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珠江三角洲地区城市河道众多,每年开展大规模的疏浚、清淤工程,从而产生大量淤泥。河道淤泥土力学性质差,难以直接利用,而且存在较高的有机物和重金属污染,因此,研究经济有效的疏浚淤泥处置和资源化利用方法,解决疏浚淤泥出路,具有重要意义。淤泥固化处理作为疏浚淤泥再生资源化利用的有效方法,在国内外日益受到重视。本文以佛山市汾江河疏浚淤泥为研究对象,研究了多种无机固化材料在淤泥固化中的应用;研究了高分子聚合物在淤泥固化中的增强效应;通过分析淤泥固化前后化学组成及结构变化,探索了淤泥的固化机理;考察了淤泥固化后的重金属浸出情况;并从应用角度对疏浚淤泥复合固化剂配方进行了比较和优化。 具体研究内容如下: (1)疏浚淤泥无机固化材料的比较和筛选。以佛山市汾江河疏浚淤泥为试验用泥,分别对5种固化材料(水泥、石灰、粉煤灰、高炉矿渣和脱硫石膏)的固化效果进行比较分析,然后分别以水泥和石灰作为固化剂的基本成分,复合各种固化材料,研究复合固化效果。结果表明水泥复合高炉矿渣对疏浚淤泥的固化效果最为显著。 (2)高炉矿渣在淤泥固化中的应用及机理研究。系统地研究了高炉矿渣在淤泥固化中的作用,分析了固化淤泥的液塑限、压实性、抗压强度、抗剪强度、渗透性等指标,并且通过分析淤泥固化前后化学组成及微观结构变化,分析探讨了高炉矿渣的固化机理;考察了淤泥固化后重金属的固定情况。结果表明,利用高炉矿渣以及少量水泥和石灰对疏浚淤泥进行固化,高炉矿渣的火山灰反应在改善固化淤泥的力学强度过程中发挥重要的作用,固化的主要产物是水化硅酸钙(CSH)和水化铝酸钙(CAH)。固化淤泥的重金属浸出浓度远低于危险废物浸出毒性标准。 (3)高分子聚合物在淤泥固化中的作用及机理分析。选取三种高分子材料:聚丙烯酸酯(AR)、乙烯醋酸乙烯聚合物(EVA)和聚乙烯醇(PVA)为固化增效剂,以水泥为基本固化材料,通过对固化淤泥的抗压强度、抗剪强度、吸水性、水稳定性及耐酸性等指标进行分析,研究了高分子聚合物对水泥固化土的增强效应。研究结果表明,三种聚合物对固化淤泥强度具有明显的增强作用,而且固化后的淤泥表现出良好的持久性和耐酸性。PVA改性的试样表现出更好的强度特性,而EVA改性的试样表现出更好的持久性和耐酸性。 (4)有机-无机复合固化剂的研究。综合无机固化材料和高分子聚合物的固化效果,从应用角度对以无机固化材料为主,高分子聚合物为辅的复合型淤泥固化剂进行了研究,提出了适用于城市河道疏浚淤泥特性的复合固化剂基本配方。 (5)污水处理厂污泥固化处理初探。以河道疏浚淤泥固化剂为基础,结合污水处理厂污泥的实际情况,初步研究了水泥、石灰和高炉矿渣对污泥的固化效果,研究结果表明,固化后污泥的强度得到明显的改善,基本能达到填埋要求。