酸雨作用下污泥固化土長期強度研究

1、酸雨作用下污泥固化土長期強度研究酸雨作用下污泥固化土長期強度研究0引言污泥是城市污水處置廠的次要副產品之一，估計到2010年在下國城市污水排放總量將達464X108m3將發(fā)生0.125X1080.21X108t污泥（含水率400%。由于污泥中含有少量的無機質、病菌、寄生蟲及、重金屬、無機凈化物等，將其恣意堆放或處置不當，都能夠造成嚴重的二次凈化1-2。依據(jù)在下國目前的經(jīng)濟開展程度，短期內處理污泥的平安處置，臨時完成資源化應用，是契合在下國國情的污泥處置處置技術道路。其中采用固化處置技術，進步污泥的物理力學性質，將污泥處置為可以再生資源應用的土資料，是一條可行的污泥處置處置技術道路之一。該方法進

2、步了污泥的物理力學功能，滿足了對污泥中凈化物封鎖的要求，完成了污泥的資源化利用，而且工藝技術道路復雜，處置本錢較低，曾經(jīng)在上海、深圳等地的停止了使用3-4。但是污泥固化土是一種以水泥為固化基材的改性土資料，其資料性質的波動次要依托其中呈堿性水化產物的膠結作用來維持。目前酸雨危害曾經(jīng)成為普遍存在的成績，污泥固化土作為土資料在運用進程中假如遭到酸雨的作用，污泥固化土中的水化產物具有發(fā)作分解的可能，從而污泥固化土的資料波動性將會遭到影響5。為了明白污泥固化土在酸雨作用條件下強度變化規(guī)律，采用室內實驗強化酸雨環(huán)境，獲得污泥固化土資料波動性與環(huán)境因子的.關系，并采用化學動力學實際預測酸雨作用臨時條件下污

3、泥固化土的強度變化規(guī)律，為污泥固化技術的推行提供資料波動性方面的實際根據(jù)。1 污泥固化土與酸反響的化學動力學方程污泥固化后發(fā)生強度的基本緣由是由于水泥水化產物的膠結以及和粘土礦物中活性成分反響的后果，生成的水化產物次要包括水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、氫氧化鈣以及碳酸鈣等6。這些水化產物的一個共同點是其中都有鈣元素，水化產物遇酸反響意味著水化產物中結合態(tài)的鈣轉化為離子態(tài)的鈣，可溶態(tài)鈣離子量可以直接作為反映水化產物被酸反響掉的量。假定水化產物和酸反響是一個n級反響，其化學方程式可表述為：C-M+H+Ca2+M+H2O(1)式中M表示不同的水化產物基團。在溫度T時水化產物和酸反響的化學動力學方程可以表示

4、為：TCa2CMaHB+=k-dtd(2)式中y為反響速率，Ca2+、C-M、H+辨別表示反響體系中Ca2K水化產物以及酸的濃度，a、B為水化產物和酸的反響級數(shù)，k為速率常數(shù)，t為反響日子。式(2)中Y可以通過實驗測定，待求參數(shù)為k、a和B。依據(jù)文獻7提供的計算辦法求得。2 實驗方案及計算參數(shù)污泥固化土選取5個配比，辨別為5:0.5:2、5:1:2、5:2:0、5:2:1、5:2:2(污泥、水泥、淤泥的分量比)，養(yǎng)護至28天齡期。在200ml錐形瓶中參加100ml不同濃度的鹽酸，磁力加熱攪拌器上預熱至一定溫度后，參加一定質量粉碎后過2mm的篩的污泥固化土試樣，繼續(xù)堅持恒溫加熱攪拌至1小時后將懸

5、濁液迅速過濾至裝有無水乙醇的燒杯中，阻止化學反響的持續(xù)停止，采用原子吸收辦法測定溶液中Ca2+勺濃度。以水化產物形狀存在的鈣采取以下辦法測定：采用上述相似方案，依照1:10的固液比振蕩8小時并靜置16小時后采用原子吸收分光光度計測其中鈣離子的量，這局部鈣離子是以可溶態(tài)方式存在；然后依照EPAMethod3052,6010B(1996)辦法測定其中一切鈣的量。將兩次測得的鈣的量相減失掉的鈣離子量即是以水化產物形狀存在的鈣。計算失掉污泥固化土與鹽酸反響的化學動力學參數(shù)如表1。3 污泥固化土臨時強度的預測3.1 水化產物分解量的計算假定水化產物白初始濃度為A,酸的初始濃度為B,經(jīng)過日子t后水化產物的

