陈化污泥理化特性对泥饼渗透性的影响研究

开展陈化污泥渗透特性研究对于填埋库污泥脱水减量作业具有重要指导意义。选取了8种不同陈化条件下的污泥,开展了压缩排水试验,测定了陈化污泥上清液中可溶性有机物含量和类型,以及陈化污泥聚合体粒径分布与滤液的Zeta电位,并通过皮尔逊相关性分析研究了陈化污泥各物理化学特性间的相互作用。结果表明,随着上清液中可溶性有机物含量的减少、相对腐质化程度的增高与滤液Zeta电位绝对值的增大,陈化污泥的可渗透性增大。同时,当陈化污泥聚合体趋于稳定和粒径增大时,包裹在聚合体中的有机物不易释放到上清液中,陈化污泥可渗透性增大。另外,由于陈化环境的影响,陈化污泥总有机含量变化与上清液中有机物含量变化缺乏一致性,依据陈化污泥有机质含量判断渗透性会造成错误。最后,建立了陈化污泥比阻的影响模型,对于预处理过程中如何改善陈化污泥渗透性具有参考意义。     

全尾砂-废石混合回填膏体渗透特性试验研究

塌陷区混合回填膏体是由全尾砂、废石人工制备得到的复合宽粒级散体,其渗透性能直接影响到塌陷区回填体稳定性及次生灾害发生的可能性。采用自制的渗透性试验装置,研究了废石含量、废石粒径对混合回填体渗透系数的影响,并对回填体固有特征参数（粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量、不均匀系数 、平均粒径）与渗透系数之间关联性进行了研究。试验结果表明,回填膏体渗透系数随废石掺量及粒径增大而增加,细粒效应显著。回填体中粒径小于0.075、0.02 mm颗粒含量对其渗透性影响至关重要,与渗透系数呈负指数关系。渗透系数随 值增大而增大。当 20时,渗透系数增加趋于稳定。给出了混合回填体渗透系数定量方程,其结果与试验结果较为一致。     

四川盆地大气层中矿物颗粒-甲苯-Cr3+耦合规律模拟研究

四川盆地大气层具有湿度高和流通性弱的特征,冬春低温季节易形成雾霾。本文着重构建了低温高湿条件下的石英、方解石纳米颗粒与甲苯、Cr~(3+)共存体系,系统测试了石英、方解石颗粒与甲苯、Cr~(3+)耦合前后Zeta电位值、胶体粒径及团聚形态、亲疏水性的变化趋势,以模拟研究四川盆地低温高湿静稳大气环境中矿物颗粒、有机物、重金属离子之间的耦合作用规律。研究发现:甲苯、Cr~(3+)与石英、方解石之间存在显著的成键耦合作用,甲苯、Cr~(3+)存在时会大幅度降低高湿度环境中石英、方解石颗粒的Zeta电位值,增大两种矿物颗粒在低温条件下的活跃度; Cr~(3+)可通过静电作用力,促使石英、方解石颗粒在高湿度环境中形成粒径更大的团聚状胶体;甲苯吸附在石英和方解石颗粒表面会增强其疏水性,减弱高湿度水分对矿物胶体稳定性的侵扰。上述有关石英/方解石颗粒、甲苯、Cr~(3+)在低温高湿条件下的界面成键耦合作用规律发现,对理解四川盆地雾霾形成机制有积极的启发意义。     

白水煤矿煤矸石基本性能研究与分析

通过对白水煤矿煤矸石进行外观分类、化学组成、矿物成分分析和X衍射分析将其分为5种不同外型的煤矸石,其中,第Ⅲ类矸石属于高岭石质矸石黏土岩类矸石,其矿物相主要包括石英、高岭石、伊利石和少量的黄铁矿。实验研究不同类别矸石的粒径范围、陈化时间等对原材料塑性的影响表明:降低原料最大粒径,可以提高塑性,当粒径从-1.0 mm降低到-0.1 mm时,Ⅰ类矸石塑性指数IP提高了6.9;Ⅱ类矸石的IP提高了10.8;Ⅲ类矸石的IP提高了5.6;延长陈化时间,可以提高煤矸石的塑性,当陈化时间3 d时,陈化时间对塑性的贡献明显,当陈化时间4 d,陈化时间对塑性的贡献甚小。据此认为除第Ⅲ类煤矸石不适合制砖以外,其他矸石均可作为制备绿色墙体保温砌块的原材料,混合破碎至-0.5 mm,陈化3天,适合制备绿色墙体保温砌块的需要。     

