复合式污水处理

复合式污水处理（共12篇）

复合式污水处理 篇1

膜生物反应器(Mem Branebio Reactor,MBR)是膜分离技术与传统生物处理技术有机结合的一种新型废水处理技术。它是以膜分离代替常规活性污泥法中以重力进行沉降分离的二沉池。由于膜的过滤作用,生物完全被截留在反应器中,因此,活性污泥浓度可以大大提高,水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制,难降解的物质在反应器中不断反应和降解。

复合式MBR是在传统一体式MBR的基础上向反应器中加入填料,是将生物膜法和活性污泥结合在一起的复合型处理工艺。该工艺具有出水水质好、设备占地面积小、活性污泥浓度高、剩余污泥产量低、便于自动控制、出水可以直接回用等优点。

1 试验装置与方法

1.1 装置与流程

反应器池体由有机玻璃制成,中间由一挡流板将反应池分成两部分(挡流板下部连通),一侧加入固定式悬浮填料,有效容积33 L,另一侧放入6组中空纤维膜组件,每组膜组件装有独立的阀门,根据停留时间的长短来决定开启几组,有效容积44 L。

试验用膜为中空纤维膜,材质为聚丙烯(PP),膜孔径小于0.2 μm,膜面积为0.2 m2,中空纤维膜丝量500 m,内径300 μm～320 μm,系统最大出水流量20 L/h。反应器基本构造见图1。

1.2 原水及接种污泥来源

试验用水取自太原市某污水处理厂细格栅后的出水,接种污泥来自该厂B段曝气池的回流污泥。原水水质见表1。

1.3 试验方法

为比较MBR和普通活性污泥的不同及其工艺优点,同时为了区分活性污泥和膜过滤各自的去除效果,试验考察了不同时间下原水、反应器内的混合液经普通定量滤纸过滤后的溶液(以下简称上清液)、系统出水(膜出水)这三部分污水的各项指标,以进行分析讨论。

2 试验结果与讨论

2.1 复合式MBR对COD的去除

接种污泥加入反应器后,污泥在反应器中焖曝一天,然后加入取自污水厂的城市污水,对微生物进行驯化,期间每天检测上清液的COD,NH+4-N,当系统处理效率稳定在70%以上后,认为系统挂膜成功,开始对各项指标进行测定。复合式MBR对COD的去除情况见图2。

由图2可以看出,系统对COD的去除率在81.29%～96.58%之间,活性污泥对COD的去除率在70.23%～94.74%之间。可见生化反应对COD的去除起主要作用,而膜对COD也有一定的去除作用。整个系统的去除效果比较稳定,试验过程中,尽管原水的COD浓度波动较大,但系统出水的COD始终稳定在50 mg/L以下,满足城市污水综合排放一级A标准。

2.2 复合式MBR对NH+4-N的去除

复合式MBR系统中,系统进水、反应器上清液和最终出水的NH+4-N浓度如图3所示。

由试验结果可以看出,系统出水的NH+4-N在0.26 mg/L～14.65 mg/L之间,系统对氨氮具有较高的去除率。这是因为膜截留了所有的微生物,世代期较长的硝化菌大量滞留在反应器内,反应器内污泥有机负荷低,SRT较长,有利于世代周期较长、增长缓慢的硝化菌繁殖。

从图3可以看出,膜对NH+4-N也起到了一定的去除作用,据有关文献微滤膜对氨氮分子几乎没有截留作用,本试验中对氨氮的去除效果主要因为膜表面附着的生物膜所致。试验过程中同时监测了NO-3-N和NO-2-N,结果表明当填料池中溶解氧控制在1 mg/L左右时,对硝酸盐氮有很好的去除作用,系统发生反硝化的原因是反应器中污泥浓度很大,填料上附着的污泥较厚,内部存在一定的厌氧环境,使得系统发生同步硝化反硝化。

2.3复合式MBR对浊度的去除

复合式MBR对浊度的去除情况见图4,由图4可以看出系统出水浊度始终小于1 NTU,对浊度的去除率在98%以上。MBR对浊度的去除主要靠膜孔及膜面形成的生物膜沉积层协同截留作用,共同提高对浊度的去除率

3结语

1)系统对COD,NH+4-N,浊度等污染物有很高的去除率,出水达到一级A排放标准,可以回用于城市杂用水。2)复合式MBR中活性污泥及生物膜对污染物的去除起主要作用,而膜的过滤作用对于稳定水质起重要作用;同时膜的过滤作用保证了反应器内高污泥浓度。3)与传统MBR相比,加入填料后的复合式MBR对污染物有更好的去除效果,提高了污泥负荷,一定程度上减缓了膜污染的发生,同时更加有利于同步硝化反硝化的发生。

摘要：阐述了复合式MBR处理城市污水的流程与方法,考察了复合式MBR对城市污水中有机污染物、氨氮、悬浮颗粒物的处理效果,对复合式MBR的处理效率进行了分析,结果表明,该工艺很好的满足了城市污水处理回用的要求。

关键词：复合式MBR,城市污水,COD,NH4+-N

参考文献

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[2]Chang J S,Tsai L J,Vigneswaran S.Experimental investigationof the effect of particle distribution of suspended particles onmicro-filtration[J].Water Sci Techno,1996,34(9):133-140.

