垃圾填埋场污泥灰改性黏土衬垫的强度特性及微观结构

发布者:孔径分析仪 日期:2015/12/21 点击次:2

垃圾填埋场污泥灰改性黏土衬垫的强度特性及微观结构
董祎挈,陆海军,李继祥,徐文颖
(武汉轻工大学 多孔介质力学研究所,湖北 武汉 430023)

摘 要: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。
关 键 词:污泥灰(SSA);垃圾渗沥液;剪切变形;孔隙结构
中图分类号:X 53 文献标识码:A 文章编号:1000-7598 (2015) 增1-0187-06
1 引 言
    污泥造成的环境污染已成为当前和今后最突出的环境问题之一,相关调研显示,全国城镇污水处理厂中湿污泥(含水率为80%)产生量约2 241×104 t,每天约产生湿污泥6.14×104 t,有1/2 的污泥没有进行妥善的处理。垃圾渗沥液中含有大量有机污染物及重金属元素,其pH 值为4.5~9.0[1],且含有大量重金属元素。衬垫系统长期受垃圾渗滤液腐蚀后易出现衬垫系统防渗功能失效及污染物渗漏的灾害。
    许多学者利用粉煤灰、赤泥、膨润土、秸秆纤维等改性材料对黏土进行改性,以提高衬垫系统的防渗及吸附能力[2-5]。市政污泥经高温焚烧后产生的灰分属于多孔材料,污泥灰具有较高的比表面积和离子交换能力[6-7],对Cd(II)、Ni(II)等重金属离子具有较高的吸附能力[8],污泥灰作为混凝土矿物掺合料对混凝土力学性能具有增强效果[9]。
    为了评价污泥灰改性黏土作为填埋场衬垫材料的可行性,探究改性黏土衬垫受渗沥液腐蚀后强度特性及微观结构的变化规律,通过室内试验分析垃圾渗沥液腐蚀下污泥灰改性黏土的抗剪强度与孔隙结构,针对纯黏土与不同污泥灰掺量的改性黏土,采用直接剪切试验分析污泥灰改性黏土的抗剪特性,采用静态氮吸附试验观察剪切变形后改性黏土的吸附规律与孔隙结构组成。
2 试验材料与方法
孔隙结构
    改性黏土受渗沥液污染前后的吸附-脱附等温线如图4 所示。不同污泥灰掺量下等温曲线类似,故选取污泥灰掺量为3%曲线进行分析。根据国际理论与应用化学协会(IUPAC)颁布的标准可知,试验所得等温线均属于IV 型等温线,且存在H3 型滞后环,而滞后环的大小及形状反映了孔隙结构的差异[27],相对压力较低时,曲线出现小幅凸起,这阶段主要是H2 在颗粒微孔孔壁吸附,随着相对压力逐渐增大,吸附量缓慢上升。当P/P0>0.2 后,吸附曲线与脱附曲线出现分离,此时主要出于改性黏土表面大孔壁单层分子数的增多和多层吸附占比较大;当P/P0  0.6 后,曲线急剧上升,吸附量大幅增加,并在较大孔隙中出现毛细积聚现象。

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