垃圾滲瀝液腐蝕下污泥灰改性黏土壓縮特性及孔隙結(jié)構(gòu)

董祎挈，陸海軍，李繼祥 （武漢輕工大學(xué)多孔介質(zhì)力學(xué)研究所，湖北 武漢 430023）

垃圾滲瀝液腐蝕下污泥灰改性黏土壓縮特性及孔隙結(jié)構(gòu)

董祎挈，陸海軍*，李繼祥 （武漢輕工大學(xué)多孔介質(zhì)力學(xué)研究所，湖北 武漢 430023）

采用市政污泥為原材料燒制污泥灰，并將污泥灰作為改良添加劑對傳統(tǒng)填埋場壓實(shí)黏土襯墊系統(tǒng)進(jìn)行改性，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用以及減少黏土作為襯墊防滲材料的用量.為評價(jià)污泥灰改性黏土作為填埋場襯墊材料的工程特性以及微觀結(jié)構(gòu)，通過固結(jié)壓縮試驗(yàn)、低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)、顆粒分析試驗(yàn)分別檢測改性黏土的壓縮特性、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、顆粒組成.壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明，受垃圾滲瀝液腐蝕后的改性黏土，隨污泥灰含量的增加，孔隙比增大、壓縮量減?。唤?jīng)垃圾滲瀝液腐蝕后，改性黏土的壓縮系數(shù)（α1-2）為0.310～0.391MPa-1，固結(jié)系數(shù)（Cv）為2.446～2.768cm2/s.低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)結(jié)果表明，改性黏土的吸附-脫附等溫線屬于Ⅴ型等溫線；對于垃圾滲瀝液腐蝕的改性黏土，孔徑分布呈雙肩峰形式，孔徑為3～7nm的孔隙占比較大，累計(jì)孔容為0.509～0.530cm3/g.顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果顯示，受滲瀝液腐蝕后改性黏土顆粒組成差異性明顯，粒徑＞11.5 μm的顆粒為35.09%～49.42%；粒徑為2.3～1.5 μm的顆粒為2.35%～7.28%；粒徑＜2.3 μm的顆粒為46.57%～57.63%.污泥灰改性黏土具有較好的抗垃圾滲濾液腐蝕效果，可將其作為填埋場襯墊材料使用.

污泥灰；垃圾滲瀝液；固結(jié)壓縮；孔隙結(jié)構(gòu)；顆粒組成

污泥是污水處理過程中不可避免的副產(chǎn)品，全國城鎮(zhèn)污水處理廠每天約產(chǎn)生濕污泥（含水率80%）6.14萬 t，其中近半的污泥未進(jìn)行妥善的處理，極易污染大氣、水源和土壤.襯墊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是確保填埋場安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素.垃圾滲瀝液pH值為4.5～9［1］，且其中含有大量有機(jī)污染物及重金屬元素，其壓實(shí)黏土襯墊受滲瀝液腐蝕后易造成防滲功能失效及污染物滲漏等災(zāi)害.

目前已嘗試?yán)梅勖夯?、赤泥、秸稈纖維等廢料對黏土改性后作為填埋場襯墊材料，以達(dá)到提高防滲與吸附能力的目的［2-4］.市政污泥經(jīng)高溫焚燒后產(chǎn)生的灰分稱作污泥灰（SSA），其屬于多孔材料，具有較好的比表面積和離子交換能力［5］，Li等［6］和 Vogel等［7］研究發(fā)現(xiàn)，污泥灰對Cd（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附能力. Halliday［8］通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)污泥灰具有較高的硬度，作為混凝土礦物摻合料對混凝土力學(xué)性能具有增強(qiáng)效果.Qian［9］通過采用市政污泥焚燒飛灰和普通水泥作為固化劑對三種不同的工業(yè)污泥進(jìn)行固化與穩(wěn)定化，以飛灰代替水泥以增加固化體的強(qiáng)度.Jeyaseelan等［10］將污泥、污泥灰和堿性尾礦混合制成改良人造土壤，并將其用于生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，研究表明，摻有污泥及其灰分的改良土壤對鎘離子和鉛離子含量的降低有積極作用.綜上所述，污泥灰作為新型環(huán)保材料，目前主要集中在吸附劑、固化劑以及土壤修復(fù)方面的研究與應(yīng)用中，但污泥灰作為一種改良添加劑對黏土進(jìn)行改性，并作為填埋場襯墊防滲材料使用的研究還未開展.為了探究污泥灰改性黏土襯墊防滲材料受垃圾滲瀝液腐蝕后的變形特性及微觀結(jié)構(gòu)，通過室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)、低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)、顆粒分析試驗(yàn)，研究垃圾滲瀝液腐蝕下污泥灰改性黏土的壓縮特性、孔隙結(jié)構(gòu)與顆粒組成.