褐煤颗粒界面与煤泥水溶液相互作用机制

为掌握褐煤颗粒界面与煤泥水之间的相互作用规律,作者研究了褐煤颗粒在不同搅拌强度、浸泡时间以及不同粒度下对煤泥水溶液的pH值和电导率以及离子组成的影响,探讨了pH值、搅拌强度、浸泡时间、阳离子种类与浓度对褐煤颗粒表面Zeta电位以及含氧官能团的影响。结果表明,搅拌和浸泡使煤泥水溶液的pH值由弱酸性逐渐增大至中性,溶液电导率也逐渐增大,随着粒度的减小,悬浮液的酸性增强电导率增加。Zeta电位绝对值随着搅拌强度和pH值的增加总体呈上升趋势,浸泡使褐煤颗粒表面Zeta电位绝对值先减小后增大,当浸泡3 d时达到最小值,不同阳离子改变褐煤颗粒表面Zeta电位能力顺序为Al~(3+)>Ca~(2+)>Mg~(2+)>Na~+。搅拌使颗粒表面羧基和醇羟基含量增加,酚羟基含量先降低后增加,浸泡使羧基含量先降低后增加,而酚羟基和醇羟基含量逐渐增加。     

城市生活垃圾卫生填埋场填土层工程特性及净化机理研究

城市生活垃圾卫生填埋场中,填土层对垃圾淋滤液的渗透阻滞和净化作用具有重要意义。对成都万兴固体废弃物处置场填土料的压实性、渗透性及其相互关系,在大量试验的基础上作了深入探讨并导出关系式。填土层对垃圾淋滤液中污染物的衰减净化,是各种因素综合作用的结果。以工程地质为基础,研究生活垃圾淋滤液中常见离子净化规律和机理,认为土层结构的不同,对淋滤液的净化有一定影响,而这种影响因离子的不同而有不同程度的表现：二价离子交换吸附,引起渗透系数在０．５～１．０个数量级范围内变化;离子的负吸附,表明土层吸附的可逆性;而典型的一价离子ＮＨ＋４和Ｃｌ－的净化规律,可用指数函数表征;有机物的衰减与土的有机碳的含量有关。这些研究成果,为全面研究填埋体结构的合理化设计提供了重要依据。     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

盐分对黏性土的沉积特性与表面电位影响研究

为了明晰黏土矿物和盐分浓度在沉积过程中所起的作用及物理机制,选取高岭土、膨润土及两者组成的混合土进行粒径分析试验、沉积试验和Zeta电位测试。结果显示,盐分环境下高岭土和膨润土的平均粒径增大,部分黏粒组向粉粒组转化。高岭土在蒸馏水环境下和盐水环境下,最终都形成土-水的稳定分界面,但是絮凝稳定时间在盐分环境下更短。膨润土在蒸馏水环境下处于稳定的分散体系中,在盐水环境下迅速絮凝沉积。混合土在蒸馏水环境下,上部澄清层和下部沉淀层之间存在土颗粒的悬浮层,且该层的高度最终稳定;盐水环境下,混合土则迅速的发生土水分离。随着NaCl浓度增加,膨润土和高岭土的Zeta电位绝对值降低,因此胶粒组的絮凝行为对平均粒径产生影响,进而影响其沉积特性。     

