采用浸没式燃烧工艺处理生活垃圾填埋场渗滤液产生的浓缩液污泥副产物具有高易溶盐含量的特征。目前对浓缩液污泥的处置手段主要是固化填埋,国内填埋场对填埋污泥物理力学性能的要求主要为:脱水污泥的含水率<60%,UCS≥50 kPa,且浸出毒性小于规范限值。然而,天然状态下的浓缩液污泥处于流塑状态而强度极低,甚至不能维持自稳。同时,浓缩液污泥中的易溶盐(NaCl、KCl和Na2SO4)含量较高,当其遇水浸泡时,易溶盐颗粒极易溶解而导致固化污泥的骨架结构疏松劣化,甚至丧失强度。因此,如何避免浓缩液污泥的遇水溶解和骨架坍塌是其固化/稳定化的关键问题。
水泥固化浓缩液污泥面临耐久性差和碳排放量大的问题,近年来,低碳环保的碱激发胶凝材料是建筑材料和岩土工程领域的研究热点。碱激发胶凝材料具有抗压强度高、结硬时间短、抗腐蚀性强和碳排放量低的优点。
为此,本文分别制备不同水泥掺量和矿粉掺量的水泥固化试样和碱激发矿粉胶凝材料固化试样,进行一系列的无侧限抗压强度试验和浸泡试验,分析水泥掺量和矿粉掺量对固化试样无侧限抗压强度和水稳定性的影响规律,分别评估水泥和碱激发矿粉胶凝材料的固化效果,同时,探索碱激发矿粉胶凝材料对浓缩液污泥的固化机制。
本文的研究结果表明:硫铝酸盐水泥对浓缩液污泥的固化效果较差,40%水泥掺量的固化试样的28d无侧限抗压强度为1.95MPa,浸水28d后降低至零,其中,水泥固化浓缩液污泥的浸泡强度劣化机理如图1所示。碱激发矿粉胶凝材料对浓缩液污泥的固化效果较好,30%矿粉掺量的固化试样的28d无侧限抗压强度为14.8MPa,浸水28d后,仍有3.6MPa,远大于垃圾填埋场的填埋强度要求,其中,碱激发矿粉固化浓缩液污泥的浸泡强度劣化机理如图2所示。碱激发矿粉胶凝材料固化浓缩液污泥的微观固化机制可解释为:碱激发矿粉解聚-缩聚过程生成的三维网状胶凝材料和钙矾石晶体对浓缩液污泥颗粒实现有效的包裹和胶结,形成浓缩液污泥颗粒+碱激发胶凝材料的密实镶嵌式固化试样微观结构(见图3),进而阻隔环境中的浸水入渗,减少可溶盐颗粒的溶解,提高固化试样的强度和水稳定性。
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