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用黏土取自武漢市常青花園某一施工現(xiàn)場，取土深度為 3m，土樣取出后置于密封袋中，減少外界環(huán)境對土體性質(zhì)的影響.黏土基本物理性質(zhì)指標(biāo)如表1［11］，擊實(shí)曲線如圖1所示，可以看出，黏土的最優(yōu)含水率為 22.4%，最大干密度為1.66g/cm3.黏土的化學(xué)組成成分如表2所示［12］.

表1　黏土的基本物理指標(biāo)Table 1　The basic physical properties of clay

圖1　黏土的擊實(shí)曲線Fig.1　The compaction curve of tested clay

表2　黏土的化學(xué)成分Table 2　The chemical compositions of clay

表3　垃圾滲瀝液化學(xué)特性Table 3　The chemical properties of the landfill leachate

試驗(yàn)所用污泥屬市政污泥，取自武漢市漢西污水處理廠，出廠前污泥已經(jīng)過機(jī)械脫水，并確保其屬新鮮污泥，減少因堆放時(shí)間過長對污泥性質(zhì)產(chǎn)生影響.經(jīng)試驗(yàn)測得污泥中含水率為80.3%［13］，有機(jī)物含量為43.2%.試驗(yàn)所用垃圾滲瀝液取自武漢市陳家沖生活垃圾填埋場，其基本性質(zhì)如表3所示.

表4　污泥灰的化學(xué)組成Table 4　The chemical compositions of SSA

圖2　污泥灰微觀形貌Fig.2　The microstructure of SSA

圖3　污泥灰的孔容和孔徑隨粒徑的變化Fig.3　The pore volume and pore size of SSA

將所取污泥置于恒溫水浴箱（金壇市成輝儀器廠）內(nèi)，控制溫度為 80℃水浴烘干 24h，取出后置于恒溫干燥箱內(nèi)，控制溫度為 105℃，并每隔 2小時(shí)稱量其質(zhì)量，至恒重后取出.人工破碎后將其分批次放入坩堝，置于馬弗爐（天津瑪福爾科技有限公司）中，厭氧條件下850℃高溫焚燒3h［6］，其后取出紅褐色、粉末狀污泥灰，過200目標(biāo)準(zhǔn)篩后，置于干燥器中保存?zhèn)溆茫?4-15］.污泥灰的化學(xué)成分如表4所示，表面微觀形貌與孔容孔徑分布如圖2～3所示，由圖可以看出，污泥灰殘片形狀不規(guī)則且具有較多孔隙，單片殘片體積較小，空間骨架結(jié)構(gòu)有利于承壓，且孔容分布較為均勻，2～4nm孔徑分布所占比例較大.

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1固結(jié)壓縮試驗(yàn)將試驗(yàn)黏土人工破碎，通過 2mm標(biāo)準(zhǔn)篩，污泥灰改性黏土的組成分別為1%污泥灰+99%黏土、3%污泥灰+97%黏土、5%污泥灰+95%黏土.取適量不同摻合比的改性黏土制成固結(jié)試驗(yàn)的試樣，其尺寸為直徑61.8mm、高20mm，將其放入垃圾滲瀝液中浸泡30d后取出.

在最優(yōu)含水率與最大干密度條件下采用WG型單杠桿固結(jié)儀（南京寧曦土壤儀器有限公司）進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)［11］，保持透水板的濕度與試樣濕度接近，同時(shí)為避免水分蒸發(fā)，采用濕棉圍住加壓蓋板四周.分別記錄載荷壓力為 12.5，25，50，100，200，400，800kPa下改性黏土與純黏土受滲瀝液腐蝕前后的軸向位移.