颗粒级配与形状对钙质砂渗透性的影响

钙质砂是富存于热带海洋环境（包括中国南海海域）中的一种特殊岩土介质,具有不同于陆源砂的水理性质。采用传统常水头渗流试验,首先探究了不同不均匀系数和曲率系数条件下级配对钙质砂渗透性的影响。针对钙质砂的颗粒形状特性,采用扫描电镜（SEM）与图像处理技术,引入球度 和圆度X的比值 从三维空间角度上对颗粒形状进行了定量描述。并在粒径区间、相对密实度相同的条件下,通过与福建标准砂、玻璃珠进行对比试验来考察钙质砂渗透特性,从而进一步探究颗粒形状对钙质砂渗透性的影响。试验结果表明,钙质砂渗透性随着颗粒粒径不均匀系数和曲率系数的增大而增大,符合级配对一般砂土渗透性的影响规律;钙质砂颗粒形状具有较强的结构性和不均匀性,同等密实度下钙质砂的渗透性小于陆源的石英砂。本研究获得的钙质砂渗透规律对今后南海岛礁填筑和海上平台基础工程设计具有一定的指导意义。     

处置库污泥工程特性测试研究

对某填埋场污泥库中取样的污泥进行了岩土工程特性测试,包括有机质含量、含水率、界限含水率、颗粒级配、渗透系数、压缩固结特性及抗剪强度等。试验结果表明,与常规淤泥相比,污泥库中经一段时间降解后污泥有机质含量及含水率较高,平均值分别为45%和520%;污泥在历时2 a的生物降解作用下,污泥含水率、有机质含量沿深度呈较为明显的减少趋势;污泥具有极高的压缩性,压缩系数a100-200高达7 MPa-1;污泥的固结表现为非线性大变形特性,其固结系数在10-5～10-6 cm2/s,比淤泥低1～2个数量级,固结系数随压力的增加而显著减少;污泥的抗剪强度参数较小,其黏聚力为0,内摩擦角为14.7°。有机质含量高是污泥高含水率、高液塑性指数、高压缩性,低渗透性、低固结系数及低抗剪强度的本质原因。以上成果可为污泥库的固化处置、稳定分析等提供必要的参数。     

石灰岩发育土壤团聚体形成机制研究

土壤团聚体是土壤最基本的结构单元。为了解岩溶地区石灰岩发育土壤团聚体的形成机制,选择贵阳市花溪区花溪水库石灰岩所发育的土壤为材料,采用干、湿筛法,分析团聚体颗粒的分级情况,并比较拆分有机质与钙镁铁铝离子间连接后四种离子含量的变化以及团聚体各粒级含量的变化。结果显示:团聚体是由细小颗粒在胶结物质有机质与钙镁铁铝离子结合下形成微团聚体,进一步形成更大粒级的团聚体,最后在分子力的作用下粘结土粒或者其他团聚体形成完整的团聚体结构;有机质与钙离子的结合是团聚体形成的主要胶结物质,其次为有机质与镁铁离子的结合,有机制与铝离子的结合作用不大,这与石灰岩矿物主要是碳酸钙有关;研究区发育土壤大粒级水稳性团聚体含量相对较高,土壤抗蚀性好,抵抗侵蚀能力强。      

Activated sludge properties in a submerged membrane bioreactor: effect of COD/TKN ratio of wastewater

The properties of activated sludge are very important in a membrane bioreactor (MBR) in terms of membrane fouling. The most important parameters affecting the membrane fouling can be listed as mixed liquor suspended solid (MLSS) concentration, soluble microbial products (SMPs), extracellular polymeric substances (EPSs), floc size, aeration and viscosity of both supernatant and activated sludge. The COD/TKN ratio also affects the physical properties of sludge in MBR system. This study aimed to investigate the effect of chemical oxygen demand-to-total Kjeldahl nitrogen (COD/TKN) ratio of feed wastewater treated in an MBR on biological components of activated sludge. The activated sludge characteristics were determined by quantitative analyses such as MLSS, EPS, SMP, floc size distribution, zeta potential, relative hydrophobicity and capillary suction time in a submerged MBR treating simulated wastewater having different COD/TKN ratios (16, 56 and 107). The COD and TKN removal efficiencies were found to be almost equal in the sMBRs having different COD/TKN ratios. However, it was seen that the EPS content and SMP concentration in the supernatant increased with increasing COD/TKN ratio. The results indicated that the COD/TKN ratio of feed should be considered as an effective parameter on activated sludge properties in sMBR systems.     

