表面积,因此导致大量的水合阳离子的吸附水分子,从而导致水力传导率的增加。此外,过度PKSA内容可以改变土壤基质,这也会导致絮凝的增加,由Osinubi建立和Eberemu [15]。它还可以看到示例(图处理8水力传导系数)有较低的值比未经处理的样品,如表所示1。见图8的渗透系数,结果表明,处理样品以4%的ppk稳定器及以上属于≤1×10⁻⁷女士⁻¹(1];因此,它符合的条件土壤作为垃圾填埋场衬垫的适用性。这证明的战土用作垃圾填埋场衬垫的会抵制污染物引起的水力传导率的增加,因为它积极地影响土壤的适用性作为垃圾填埋场衬垫。此外,它作为一个衰减层使渗滤液渗透慢慢向下,同时由降水发生衰减,吸附和交换过程中的垃圾(26]。

5.5。抗压强度的页岩

标准的单轴压缩试验进行页岩样品含有0%,2%,4%,8%,和12%的ppk PKSA治愈,3天的抗压强度来确定治疗页岩使用标准西非(是)和修改AASHTO标准(MAS) compactive能量水平。抗压强度之间的关系的页岩和添加ppk的百分比PKSA内容如图9。图9显示压缩的强度提高了页岩添加4%的PKSA和ppk内容和进一步增加ppk和PKSA内容超过4%会稳步降低压实样品的强度。它也观察到,在图9的优势治疗通常在MAS页岩压实的50倍。因此,指出,380.40和448.70 kPa的最大优势是记录的4% PKSA MAS和compactive努力,分别。后续治疗的强度增加页岩在4%可以归因于PKSA的火山灰效应和ppk石灰提供了一个有利环境土壤中硅酸盐和铝酸盐类的溶解,因此反应Ca + 2阳离子形成胶结过程通过水化过程(33]。强度的下降进一步增加ppk和PKSA内容由于页岩稳定剂的稀释影响,这减少了火山灰反应。在一个相关的研究中,使用PKSA胶结的应用程序已经被证明是非常有效的土壤中,据赤穗和优素福16]。值得注意的是,结果表明,页岩在compactive努力治疗的强度大于200 kPa,最大承载强度提出垃圾填埋场衬垫的丹尼尔和吴34];因此,它满足的条件土壤作为垃圾填埋场衬垫的适用性。

5.6。体积收缩应变(VSS)

在垃圾填埋场工程,必须理解衬垫材料的收缩特性,以控制裂缝。干燥开裂往往是一个问题在垃圾填埋场,这反过来会导致水力传导率的增加(35]。因此,它是至关重要的,防止过度收缩开裂由于含水率的变化发生在垃圾填埋场的寿命。这主要是因为裂缝的存在垃圾填埋场覆盖为水渗透提供了潜在的途径,增加垃圾渗滤液的产生,最终增加土壤和地下水污染的风险,米勒等人提出来的。35]。要解决这个问题,需要确保足够的强度稳定性的工程项目在全球范围内(36),包括垃圾填埋场在建设和运营阶段(37]。

因此,干燥收缩试验进行页岩样品的含0%,2%,4%,8%,和12%的ppk和PKSA内容。在测试之前,shale-PPKS PKSA矩阵和治愈一天,此后,压实的挤压模具,然后允许风干一段30天在实验室评估desiccation-induced收缩的影响对材料用作垃圾填埋场衬垫。体积收缩在干燥被挤压测量圆柱标本,然后压实使用是和MAS能级。测量每个样品的直径和高度是借助一个游标卡尺准确±0.03毫米。平均直径和高度被用来计算体积收缩变形。

图10描述PKSA的影响和ppk作为胶结材料的干燥收缩混合物(0)5、10、15、20、25和30天。可以看出,有一个急剧增加的VSS干燥前5到15天内,主要是compactive能量水平。此后,增加的趋势随着时间的推移变得或多或少不变。图11显示的质量之间的相关性shale-PPKS PKSA矩阵和时间在30天。如图11,对页岩的质量减少逐渐PKSA和ppk内容增加干燥时间。质量的下降趋势为每个compactive能级是相似的。显然,干燥收缩成型水分含量成正比。

VSS的关系和不同比例的PKSA ppk两compactive努力是如图12。从图12,它可以观察到,页岩的收缩减少PKSA内容的上升和ppk。虽然下降趋势更明显MAS compactive努力,减少干燥收缩是由于细颗粒物PKSA ppk,作为填料和联锁毛孔,因此缓慢的速度收缩的页岩。根据茶等。37),收缩减少水泥替代材料的数量(如灰),构建了机械联锁的毛孔,增加。

6。结论

本研究确定了压实页岩的力学性能处理不同百分比的棕榈仁壳灰(PKSA)和棕榈仁粉壳(ppk)使用标准西非(是)和修改AASHTO标准(MAS) compactive努力确定他们的稳定作为垃圾填埋场衬垫在废物容器应用程序障碍。因此,从研究:得出了以下的结论(1)粒度分析和阿太堡极限,页岩列为A-7-5,细粒比例,构成材料,主要是粘土、粉砂,砂。阿太堡极限测试显示,液限(LL)和塑性极限(PL)减少与塑性指数(PI)的比例添加PKSA和ppk内容增加。(2)这些结果也表明了,一个最佳含水量(OMC)值增加,而最大的干密度(MDD)和导水率降低的比例在上升PKSA和ppk compactive工作内容。(3)对待页岩样品的干燥收缩减少与增加的百分比增加PKSA和ppk内容。总的来说,实验结果推断,压实的混合shale-PPKS矩阵,主要是4%的稳定器MAS compactive努力,满足条件的适宜性土壤作为compactive垃圾填埋场衬垫能级。因此,可以得出结论,添加4%的ppk压实页岩样品最优更换。此外,添加棕榈仁壳压实页岩用作垃圾填埋场衬垫也可以作为替代的手段减少废物产生的局部铣削产业,确保重大的社会、经济和环境影响的浪费。

数据可用性

使用的数据支持我们的研究结果包括在手稿中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者希望承认员工的努力在土木工程部门的实验室,伊巴丹大学和土壤实验室,地质系,联邦理工大学,阿库雷,尼日利亚,进行实验研究。