市政污泥真空预压模型试验研究

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前,市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库,导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容,许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验,探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明,真空预压后污泥含水率显著降低,强度提高至2~4 kPa;污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性;排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显,阻碍离排水板较远处污泥排水固结,因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果;真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别,特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小,表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论;污泥真空预压过程中,间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率,但整体改善作用不明显;真空预压可作为污泥减量化的一种途径,如要满足后续堆载垃圾的要求,还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。     

模拟渗滤液作用下压实黏土的力学性质

垃圾填埋场中渗滤液的作用可能对压实黏土衬垫及地基土的力学性质产生一定的影响,但目前研究成果存在矛盾之处。以CaCl2溶液和苯酚溶液作为渗滤液中无机和有机污染物的代表,对添加10%钠基膨润土的压实黏土进行力学性质的试验研究。结果表明,(1)两种模拟渗滤液的作用使土的压缩性增强,抗剪强度降低。(2)苯酚对压实黏土力学性质的影响更为显著,不排水强度约为自来水和0.05mol·L-1CaCl2溶液的55%。(3)土样初始孔隙比相同时,溶液作用下扩散双电层变薄造成孔隙变大,可能是产生这种现象的主要原因。(4)模拟渗滤液的作用对压实黏土衬垫及地基土具有不利的影响。     

模拟渗滤液作用下压实黏土的力学性质

垃圾填埋场中渗滤液的作用可能对压实黏土衬垫及地基土的力学性质产生一定的影响,但目前研究成果存在矛盾之处。以CaCl2溶液和苯酚溶液作为渗滤液中无机和有机污染物的代表,对添加10%钠基膨润土的压实黏土进行力学性质的试验研究。结果表明,（1）两种模拟渗滤液的作用使土的压缩性增强,抗剪强度降低。（2）苯酚对压实黏土力学性质的影响更为显著,不排水强度约为自来水和0.05molL-1CaCl2溶液的55%。（3）土样初始孔隙比相同时,溶液作用下扩散双电层变薄造成孔隙变大,可能是产生这种现象的主要原因。（4）模拟渗滤液的作用对压实黏土衬垫及地基土具有不利的影响。     

垃圾填埋场污泥灰改性黏土衬垫的强度特性及微观结构

为评价污泥灰改性黏土作为填埋场衬垫防渗材料的可行性,分析污泥灰改性黏土强度特性及孔隙结构,针对受垃圾渗沥液腐蚀的纯黏土与污泥灰掺量为1%～5%的改性黏土,采用直接剪切试验分析其抗剪强度变化规律,采用低温氮气吸附试验分析剪切变形后试样的孔隙结构组成。结果表明,改性黏土属于VI型等温线,并存在H3型滞后环,且2～6 nm介孔的数量占比较大。受垃圾渗沥液腐蚀后,黏土抗剪强度大幅下降,黏聚力与内摩擦角分别下降60.12%和19.17%;黏土的最大氮气吸附量降低16.19%,且孔隙分布双肩峰发育不完全;随污泥灰添加量的增加,改性黏土抗剪强度增大,且孔隙分布逐渐恢复双肩峰形式,总孔容增大。     

周口北郊垃圾填埋场渗滤液的渗漏量及COD变化模拟分析

周口北郊垃圾填埋场为非卫生填埋,已对周围地下水环境造成了污染。在建立污染物溶出模式的基础上,分析了该非卫生填埋场垃圾渗滤液中化学需氧量(COD)的变化规律,用WHI UnSat Suite软件HELP模块估计了停止填埋后的现状和采用地表防渗措施情况下渗滤液的渗漏量。结果表明,周口北郊垃圾在10a垃圾填埋过程中每年有1 000～5 000m3渗滤液进入含水层,其COD质量浓度大致为2 000mg/L。停止垃圾堆放后,在没有覆盖措施条件下,渗滤液渗漏量平均值为2 500m3/a。在垃圾表层铺设防渗措施可有效减少99%的渗漏量,但仍有12m3/a渗滤液渗漏进入含水层。     

垃圾渗漏液在包气带及含水层中的联合运移模拟

近年来,全国各地新建了大量的垃圾填埋场,其中多有不符合垃圾处理处置场地建设规范的,垃圾填埋场渗滤液对地下水的污染风险也逐年凸显,这就要求对后续垃圾填埋场建设时,在环评阶段做好垃圾填埋场渗滤液对地下水的污染风险预测,为垃圾填埋场地下水污染预防设施的设计与建设提供指导。本文探索了垃圾渗滤液在包气带和含水层中的联合运移模拟,首先利用Hydrus建立包气带模型,模拟垃圾渗滤液中氨氮在包气带中的迁移转化,在此基础上用Visual Modflow软件建立地下含水层模型,对比渗滤液经过包气带过滤和没经过包气带过滤两种情景下的污染范围和程度。模拟结果显示,包气带和含水层联合运移模拟渗滤液泄漏后的运移途径和路线,更接近渗滤液进入含水层的实际情况。     