有机质含量及组分对泥炭土物理力学性质影响

富含有机物质是泥炭土工程性质不良的主要原因。不同有机质含量及组分的泥炭土,其物理力学性质差异很大。为明确有机质含量的影响,对数十组不同有机质含量无定形泥炭土试样进行一系列室内试验,系统分析了物理、变形、强度及渗透性随有机质含量的变化规律;为比较有机质组分不同导致的工程性质差异,将以上无定形泥炭土物理力学指标与纤维泥炭土试验数据进行系统分析。结果表明:无定形泥炭土基本物理力学指标与有机质含量间有一定的线性关系,其中,初始孔隙比（e₀）、天然含水率（w₀）、液塑限（w_L、w_p）、黏聚力（c）随有机质含量增加线性增大,比重（G_s）、固结系数（C_v）和内摩擦角（φ）随有机质含量增大而减小。相较无定形泥炭土,纤维泥炭土比重小、含水率大、孔隙比大。抗剪强度方面,无定形泥炭土黏聚力随有机质含量增大而增大,较纤维泥炭土略高;内摩擦角随有机质含量增大而有下降趋势,约为纤维泥炭土的1/5～1/14。渗透性方面,无定形泥炭土的初始渗透系数（k_v0）及渗透指数（C_k）随有机质含量增大而减小,且普遍小于纤维泥炭土。     

Dissolved organic nitrogen as an indicator of livestock impacts on soil biochemical quality

Soil degradation in the Mediterranean and other arid and semi-arid regions of the world is caused mainly by cultivation and grazing. A consequence of de-vegetation due to overgrazing has been a decrease in organic matter (litter) input to soil and a decrease of aggregate size and stability making soils more susceptible to erosion and to organic matter losses. This study provided evidence linking the Dissolved Organic Nitrogen (DON) export from river basins to livestock grazing intensity and the resulting decrease in vegetation. Koiliaris River Basin in Crete was selected to study the effects of livestock grazing on water quality because it offers a unique morphologic situation due to its karstic hydrogeology draining the upland grazing areas through karstic springs. Mass balance calculations of N loads indicated that organic N is behaving as a conservative substance. It is postulated that the two potential mechanisms of Mineralization–Immobilization-Turnover and Direct Uptake did not operate in the degraded soils of the karst and arguments are presented justifying the hypothesis. De-vegetated soils of the area had lower C and N content, the same bacterial count, but lower microbial activity, lower fungi counts and species richness and lower mineralizable N compared to naturally vegetated soils. DON was the predominant N species in both extracted soluble N pools. De-vegetated soils had lower decomposition potential compared to vegetated soils. Mineralization and plant uptake appeared to be restricted and leaching of soluble low aromaticity organic matter was favored. A linear relationship between DON export and livestock N load was obtained for five Greek basins suggesting a mechanism that operates on regional scales. The de-vegetation of grazing lands in Koiliaris River highland calcaric leptosols was shown to be a primary factor causing the decline of soil biochemical quality and DON can be used as a reliable indicator for livestock grazing impacts to soil biochemical quality.     