1.2.2低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)取少量固結(jié)試驗(yàn)中載荷壓力為200kPa的表層土樣，采用JW-BK低溫氮吸附儀（北京精微高博科學(xué)技術(shù)有限公司）進(jìn)行低溫氮?dú)馕皆囼?yàn)，檢測荷載壓力200kPa下各試樣的孔隙結(jié)構(gòu)特性.土顆粒粒徑為 1～2mm.在液氮飽和溫度下，以氮（99.99%）為吸附介質(zhì)，在相對壓力P/P0（P與P0分別為氮低溫吸附的平衡壓力及飽和壓力）為0.01～0.995之間，取22個(gè)比壓力點(diǎn)進(jìn)行等溫吸附與等溫脫附，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)BET方法［16-17］檢測孔徑、孔容分布情況.

1.2.3顆粒分析試驗(yàn)采用密度計(jì)法［11］針對固結(jié)試驗(yàn)中載荷壓力為200kPa的土樣開展顆粒分析試驗(yàn).試驗(yàn)前，將試樣通過 0.075mm標(biāo)準(zhǔn)篩，測定不同粒徑顆粒所占百分?jǐn)?shù).試驗(yàn)被重復(fù)3次，減少因偶然誤差產(chǎn)生的數(shù)據(jù)失真.

2　結(jié)果與討論

2.1壓縮特性

垃圾滲瀝液腐蝕下污泥灰改性黏土孔隙比隨載荷壓力變化關(guān)系如圖4所示，可以看出，載荷壓力12.5kPa下的各試樣孔隙比差別較小，均在 0.95～0.973，而隨著載荷壓力逐漸增大，孔隙比降低，且各試樣孔隙比間差距逐漸增大.載荷壓力800kPa下，未受腐蝕的黏土孔隙比為0.829，較12.5kPa壓力下孔隙比下降 14.8%，受滲瀝液腐蝕后黏土試樣孔隙比大幅降至0.674，較12.5kPa時(shí)下降29.1%，而添加污泥灰后的改性黏土試樣孔隙比有所上升，但均未超過未受滲瀝液腐蝕時(shí)黏土的孔隙比.

圖4　固結(jié)試驗(yàn)載荷壓力-孔隙比曲線Fig.4　The curve of pressure-void ratio in consolidation test

土顆粒受到滲瀝液腐蝕后易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒間距離增大，孔隙率增加，在較低的載荷壓力時(shí)，顆粒團(tuán)聚體能夠抵抗載荷壓力，起到支撐作用，故試樣變形較小，孔隙率差別較小，而隨著載荷壓力提高，顆粒團(tuán)聚體無法承受載荷壓力發(fā)生破碎與顆粒重組現(xiàn)象，且由于受滲瀝液腐蝕后顆粒承壓能力降低，顆粒易隨壓力增大再次破碎，孔隙間被更小顆粒所擠占，故孔隙比大幅降低［18］.而由于污泥灰具有一定的強(qiáng)度特性與吸附污染物特性，不易發(fā)生破碎，能夠作為支撐骨架抵抗一定載荷壓力，傳遞上層土體對下層的壓力，故添加污泥灰后改性黏土的孔隙比有一定程度的提升.

載荷壓力200kPa下各試樣軸向位移隨時(shí)間變化曲線如圖5，壓縮參數(shù)如表5所示.試驗(yàn)初期軸向位移瞬間增大，但各試樣間差別較小，均在0.5～0.8mm之間，試驗(yàn)開始1min滲瀝液腐蝕試樣的曲線下降明顯加快，而添加污泥灰后試樣的軸向位移增量有一定減緩，這是由于受滲瀝液腐蝕后孔隙較大，試驗(yàn)初期存在部分黏土顆粒仍具有一定強(qiáng)度可支撐上層土體，而在長時(shí)間的載荷壓力作用下，其力學(xué)特性逐漸下降致使發(fā)生變形，軸向位移增大，而此時(shí)污泥灰可繼續(xù)承受上層土體及加載帶來的壓力，故添加污泥灰的試樣軸向位移有所減小.試驗(yàn) 1h后，軸向位移增加速率減緩，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，受腐蝕后黏土的軸向位移是未受腐蝕黏土的1.30倍，而添加污泥灰后改性黏土軸向位移約為未添加時(shí)的59.8%～85.7%.