接种污泥对好氧颗粒污泥稳定性的影响

为研究接种污泥对好氧颗粒污泥稳定性的影响,将以城市污水处理厂的活性污泥和以啤酒废水处理厂的活性污泥为接种污泥培养的成熟好氧颗粒污泥封存后重新启动运行,探讨其理化性能、降解性能的恢复以及种群结构的变化情况。结果表明:接种污泥对好氧颗粒污泥的稳定性具有一定的影响,沉降性能好、生物活性强的啤酒废水处理厂的接种污泥形成的颗粒污泥形态恢复快,约需35 d,沉降性能恢复为贮存前的93%,具有较好的稳定性;对COD、NH3-N的降解效果与用城市污水厂的污泥接种形成的好氧颗粒污泥相近,但其对TP有更好的去除效果,COD、NH3-N、TP的去除率分别达95.10%、91.80%、94.00%。变性梯度凝胶电泳法(DGGE)分析表明:啤酒废水厂污泥接种形成的颗粒污泥的群落结构多样性十分丰富,优势种属达20个操作分离单元(OTUs);而城市污水厂污泥接种形成的颗粒污泥中优势种属只有11个OTUs。     

侵蚀性环境对地下结构渗透和力学特性影响研究

环境污染造成地下结构侵蚀劣化,使得地下结构面临严峻的长期稳定性问题。通过50 g/L Na2SO4溶液、50 g/L NaCl溶液以及含有50 g/L Na2SO4 + 50 g/L NaCl的垃圾渗滤液的浸泡侵蚀试验,研究了经上述溶液侵蚀后混凝土试样在不同围压下的气体渗透特性、氯离子渗透特性以及力学特性。结果表明：（1）经不同溶液侵蚀后试样的渗透率与所承受的围压大小密切相关。同一侵蚀时间下,随着围压的增大,渗透率逐渐减小。经垃圾渗滤液侵蚀后的试样渗透率随侵蚀时间线性增加,且围压越小,增大的速率越大;经硫酸钠溶液、氯化钠溶液侵蚀后的试样渗透率总体先减小后增大;经3种不同溶液侵蚀后,试样渗透率对应力的敏感程度均有所提高。（2）经3组溶液侵蚀后试样单轴抗压强度变化分为线性增加、缓慢下降两个阶段,但垃圾渗滤液侵蚀后的试样强度始终为最小值。弹性模量也呈现出相似的变化规律。（3）在同一侵蚀深度处,垃圾渗滤液侵蚀后的试样自由氯离子含量比氯化钠溶液侵蚀后的试样低20%～50%,垃圾渗滤液侵蚀下混凝土试样被氯离子侵蚀的程度比氯化钠溶液侵蚀下混凝土试样低。（4）气体渗透率随侵蚀的进行而变化最为明显,比单轴抗压强度、氯离子扩散系数更适用于评价地下混凝土结构长期稳定性。研究结果可为侵蚀性环境下地下结构长期稳定性分析提供理论依据。     

纤维加筋市政污泥剪切强度试验研究

随着社会经济的快速发展,市政污泥产量逐年攀升,其安全处置对改善城市生态环境和经济可持续发展具有重要意 义。污泥由于含水率高,颗粒细小,粘滞性强,且富含有机质,因而存在机械脱水效率低和抗剪强度低等问题,填埋时容 易造成填埋场堆体发生侧滑、失稳等事故。纤维加筋是近些年发展起来的一种土质改良技术,为了研究该技术对污泥剪切 强度特性的影响,在不同固结压力下（50,100,200和400 kPa） 对纤维加筋污泥进行了一系列剪切试验,分析了纤维掺量 （0,0.05%,0.1%,0.2%,0.4%和0.8%） 对固结后污泥含水率、干密度及剪切强度的影响。结果表明：在不同固结压力 下,污泥排水固结后的含水率均随着纤维掺量的增加呈先减少后增加的趋势,而干密度则是先增加后减小,试验确定纤维 最优掺量为0.1%;污泥排水固结后的剪切强度则随着纤维掺量的增加而增加,纤维加筋作用对污泥的剪切强度提升效果十 分明显,100 kPa下加筋效果最显著;纤维加筋污泥的黏聚力和内摩擦角随纤维掺量的增加而增加,当纤维掺量超过0.4% 后,黏聚力增幅有放缓趋势,而内摩擦角的增幅则有加大趋势;在剪切破坏过程后期,随纤维掺量增加,应变硬化趋势更 为显著。     