地史过程中烃源岩有机质丰度和生烃潜力变化的模拟计算

在同时考察源岩中有机质因生、排烃而损失和无机质因成岩作用而失重的基础上，模拟计算了地史过程中，随有机质类型、初始有机质丰度、成熟度及排烃效率的改变，烃源岩有机质丰度和生烃潜力的变化，探讨了有机碳恢复系数及生烃潜力损失率的可能变化范围。结果表明，地史过程中，有机质生烃潜力和有机质丰度的变化主要取决于源岩的生、排烃效率，对性质偏差的有机质，有机质的实测丰度随演化程度的增高不降反升；而对位于高成熟阶段的优质有机质，有机碳的恢复系数可达2以上；随有机质类型变好和成熟度升高，生烃潜力损失率增高；一般情况下，有机质生烃潜力的恢复幅度比有机质丰度的恢复大得多。     

桂林毛村岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质组成初步研究

探索土壤有机碳物理保护与化学保护的关系,有助于揭示土壤固碳和培肥机理,明确不同粒级团聚体和不同腐殖物质组分对土壤固碳和肥力的贡献。本研究对岩溶区自然植被土壤团聚体中腐殖质含量进行了研究,结果表明:(1)灌丛和林地土壤团聚体中有机碳含量总体上均表现为随着土层深度的增加逐渐下降,而在不同土层深度随着团聚体粒径范围的变化则有机碳含量的变化规律则不同,无明显一致的规律;(2)两种土地利用方式各粒径团聚体中胡敏酸和富里酸均比全土小。这可能是由于在湿筛分离团聚体的过程中溶于水的那部分胡敏酸和富里酸成分被损失掉;(3)各腐殖质组分随着团聚体粒径范围的减小在两种自然植被上均无明显一致的规律,但胡敏酸和富里酸总量则基本表现为随着团聚体粒径范围的减小而逐渐升高,即在0.25mm和0.5~0.25mm粒径范围团聚体中最大;(4)两种自然植被土壤各土层中和各团聚体中胡敏酸/富里酸(HA/FA)基本上表现为小于1,这主要是因为研究区温度相对较高,湿度较大,植被覆盖度大,微生物降解作用强所致。     

污泥屏障渗透性及重金属阻截效果试验研究

目前,废弃物处置场渗滤液中的重金属污染物只能依靠极低渗透性的水力屏障来控制,还不存在利用化学场专门拦截重金属污染物的反应型屏障。在有机结合生活污泥的低渗透性与丰富的有机质和厌氧微生物特性的基础上,提出“污泥屏障”的构想。研究利用柔性壁渗透仪测量不同有效应力作用下生活污泥试样的渗透系数,并对渗出液的化学性质进行了监测,验证污泥屏障的可行性。试验结果表明：随着有效应力的增大,污泥试样干密度提高,渗透系数的对数值随孔隙比的减小线性降低。试样内部微生物厌氧呼吸形成的生物膜和无机物沉淀以及黏土颗粒双电层厚度的增大,也是污泥渗透系数降低的原因,污泥渗透系数仅为 数量级。另外,污泥强烈吸附能力及厌氧微生物呼吸作用形成的中-弱碱性还原环境,对渗透液中的Zn和Cd都起到了很好的拦截作用。     

铅污染对黄土宏观持水性能和微观结构演化的影响研究

垃圾填埋场渗滤液中的重金属与土体发生物理化学反应,可能导致土体微观结构的改变,重金属等有毒物质得以扩散、运移,威胁人体健康和周边环境。为探究重金属污染对黄土宏观持水性及微观结构的影响,采用轴平移技术测得铅污染黄土的土-水特征曲线。通过扫描电子显微镜（SEM）、压汞（MIP）、X射线衍射（XRD）和Zeta电位试验,阐明细观结构变化特征。结果表明：铅污染黄土的进气值随铅离子浓度的增加而减小,当铅污染浓度由0 mg/kg增加至2 000 mg/kg时,进气值从19.18 kPa下降至12.12 kPa;铅污染导致持水性能降低,渗透系数随铅离子浓度的增加而增加,饱和渗透系数从7.92×10–8 m/s增加到3.73×10–7 m/s;铅污染引起的物理化学反应及Zeta电位的降低导致絮凝结构形成,小孔隙占比减小,中孔隙占比增加;铅污染引起的微观结构演化与宏观持水性和渗透性具有良好的对应关系。该研究结果可为重金属污染场地非饱和渗流及溶质运移等问题的研究提供重要参数。