圖5　載荷壓力200kPa下軸向位移隨時(shí)間的變化Fig.5　The axial displacement curve as time changes under the pressure of 200kPa

表5　壓縮系數(shù)Table 5　The compression coefficients

由表5可以看出，試驗(yàn)所用黏土屬于中壓縮性土［19］.而當(dāng)黏土受到滲瀝液腐蝕后，其固結(jié)系數(shù)有小幅上升，說明此時(shí)固結(jié)速率略有加快，滲瀝液腐蝕后生成的黏土顆粒團(tuán)聚體強(qiáng)度較弱，與未受腐蝕的黏土相比，發(fā)生破碎重組的時(shí)間略短，使固結(jié)速率有小幅增加.添加污泥灰后的固結(jié)系數(shù)與未受腐蝕時(shí)的純黏土相似，可見污泥灰對提高試樣強(qiáng)度，降低其固結(jié)速率，阻止試樣固結(jié)變形存在一定效果，滿足作為填埋場襯墊材料壓縮性能要求.

2.2孔隙結(jié)構(gòu)

改性黏土受滲瀝液腐蝕前后的吸附-脫附等溫線如圖6所示，由于不同污泥灰含量改性黏土的吸附-脫附等溫線類似，故以污泥灰含量為 3%的改性黏土作為引例.根據(jù) IUPAC的分類，均屬于Ⅴ型等溫線.P/P0＜0.1，吸附等溫線微向上凸起，該階段主要是氮?dú)庠谖勰嗷液宛ね令w粒微孔孔壁的吸附，并逐漸達(dá)到單層吸附飽和狀態(tài).當(dāng)0.1≤P/P0＜0.65時(shí)，吸附量出現(xiàn)增大，不同工況下黏土的吸附-脫附曲線出現(xiàn)分離，由于受滲瀝液腐蝕后的黏土顆粒結(jié)構(gòu)松散，吸附能力較弱，吸附量小于未受腐蝕的黏土，污泥灰屬多孔介質(zhì)，自身吸附能力較強(qiáng)，且滲瀝液對其腐蝕效果較弱，故摻入污泥灰后吸附量增加明顯，此階段主要是多層吸附.當(dāng)P/P0≥0.65時(shí)，曲線急劇上升，吸附量劇增，氮?dú)庠诖罂字邪l(fā)生了毛細(xì)凝聚現(xiàn)象.

圖6　吸附-脫附等溫線Fig.6　The adsorption-desorption isotherm

圖7　孔容和孔徑隨粒徑的變化Fig.7　The distribution curves of pore volume and pore size

吸附-脫附等溫線均存在滯后環(huán)，而滯后環(huán)的形狀差異性反應(yīng)了孔結(jié)構(gòu)的差異［20］，試驗(yàn)所得均屬 H3型滯后環(huán)，吸附分支與脫附分支在P/P0=0.25之前是重合的，說明顆粒的孔隙多為瓶口狀，當(dāng)孔徑小于1.38nm（kelvin方程求得）時(shí)，孔隙多為一端封閉不透氣型的，而孔徑大于1.38nm的孔隙多為兩端開放型［21］.

