CN115180886A - 一种城市污泥的再利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市污泥的再利用方法，包括以下步骤，通过吸泥装置获得污泥，并对其进行过滤、絮凝处理，添加一种污泥改性剂同处理后污泥进行一定比例搅拌混合，将混合料同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理得到再生污泥土、制备不同熟化天数的再生污泥土试件，然后通过三轴试验确定再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值，并基于试验结果建立预估模型。本发明提出的污泥再利用方法，操作简单，易于实现，能够大规模、无害化的消耗城市污泥，降低其处理成本，能够计算出最佳熟化天数，为再生污泥土在路基填筑中的实际应用提供有效参考。

Description

一种城市污泥的再利用方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种城市污泥的再利用方法。
背景技术
近年来，市区河道在不同程度上受到工业垃圾、城市垃圾及生活垃圾的污染，使河道淤泥存量剧增且易滋生细菌和发臭，从而严重影响城市环境及周边居民健康。目前，处理淤泥的主要方式为人工打捞后进行填埋或焚烧。这些处理方式无疑成本高、效率低，容易产生二次污染。
与此同时，随着经济建设和城市化开发的迅猛发展，城市燃煤用电衍生固体废物-粉煤灰、城市拆迁衍生固体废物-建筑废弃物产量呈逐年上升趋势。长期堆积的固体废物不仅占用大量土地，还存在环境污染、资源浪费等问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种城市污泥的再利用方法，其不仅可应用城市固体废物将城市污泥改性成可填筑路基土，同时提供了再生污泥土熟化天数的确定方法，目的是同污泥改性剂一定比例搅拌混合后，结合三向竹格栅进行堆置有氧熟化熟化处理得到再生污泥土。
本发明提出的一种城市污泥的再利用方法，包括以下步骤：
S1：通过吸泥装置获得污泥，并对其进行过滤、絮凝处理；
S2：添加一种污泥改性剂同处理后污泥进行一定比例搅拌混合，将混合料同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理得到再生污泥土；
S3：制备不同熟化天数的再生污泥土试件，然后通过三轴试验确定再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值，并基于试验结果建立预估模型：
Figure BDA0003738832500000021
式中：σcs为破坏强度，Dc为熟化天数，σ3为围压，k为压实度，α1、α2、α3、α4为模型参数，α1表征模型调整，α2表征熟化天数的影响，α3表征围压的影响，α4表征压实度的影响；
S4：基于三轴试验数据拟合得到模型参数α1、α2、α3、α4，然后通过新建模型预估再生污泥土在不同条件下的破坏强度值，从而快速确定再生污泥土的最佳熟化天数；
S5：基于所得最佳熟化天数结果，重复步骤S1、S2制备最佳熟化天数的再生污泥土，并对其进行基本物理性能及力学性能试验，判断其是否符合我国路基土规范标准。
优选地，所述S1中通过吸泥装置获得污泥后，通过压力管道将污泥输送至处理设备进行过滤、絮凝处理，其中振动过滤筛直径为 2mm，絮凝剂选用重金属捕捉剂。
优选地，所述S2中污泥改性剂组成为质量百分比为60％的建筑废弃物、质量百分比为25％的粉煤灰、质量百分比为10％的钢纤维及质量百分比为5％的粒碱；将污泥改性剂同处理后污泥依照3:7比例搅拌混合，并同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理。
优选地，所述S3中制备10、20、30、40、50熟化天数，压实度为93％、96％，直径为10cm，高度为20cm的再生污泥土试件，然后依次以20kPa、40kPa和60kPa围压配合0.02mm/s加载速率的静三轴试验，从而得到再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值。
优选地，所述再生污泥土在轴向应变达到15％前发生破坏，取破坏时轴向应力作为破坏强度，若再生污泥土在轴向应变达到15％时仍未破坏，则以15％轴向应变所对应的轴向应力作为破坏强度。
优选地，所述模型参数α1＝0.27，α2＝1.42，α3＝-0.06，α4＝-1.06。
本发明的有益效果为：
1、本发明提出了城市污泥的再利用方法，该方法操作简单，易于实现，能够大规模、无害化的消耗城市污泥，且再生污泥土性能优良，符合我国路基土规范标准；
2、本发明提出了城市污泥的再利用方法中提出的改性剂，该改性剂充分利用建筑拆迁及燃煤之后的固体废物作为原材料，较高程度上实现固体废物规模化循环利用，降低其处理成本，且其制备工艺简单，生产能耗较低；
3、本发明提出的城市污泥的再利用方法中包含了最佳熟化天数的快速确定方法，该方法通过预估再生污泥土在不同条件下的破坏强度值来对最佳熟化天数进行快速确定，该方法意义明确、结构简单，为再生污泥土在路基填筑中的实际应用提供有效参考，且本方法可推广至其他同类材料的设计与检测中，具有广阔的应用价值。
附图说明
图1为本发明提出的一种城市污泥的再利用方法的工作流程结构示意图；
图2为本发明提出的一种城市污泥的再利用方法的三向竹格栅结构示意图；
图3为93％压实度下再生污泥土在不同熟化天数、围压下的破坏强度值；
图4为93％压实度下再生污泥土在不同熟化天数、围压下的破坏强度值。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例，参照图1-4，配置质量百分比为60％的建筑废弃物、质量百分比为25％的粉煤灰、质量百分比为10％的钢纤维及质量百分比为5％的粒碱的污泥改性剂，然后通过双轴搅拌器将污泥改性剂同处理后污泥依照3:7比例搅拌混合。