卤水浸泡环境下盐岩剪切特性影响因素分析

为了解水溶造腔过程中盐岩在卤水浸泡环境中的剪切特性,设计了盐岩剪切特性影响因素的正交试验,研究了卤水浸泡时间、温度和加载速率对盐岩剪切特性的影响规律。试验结果表明,卤水浸泡会弱化盐岩的抗剪强度,卤水浸泡时间越长盐岩抗剪强度越低,但最终趋于稳定;卤水温度升高,加剧盐岩内部损伤,盐岩抗剪强度随之降低;经一定温度卤水浸泡后盐岩的抗剪强度随加载速率的增大而降低,且其延性特征也随浸泡时间、温度和加载速率的增大逐渐减弱。通过对任意两个影响因素分别进行二元线性回归,根据其标准回归系数对盐岩抗剪强度的相对重要性比值构建判断矩阵,运用层次分析法计算出温度、加载速率和浸泡时间等影响因素的权值分别为0.397,0.340,0.263。极差分析和权值计算表明,盐岩剪切强度的影响因素主次关系依次为温度、加载速率和浸泡时间。     

Experimental investigation on shear strength and permeability of a deeply dewatered sewage sludge for use in landfill covers

This paper presents an experimental study on a deeply dewatered sewage sludge produced by using a new technique of membrane filter press. The experiments involve measurements of sludge composition, basic physical properties, shear strength, water permeability, and leaching toxicity. The measurements of shear strength and permeability were also performed on the sludge specimens soaked in a low acid leachate or distilled water for 1 and 2 months. This is to investigate the influence of chemical change in pore fluid as a result of rainfall infiltration or leachate seepage at landfills. Comparison tests were also carried out on silty clay that is commonly used for landfill cover material. The experimental results show that the deeply dewatered sludge contains 66 % organic content and 85 % water content (dry mass basis). The undrained shear strength of the sludge is >25 kPa even after 2-month soaking in the leachate and distilled water, meeting the requirement of the Chinese standard [CJ/T249-2007, Disposal of sludge from municipal wastewater treatment plant: sludge quality for co-landfilling. Ministry of Building and Construction, P.R. China (in Chinese), 2007]. The measured cohesion and friction angle for the sludge are >20 kPa and 22.3°, respectively. The soaking of sludge specimens in either leachate or distilled water resulted in an increase in frictional angle by several degrees. The water permeability for the sludge ranges from 0.68 × 10^?8 to 1.3 × 10^?8 cm/s, and permeability after 2-month soaking is less than the minimum requirement for the barrier layer of landfill covers (i.e., 1.0 × 10^?7 cm/s). The concentrations of heavy metals leaching from the dewatered sludge are lower than the limit values of leaching toxicity for the wastewater discharge standard of China. The experimental results indicate that deeply dewatered sludge can be used as an alternative material for the barrier layer of landfill covers.     

Reuse of dewatered sewage sludge conditioned with skeleton builders as landfill cover material

High water and organic content of sewage sludge constricts its reuse and disposal. It is often necessary to solidify/stabilize the dewatered sludge with solidifying agents before landfill disposal. In this study, the sewage sludge was conditioned with skeleton builders, i.e., fly ash and lime combined with ferric chloride for the purpose of improving the dewatering efficiency. The dewatered sewage sludge was then directly reused as landfill cover materials since the skeleton builders also play a role in solidification of sludge. The geotechnical properties of the dewatered sewage sludge were investigated. The results show that the plasticity index of the dewatered sludge increases compared to that of the dewatered sludge without any conditioner, and the permeability coefficient changes from 10^?8 to 10^?5 cm s^?1. Furthermore, the strength of specimens increase with curing days. Microstructure analyses reveal that the main hydrated products are calcium silicate hydrate and ettringite, which contribute to the solidification/stabilization of the dewatered sludge. The results indicate that the dewatered sewage sludge conditioned with skeleton builders can be used as landfill covers. This study provides an alternative for traditional sewage sludge treatment and disposal.     