改性黏土受滲瀝液腐蝕前后的孔容孔徑分布曲線如圖7所示.根據(jù)國際理論與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）頒布的標(biāo)準(zhǔn)，多孔物質(zhì)的孔可按孔徑大小分為：孔徑大于50nm的大孔，孔徑為2～50nm的介孔，孔徑小于 2nm的微孔［22］.可以看出，試樣中 2～8nm孔徑占比較大，屬于介孔類別.受滲瀝液腐蝕前，孔徑分布具有較寬的雙肩峰，3nm和7nm分布較多，且總孔容在寬峰處略有增大.受滲瀝液腐蝕后，削弱了土體的強(qiáng)度，3～7nm間孔徑分布規(guī)律性減弱，滲瀝液改變介孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)使孔隙變大，此外，受到長時(shí)間固結(jié)作用的影響，7nm及以上介孔發(fā)生壓縮致使孔隙減小，故雙肩峰發(fā)育不明顯，5～6nm孔徑占比有所增加，但2nm以下孔徑數(shù)量變化不大，這是由于2nm以下微孔的數(shù)量主要由晶面間距控制，而滲瀝液對礦物晶格物質(zhì)組成影響較小，僅對其連結(jié)方式存在影響所致［16］.隨著污泥灰含量的逐漸增加，孔徑分布逐漸恢復(fù)雙肩峰，這是因?yàn)槲勰嗷以诠探Y(jié)試驗(yàn)中抵抗荷載壓力使7nm左右孔徑的顆粒受荷載影響較小，此外，由圖3可知，污泥灰孔徑在3nm左右分布較多，故隨著污泥灰含量的增加，3nm與7nm孔徑占比增加，雙肩峰發(fā)育明顯.試樣的總孔容曲線近似于一條直線，孔容分布較為均勻，且由于受到滲瀝液腐蝕與固結(jié)壓縮的共同作用，累計(jì)孔容變化較小，均在0.509～0.530cm3/g之間.

2.3粒度組成

改性黏土受滲瀝液腐蝕前后的粒度成分組成如圖8所示.未受滲瀝液腐蝕時(shí)，粒度成分組成較為均勻，但受到滲瀝液腐蝕后粒度組成存在明顯變化，11.5μm以上粒徑占比 35.09%～49.42%，2.3～11.5μm 之間顆粒所占比例僅為 2.35%～7.28%，較未受腐蝕時(shí)下降 79.1%～93.3%，而2.3μm以下粒徑所占比例達(dá)到 46.57%～57.63%，較未受腐蝕時(shí)增加了1.63～2.02倍.

圖8　顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)隨粒徑的變化Fig.8　The curve of particle size composition

黏土顆粒受到滲瀝液腐蝕后，起膠結(jié)作用的有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠體、游離氧化物、可溶鹽等被腐蝕，導(dǎo)致顆粒結(jié)構(gòu)黏結(jié)力減弱［23］，而試驗(yàn)所用滲瀝液呈弱酸性，受腐蝕后易使生成的團(tuán)聚體帶有一定量的電荷，受到固結(jié)試驗(yàn)長時(shí)間荷載作用下，團(tuán)聚體中電荷間庫倫引力以及顆粒間結(jié)構(gòu)粘結(jié)力無法抵抗上層土體帶來的壓力，致使團(tuán)聚體破碎重組后成更為細(xì)小的顆粒，故2.3～11.5μm間顆粒占比大幅下降，而2.3μm以下粒徑占比增加.此外，土體中的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中，含有多種質(zhì)子配合物與有機(jī)表面官能團(tuán)，而其穩(wěn)定性各不相同［24］，由于試驗(yàn)所用滲瀝液處弱酸性，產(chǎn)生羧基與羰基量較大，而二者容易發(fā)生解離反應(yīng)，穩(wěn)定性較差，產(chǎn)生可變電荷.未受污染的土壤有機(jī)表面官能團(tuán)分布較為均勻且受到顆粒表面的掩蔽作用，對顆粒粒徑影響較小.由于污泥灰顆?？紫遁^多，比表面積較大，孔隙中充滿電荷，帶電能力強(qiáng)于黏土顆粒，且污泥灰顆粒自身直徑相對較大，電荷量較多，抵抗污染物腐蝕能力與抵抗外界壓力變形能力較強(qiáng)，且具有一定吸附腐蝕物的能力，可吸引部分小顆粒黏土顆粒環(huán)繞在其周圍，故 11.5μm以上粒徑占比有所增加.0.4μm以下粒徑的顆粒過于細(xì)小，受滲瀝液與長期荷載影響較小，且極少有此粒徑的新增顆粒產(chǎn)生，故0.4μm以下粒徑占比均穩(wěn)定在15.0%以下.