通过以下步骤对混合物进行处理：
步骤一：通过泵机将城市污泥进行抽吸存贮，然后通过压力管道将其输送至处理设备进行过滤、絮凝处理，其中振动过滤筛直径为 2mm，絮凝剂选用重金属捕捉剂。
步骤二：配置质量百分比为60％的建筑废弃物、质量百分比为25％的粉煤灰、质量百分比为10％的钢纤维及质量百分比为5％的粒碱的污泥改性剂，然后通过双轴搅拌器将污泥改性剂同处理后污泥依照3:7 比例搅拌混合，并同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理。
步骤三：制备10、20、30、40、50熟化天数，压实度为93％、 96％，直径为10cm，高度为20cm的再生污泥土试件。然后，通过静三轴试验测定再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值。其中，围压选取为20kPa、40kPa、60kPa，加载应变速率为0.02mm/s。当再生污泥土在轴向应变达到15％前发生破坏，取破坏时轴向应力作为破坏强度，若再生污泥土在轴向应变达到15％时仍未破坏，则以15％轴向应变所对应的轴向应力作为破坏强度。试验结果如图3、图4所示。
可以看出，破坏强度随围压、压实度提升而增大，随熟化天数提高呈现先增大后稳定变化趋势，且在所有试验工况下再生污泥土破坏强度值都在30熟化天数时趋于稳定。因此，本发明选用30熟化天数作为再生污泥土的最佳熟化天数。
进一步的，在静三轴试验结果基础上，对比分析再生污泥土在不同工况下的破坏强度，建立综合考虑熟化天数、围压及压实度的再生污泥土破坏强度预估模型，如下式所示：
Figure BDA0003738832500000051
式中：σcs为破坏强度，Dc为熟化天数，σ3为围压，k为压实度，α1、α2、α3、α4为模型参数。
步骤四：基于三轴试验数据拟合得到模型参数α1、α2、α3、α4，然后通过新建模型预估再生污泥土在不同条件下的破坏强度值，从而快速确定再生污泥路基土的最佳熟化天数，通过SAS统计分析软件进行逐步线性回归得出以下数据。
拟合结果如表1所示，从表中可知，预估模型的相关系数R2为0.81，表明模型精度较高。
表1拟合结果统计表
Figure BDA0003738832500000061
步骤五：基于所得最佳熟化天数结果，重复步骤S1、S2制备30 天熟化天数的再生污泥土进行基本物理性能及力学性能试验，结果如表2所示。依据公路路基设计规范(JTGD30-2015)判定其符合我国路基土规范标准。
表2再生污泥土性能试验结果
Figure BDA0003738832500000062
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过吸泥装置获得污泥，并对其进行过滤、絮凝处理；
S2：添加一种污泥改性剂同处理后污泥进行一定比例搅拌混合，将混合料同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理得到再生污泥土；
S3：制备不同熟化天数的再生污泥土试件，然后通过三轴试验确定再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值，并基于试验结果建立预估模型：
Figure FDA0003738832490000011
式中：σcs为破坏强度，Dc为熟化天数，σ3为围压，k为压实度，α1、α2、α3、α4为模型参数，α1表征模型调整，α2表征熟化天数的影响，α3表征围压的影响，α4表征压实度的影响；
S4：基于三轴试验数据拟合得到模型参数α1、α2、α3、α4，然后通过新建模型预估再生污泥土在不同条件下的破坏强度值，从而快速确定再生污泥土的最佳熟化天数；
S5：基于所得最佳熟化天数结果，重复步骤S1、S2制备最佳熟化天数的再生污泥土，并对其进行基本物理性能及力学性能试验，判断其是否符合我国路基土规范标准。
2.根据权利要求1所述的一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，所述S1中通过吸泥装置获得污泥后，通过压力管道将污泥输送至处理设备进行过滤、絮凝处理，其中振动过滤筛直径为2mm，絮凝剂选用重金属捕捉剂。
3.根据权利要求1所述的一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，所述S2中污泥改性剂组成为质量百分比为60％的建筑废弃物、质量百分比为25％的粉煤灰、质量百分比为10％的钢纤维及质量百分比为5％的粒碱；将污泥改性剂同处理后污泥依照3:7比例搅拌混合，并同三向竹格栅结合后进行堆置熟化处理。
4.根据权利要求1所述的一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，所述S3中制备10、20、30、40、50熟化天数，压实度为93％、96％，直径为10cm，高度为20cm的再生污泥土试件，然后依次以20kPa、40kPa和60kPa围压配合0.02mm/s加载速率的静三轴试验，从而得到再生污泥土在不同熟化天数、围压及压实度下的破坏强度值。
5.根据权利要求1所述的一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，所述再生污泥土在轴向应变达到15％前发生破坏，取破坏时轴向应力作为破坏强度，若再生污泥土在轴向应变达到15％时仍未破坏，则以15％轴向应变所对应的轴向应力作为破坏强度。
6.根据权利要求1所述的一种城市污泥的再利用方法，其特征在于，所述模型参数α1＝0.27，α2＝1.42，α3＝-0.06，α4＝-1.06。
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