6、分解量為x,即生成的Ca2舟為x,耗費的酸量的2x由式(2)可得：k(Ax)a(B2x)Bdtdx=-(3)在酸雨繼續(xù)作用下可以假定酸的濃度不斷堅持不變，并將所求得a、B代入上式并停止積分可以失掉：/=/-btadxkBdtAx011.5(4)可以求得經(jīng)過日子t后生成得Ca2就度，即被反響掉得水化產物量為：21.5)2b=A-(A-a-ktB(5)表1污泥固化土與鹽酸反響化學動力學參數(shù)Tab.1chemicalkineticsparameterofsolidificationsludgeandhydrochloricacid參數(shù)試樣T()2030405:2:00.520.520.425:2:1

7、0.480.380.525:2:20.560.410.495:0.5:20.470.530.49a5:1:20.460.460.515:2:01.431.421.415:2:11.481.551.435:2:21.481.421.425:0.5:21.411.461.395:1:21.401.391.455:2:05.232E-026.580E-029.262E-025:2:16.559E-047.372E-033.538E-025:2:26.144E-052.150E-031.255E-025:0.5:21.364E-024.394E-024.973E-02k5:1:21.513E-032.

8、396E-033.158E-02由表1可以看出污泥固化土與鹽酸反響動力學參數(shù)a可以近似取0.5,B近似取1.5，k值隨溫度和資料配比不同而變化。3.2水化產物分解量與強度的關系為了在實驗室日子尺度內取得污泥固化土受酸作用形成水化產物增加惹起強度損失之間的關系，采取加大酸的濃度和抽真空飽和的措施延長日子尺度，詳細實驗方案如下：(1) 采用不同配比將污泥固化土養(yǎng)護至28天齡期，采用1:10固液比，浸取液為去離子水，測定其中可溶態(tài)Ca2+總量；(2) 將試樣置于不同濃度的鹽酸中抽真空飽和24小時再靜置一定日子后停止無側限抗壓強度實驗；(3)測定(2)步驟中溶解在鹽酸中的Ca2+總量；(4)將毀壞后的

9、試樣依照1:10的固液比，浸取液為去離子水，測定其中可溶態(tài)Ca2+總量；(5)將(3)和(4)中失掉的Ca2+1相加再減去(1)中失掉的Ca2+1即為在酸的作用下被分解的水化產物量。3.3污泥固化土臨時強度預測采用上述實驗方案取得了不同配比的污泥固化土在酸的作用下水化產物分解量(即Ca2+損失量)和強度損失量之間的關系，如圖1、2所示。從圖中可以看出，強度的損失率和水化產物分解率根本成較好的線性相關關系。采用公式(5)可以計算失掉不同酸雨條件下以及不同作用日子污泥固化土水化產物分解率；經(jīng)過圖1和圖2可以失掉水化產物分解率和強度損失率的關系。將這兩個步驟相結合可以對不同酸雨條件下不同配比的污泥固

10、化土臨時強度停止預測，本文計算了pH=4和pH=5兩種條件下不同配比污泥固化土從10年100年強度損失率，如表2所示。表2不同酸雨條件下不同固化污泥強度損失率Tab.2lossrationofsolidificationsludgestrengthunderdifferentacidraincondition時間pH=4pH=5(年)5:0.5:25:1:25:2:25:2:05:2:15:0.5:25:1:25:2:25:2:05:2:1100.120.010.000.380.000.000.000.000.010.00200.250.010.000.760.010.010.000.000.

11、020.00300.370.020.001.140.010.010.000.000.040.00400.490.030.001.520.010.020.000.000.050.00500.610.030.001.900.020.020.000.000.060.00600.740.040.002.280.020.020.000.000.070.00700.860.050.002.660.030.030.000.000.080.00800.980.050.003.030.030.030.000.000.100.00901.100.060.003.410.030.030.000.000.110.001001.230.070.003.790.040.040.000.000.120.00110從表2可以看出，酸雨的強度對污泥固化土的臨時強度存在影響，例如5:0.5:2的污泥固化土在pH=4的酸雨作用100年條件下其強度損失為1.23%，但是在pH=5的酸雨作用同樣的日子其強度損失僅為0.04%。所以依據(jù)本地域酸雨的實踐狀況選擇最為經(jīng)濟的固化資料和比例顯得較為重要。4結論(1) 從研討的后果來看，正常的酸雨強度對污泥固化土的強度影響很小，根本可以疏忽不計，因而在實踐的工程設計當中可以