3　結(jié)論

3.1不含污泥灰、不受滲瀝液腐蝕的黏土屬于中壓縮性土，其吸附-脫附等溫線屬Ⅴ型等溫線，且孔隙多屬于介孔，孔徑分布具有較寬的雙肩峰，3nm和7nm分布較多，粒度成分組成較均勻；

3.2受滲瀝液腐蝕后的黏土試樣生成的顆粒團(tuán)聚體強(qiáng)度較弱，孔隙比大幅下降，200kPa恒定荷載下軸向位移是未受腐蝕黏土的1.30倍；顆粒的氮?dú)馕搅啃∮谖词芨g的黏土，土體強(qiáng)度削弱，同時(shí)受固結(jié)壓縮作用影響致使孔隙不能過大，3～7nm間孔徑分布規(guī)律性減弱；粒度組成中粒徑＞11.5μm顆粒占 35.09%～49.42%，粒徑處于2.3～11.5μm之間顆粒占比僅為2.35%～7.28%，而粒徑＜2.3μm顆粒占比達(dá)到46.57%～57.63%；

3.3添加污泥灰后的改性黏土強(qiáng)度有所增加，孔隙比上升4.6%～11.7%，200kPa恒定荷載下軸向位移約為未添加時(shí)的 59.8%～85.7%，阻止固結(jié)變形效果明顯；污泥灰改性黏土的吸附-脫附等溫線屬Ⅴ型等溫線，隨污泥灰含量的增加，吸附量有所上升，且孔徑分布中雙肩峰發(fā)育明顯，總孔容為0.509～0.530cm3/g；粒度組成中11.5μm以上顆粒占45.4%～49.5%，0.4μm以下顆粒占15.0%以下.

［1］ Lu H J，Luan M T，Zhang J L. Study on transport of Cr （VI） through the landfill liner composed of two-layer soils ［J］. Desalination，2011，266（1-3）：87-92.

［2］ 楊雅婷，龔檬，溫慶博，等.煤矸石用作防滲防污材料的試驗(yàn)研究 ［J］. 巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35（S1）：282-286.

［3］ Xue Q，Lu H J，Li Z Z，et al. Cracking，water permeability and deformation of compacted clay liners improved by straw fiber ［J］. Engineering Geology，2014，178：82-90.

［4］ 陳磊，廖立兵，張秀麗.膨潤土、沸石和赤泥用作垃圾填埋場底部礦物襯里的研究 ［J］. 環(huán)境工程，2010，28（s）：209-213.

［5］ Xu H C，Zhang H，Shao L M，et al. Fraction Distributions of Phosphorus in Sewage Sludge and Sludge Ash ［J］. Waste and Biomass Valorization，2012，3（3）：355-361.

［6］ Li R D，Zhao W W，Li Y L，et al. Heavy metal removal and speciation transformation through the calcination treatment of phosphorus-enriched sewage sludge ash ［J］. Journal of Hazardous Materials，2015，283：423-431.

［7］ Vogel C，Adam C，Unger M. Heavy metal removal from sewage sludge ash analyzed by thermogravimetry ［J］. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2011，103（1）：243-248.

［8］ Halliday J E，Jones M R，Dyer T D，et al. Potential use of UK sewage sludge ash in cement-based concrete ［J］. Proceedings of Institution of Civil Engineers： Waste and Resource Management，2012，165（2）：57-66.

［9］ Qian G R，Cao Y L，Chui P C，et al. Utilization of MSWI ash for stabilization/solidification of industrial waste sludge ［J］. Joumal of Hazardous Materials，2006，129（1-3）：274-281.

［10］ Jeyaseelan S，Qing L G. Development of adsorbent/catalyst from municipal wastewater sludge ［J］. Wat. Sci. Tech.，1996，34（3/4）：499-505.

［11］ SL237-1999土工試驗(yàn)規(guī)程 ［S］.

［12］ GB/T16399-1996粘土化學(xué)分析方法 ［S］.

［13］ CJ/T221-2005城市污水處理廠污泥檢驗(yàn)方法 ［S］.

［14］ Ito A，Yamada K，Ishikawa N，et al. Separation of metals and phosphorus from incinerated sewage sludge ash ［J］. Water Science and Technology，2013，67（11）：2488-2493.