污泥掺入生活垃圾后的力学特性试验研究

填埋是污泥消化处置的方法之一,由于污泥的工程特性较特殊,填埋会引发很多环境岩土工程问题。考虑到填埋工程会进行分层碾压铺填,在标准击实试验的击实功下制备试样,通过污泥与垃圾土混合后的直接剪切试验、渗透特性试验,考虑淋滤液和降解产气压力共同影响,进行边坡稳定分析。结果表明：污泥和垃圾混合后的强度比垃圾土的强度低,比污泥的强度高,改善了污泥的强度特性;污泥掺入垃圾后的渗透系数与垃圾土的渗透系数相当,没有劣化垃圾土的渗透特性,但比污泥的渗透系数有显著提高;随着污泥掺量的增加,边坡安全系数会先提高后降低,因此,应结合试验和稳定计算结果,确定实际工程的污泥掺入比;考虑降解产气对边坡稳定的影响,安全系数会降低约15%～20%。     

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。     

垃圾焚烧飞灰水泥固化体强度稳定性研究

针对垃圾焚烧飞灰安全处置技术要求,采用水泥对其进行固化、稳定化处理,研究了不同水泥添加量、不同养护时间和渗沥液浸泡时间对固化体无侧限抗压强度及破坏特性的影响,并对垃圾渗沥液的侵蚀机制进行了分析。结果表明：当水泥添加量小于5%,养护时间小于3 d时,飞灰固化体在渗沥液浸泡下迅速解体,垃圾渗沥液的侵蚀对飞灰固化体的强度有较大的影响,浸泡后的固化体呈现出明显的应变软化特征,而未经浸泡的固化体的强度增长符合y=a[1-exp(-bt)]模式。随着水泥添加量及养护时间的增加,飞灰固化体无侧限抗压强度增加,破坏应变减小,而随着浸泡时间的增加,飞灰固化体的无侧限抗压强度先增大后减小,转折点大约在5～7 d,破坏应变近似呈线性增大。渗沥液对飞灰固化体的侵蚀主要是其成分抑制了固化体水化反应和破坏了水化产物。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的安全处置技术提供理论依据和参数支持。     

Electro-coagulation treatment of raw and autoclaved landfill leachate with aluminum electrodes: case study of Djebel Chakir (Tunisia)

Landfilling is a common practice worldwide for solid waste management. The leachate generated at landfill sites contains various organic and inorganic pollutants while it should be treated properly. In this study, the electrocoagulation (EC) process was recognized for its simplicity and effectiveness which was used for the treatment of leachate from the Djebel Chakir landfill site in northern Tunisia. In addition, we investigated the effect of microorganisms (e.g., bacteria, fungi, spore) on sludge production by the application of autoclaving treatment on raw leachate. The application of low current density (15 mA/cm²) within 2 h of treatment and using Al-Al electrodes revealed significant improvement of performance when autoclaving was applied. The chemical oxygen demand (COD) and nitrogen removal increased from 39 to 64% and from 13 to 30%, respectively. The sludge volume was reduced from 40 to 10%, and thus, its handling and disposal costs would be significantly decreased. The energy consumption rate was stable after 40 min of treatment at about 0.8 kWh/kg COD removed. Our study shows that removal of microorganisms by autoclaving prior to the EC process is promising for landfill leachate treatment. However, since autoclaving is far from being practical and cost-effective at full-scale plant, research on coupling EC with an alternative disinfecting process might be of great interest.     

NaCl侵蚀环境下水泥固化铬污染土的强度及淋滤特性

日益严重的环境污染问题导致土壤中的重金属离子越来越多,这不仅使得土的工程性质受到影响,而且有害重金属离子的渗出也会威胁人类的健康。目前常采用水泥固化技术（S/S法）来处理重金属污染土。但当地下水中富含侵蚀性盐离子时,固化后的重金属污染土会受到影响,进而改变其强度及重金属离子的滤出特性。通过系统的室内试验,对水泥固化铬污染土在NaCl溶液浸泡后的强度特性及重金属离子的滤出特性进行了研究。试验结果表明,水泥固化铬污染土的无侧限抗压强度随NaCl溶液浓度的增加而减小,而随浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7 d时最小。毒性特征沥滤试验（TCLP）结果显示,浸出液中Cr3+浓度随NaCl浓度增加而增大,随浸泡时间增加而减小;而浸出液的pH值随NaCl浓度增加而减小,随着浸泡时间的增加呈先减小后增大的趋势,浸泡7 d时最小;浸出液的pH值在4.0～5.5范围内时,Cr3+滤出量随pH值增大而减小。