官桥湖污染底泥固化试验的研究
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【摘要】阐述中国城市湖泊污染的现状并分析原因，介绍官桥湖污泥的工程性质，指出选择合理的固化材料进行污泥固化的必要性。以机械脱水工艺处理后的污泥为试验材料，以生石灰、水泥和粉煤灰为固化材料，研究了在采用不同固化材料的组合及不同的配比下，固化污泥的工程性质。通过含水量和抗剪强度试验，找到选择出最合适的固化材料的组合和最优配比，使污泥的含水量有较大降低，抗剪强度随时间的推移而增长，固化后的污泥呈现硬塑状态，遇水不化，可满足外运和填埋等基本要求。
【关键词】污泥；污泥固化；含水量；抗剪强度
1 城市湖泊污染现状
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，城市生态环境特别是城市河流、湖泊生态环境日益受到重视和关注，但由于城市工业的快速发展，大量工业废水不经过处理直接排放进湖泊，导致湖泊中积累了高浓度的有机污染物，有害重金属及病原微生物等。
由于城市湖泊的相对封闭性和不流动性，加上湖泊污染形成和生态恢复机理的复杂性，一旦出现湖泊环境恶化很难在短时间内恢复到健康水平，因此治理城市湖泊污染是一项长期而艰巨的工作。
2 固化污泥的工程性质
本次固化试验所采用的污泥取自武汉官桥湖底泥经过机械脱水工艺初步处理后的污泥。官桥湖原状底泥的含水量非常高，重度非常低，比重非常小，颗粒相当细，有机质含量相当高，渗透性相当差，经过机械脱水工艺初步处理后污泥含水率得到一定降低。污泥脱水干化设备可以将污泥中大部分水分和部分较轻的有机物分离出来，污泥重度增大，渗透性增强。脱水干化理后污泥的含水量依然偏高（80～100%），强度偏低（
3 试验介绍
3.1 试验材料及仪器
固化材料采用生石灰（Cao）、P・O42.5普通硅酸盐水泥和粉煤灰。
抗剪强度试验采用微型十字板剪切仪。该仪器精度较高，有效测试范围适合固化污泥的检测，以及其小巧，操作简单方便等特点均非常适合室内土工试验。
3.2 污泥固化剂固化机理
不同固化剂与污泥混合后发生各种复杂的物理反应和化学反应，现就投加生石灰（CaO）固化剂来分析反应原理，石灰与污泥中的水分发生如下反应：
1kgCaO+0.32kgH2O->1.32kgCa（OH）2+1177kJ
根据这一反应，每投加1公斤的氧化钙有0.32的水被结合成为氢氧化钙，反应所生成的热可蒸发约0.5公斤的水。生石灰与水反应生产氢氧化钙后，会继续与污泥中的其他物质发生进一步的反应，如生成物氢氧化钙与CO2的反应：
1.32kgCa（OH）2+0.78kgCO2->
1.78kgCaCO3+0.32kgH2O+2212kJ
这一反应会使固体物的总量增加，发热蒸发一部分水，进而增加处理后污泥的含固量。氧化钙、氢氧化钙还可以与硅酸（SiO2）或者氧化铝（Al2O3）发生反应。
3.3 试验目的
官桥湖污染底泥的含水量为80～100%，抗剪强度不到10Kpa，根据工程经验和国外资料[1，2]，污泥填埋时要求污泥的含固率≥35%、抗剪强度≥25Kpa，或抗压强度≥50kPa。机械脱水干化处理后的污泥强度满足不了堆载和填埋要求要求，若要通过机械脱水工艺进一步降低污泥含水量，提高抗剪强度，则要较大的降低生产效率，增加较高工程成本。本试验的目的即在机械脱水后的污泥中投加质量百分比为13%的固化剂，根据污泥的含水量降低情况和抗剪强度增强情况，选择最经济的固化材料和配比，使固化污泥满足外运和填埋要求。有人用生石灰、水泥和粉煤灰对污泥进行固化处理，对改善污泥的填埋性状，效果很好[3-6]。
3.4 试验方案
固化试验方案分为二组：一组是水泥和粉煤灰，还一组是生石灰和粉煤灰。将二组方案按不同的质量百分比和污泥混合，充分搅拌后研究其工程性质，固化方案见表1。作为对比，对纯污泥进行了相应的试验，并将纯污泥称为0号试验。
4 试验分析
固化污泥的强度是随着时间的推移和含水量的降低而提高的。为了研究试样的含水量变化情况和强度发展过程，分阶段测量了固化剂与污泥混合搅拌均匀后初始时刻、2h、8h和24h的强度及相应的含水量。
根据实验结果发现，生石灰的固化作用主要表现在前期，而水泥的固化作用在后期才表现的更为显著，这主要是由于生石灰在接触污泥中的水后可以迅速发生反应，消耗掉污泥中一部分多余的水分，同时反应时释放的反应热有利于固化污泥中水分的散失，而水泥中硅酸盐的胶结反应是随时间增长慢慢完成的过程，需要达到一定龄期后才能形成更多的硅酸盐产物，因此生石灰的早期效果较好，随着龄期的增长，水泥的作用得到充分发挥。
根据实验得知，A2（水泥、粉煤灰和污泥的质量百分比为6：7：87）试样养护2h后抗剪强度可达到25Kpa以上，一是由于含水量减少使土颗粒之间的结合水膜变薄；二是因为生石灰等固化材料的掺入，发生化学反应，生成不溶性物质，并吸附在土颗粒表面，起胶结作用。
5 结语
采用室内试验方法对机械脱水干化处理后的污泥进行了固化试验研究，结果表明，水泥和粉煤灰的组合对污泥的固化作用比较明显，采用适当的配比，进行短期的养护，强度和含水量完全可以满足外运和填埋的要求。其中试样A2（水泥、粉煤灰和污泥的质量百分比为6：7：87）具有较低的含水量和较高的强度，可满足土方外运和填埋处理等相关要求，且具有较好的经济效益。
参考文献
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