［15］ Ottosen L M，Jensen P E，Kirkelund G M. Electrodialytic separation of phosphorus and heavy metals from two types of sewage sludge ash ［J］. Separation Science and Technology，2014，49（12）：1910-1920.

［16］ 房俊卓，李媛媛，徐崇福.物理吸附分析儀單點(diǎn) BET方法誤差分析 ［J］. 中國測試技術(shù)，2006，32（5）：42-45.

［17］ Pham S T，Prince W. Effects of carbonation on the specific surface BET of cement mortar measured by two different methods： Nitrogen adsorption and water adsorption ［C］//Advanced Materials Research，2014，931-932：421-425.

［18］ Lu H J，LI J X，Chen W，et al. The geotechnical engineering properties of clay containing straw fiber under acid-base chemical solution corrosion ［J］. Electronic Journal of Geotechnical Engineering，2014，19（I）：2103-2111.

［19］ GB50021-2001巖土工程勘察規(guī)范 ［S］.

［20］ Bellat J P，Paulin C，Jeffroy M，et al. Unusual hysteresis loop in the adsorption-desorption of water in NaY zeolite at very low pressure ［J］. Journal of Physical Chemistry，2009，113（19）：8287-8295.

［21］ 張信貴，吳恒，易念平.城市區(qū)域水土作用與土細(xì)觀結(jié)構(gòu)變異的試驗(yàn)研究 ［J］. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，29（1）：39-43.

［22］ 胡克偉，賈冬艷，顏麗，關(guān)連珠.改性沸石對 Zn2+的吸附特性研究 ［J］. 中國土壤與肥料，2011（1）：49-52.

［23］ Mitchell J K，Soga K. Fundamentals of soil behavior ［M］. 3rd ed. New Jersey： John Wilery & Son，in Corporated，2005：288-290.

［24］ 李學(xué)恒.土壤化學(xué) ［M］. 1版.北京：高等教育出版社，2007.

Compression properties and microstructure of modified clay containing SSA under landfill leachate.

DONG Yi-qie，LU Hai-jun*，LI Ji-xiang （Institute of Poromechanics，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China）.

China Environmental Science，2015，35（7）：2072～2078

In order to reduce clay amount needed in the landfill liner system and recycle the sewage sludge，the sewage sludge ash （SSA），which was produced in the burning of sewage sludge，was used to improve the traditional liner system. To estimate the engineering properties of the landfill compacted clay liner system containing SSA，the consolidated compression test，the low temperature nitrogen adsorption test，the particle size analysis test were performed to determine the compression characteristic，the micro pore structure，the grain composition of the compacted clay modified by SSA. The result of the consolidated compression test indicated that with the increasing of the SSA content，the void ratio of the modified clay contaminated by the landfill leachate increased and the amount of the compression of it was decreased. After the modified clay was contaminated by landfill leachate，the compressibility and consolidation coefficients of the modified clay were separately between 0.310～0.391MPa-1，2.446～2.768cm2/s. The low temperature nitrogen adsorption test suggested that the adsorption-desorption isotherm of the modified clay contaminated by landfill leachate belonged to V kind. The shoulder peak existed on the curve of the pore size distribution. The curve showed that the amount of pore between 3～7nm was larger and the accumulated pore volume was between 0.509～0.530cm3/g. The content of pore larger than 11.5μm was 35.09%～49.42%，the content of pore between 2.3～11.5μm was 2.35%～7.28%，and the content of pore smaller than 2.3μm was 46.57%～57.63%. Hence，the compacted clay containing SSA can efficiently resist corrosion，and it can be applied to landfill liner system.

sewage sludge ash；landfill leachate；consolidation；pore structure；grain composition

X705

A

1000-6923（2015）07-2072-07

2014-11-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51474168）；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014CFB889）；湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（D20141703）

* 責(zé)任作者，副教授，lhj_whpu@163.com

董祎挈（1991-），男，江蘇蘇州人，武漢輕工大學(xué)碩士研究生，主要從事固體廢棄物利用與資源化研究.發(fā)表論文4篇.