[3]苗起璋,张国臣,杨成永.MBR技术处理高氨生活污水的研究[J].山西建筑,2008,34(7):204-205.

[4]王亚娥,李杰.MBR在生活小区污水回用处理中的应用研究[J].甘肃科学学报,2005,17(4):23-25.

复合式污水处理 篇2

混凝沉淀/复合式生物反应器处理乳品废水

通过对某乳品公司废水水量、水质的.调查,选择混凝沉淀/复合式生物反应器处理乳品废水.工程运行结果表明,该工艺运行稳定,耐冲击负荷,出水水质可满足<污水综合排放标准>(GB 8978-)的一级标准.另外,还对工程中出现的问题及解决办法进行了探讨.

作 者：刘志刚 赵庆良 LIU Zhi-gang ZHAO Qing-liang  作者单位：哈尔滨工业大学,市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090 刊 名：中国给水排水  ISTIC PKU英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)： 21(7) 分类号：X505 X703.1 关键词：乳品废水   混凝沉淀   复合式生物反应器  

复合式污水处理 篇3

摘要：笔者长期从事路桥路基路面现场施工管理工作，对于常见软基路面的加固处理方法有自己的认识和理解。本文主要了介绍水泥搅拌桩的施工机理和在某工程道路软基加固中的应用，旨在于同行探讨学习，共同进步。

关键词：水泥搅拌桩；施工原理；施工应用

1、引言

水泥搅拌桩复合地基，是在地基中设置竖向强度较高的水泥搅拌桩，由桩体与桩周土共同承担上部荷载的一种人工地基，对提高地基承载力具有明显的效果。某工程道路路基软土地基采用该项技术进行软基加固，取得了良好的技术经济效益。

某工程路全长15.848公里。公里等级为一级公路，路面采用沥青砼路面，设计行车速度80km/m。本地区属珠江三角洲冲积平原，路基处于饱和状态淤泥和淤泥质软弱地基，设计采用水泥搅拌桩加固处理。

2、工程地质及水文地质概况

2.1工程地质条件

根据钻探揭露，沿线地层主要有：人工填土、海陆交互相沉积层、第四系冲洪积层、第四系残积层及基岩。现自上而下分述如下：

①人工填土层：主要为粘性土、砂土，呈松散～稍密状。

②第四系海陆交互相沉积层：根据物质成分及粒组组成的差异，该土层可分为以下10个亚层。

1）淤泥：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥质粉粘粒组成，含贝壳及少量腐殖质。

2）粉质粘土：浅黄色、灰白色，湿，软塑～可塑，主要由粉粘粒组成，含较多中砂，无摇震反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。

3）中砂：灰白色、浅黄色、松散为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较差，分选性较好。

4）淤泥：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥粉质粘粒组成，含少量腐殖质，局部夹团状及薄层粉细砂。

5）细砂：灰白色、浅黄色，松散为主，主要由石英质细粒组成，含较多粉粘粒，磨圆度较好，分选性一般。

6）淤泥质粉质粘土：灰黑色，饱和，流塑，主要由淤泥粉质粘粒组成，含少量腐殖质，局部夹团状及薄层粉细砂。

7）中砂：灰白色、浅黄色、稍密为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较差，分选性较好。

8）粉质粘土：灰白色、浅黄色，湿，软塑～可塑，主要由粉粘粒组成，含较多中粗砂，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。

9）细砂：灰白色、浅黄色，松散为主，主要由石英质细粒组成，磨圆度较好，分选性一般。

10）中砂：灰白色、浅黄色、稍密为主，主要由石英质中粒组成，磨圆度较一般，分选性较好

③冲洪积层：

粉质粘土：棕红色、黄褐色，湿，可塑，主要由粉粘粒组成，切面稍有光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等。

④残积层：

1）粉质粘土：棕红色、湿，可塑～硬塑，主要由粉粘粒组成，粘性较强，由泥质砂岩风化残积而成，原岩结构可辩。

2）砂质粘土：棕红色、黄褐色，湿，可塑～硬塑，主要由粉质粘土组成，残留原岩结构，泡水软化，手捏易成砂状，由混合岩残积而成。

④基岩

基岩为泥质砂岩及混合岩，按风化程度划分为全风化岩、强风化岩、弱风化岩及微风化岩。

2.2工程水文条件

根据勘察結果分析，场地各岩土层，各砂层为强透水性地层，地下水以大气降水及地表水渗补为主，稳定地下水位埋深1.3～4.3m，其稳定水位随地形及季节性气候影响而波动，结合该工程水文地质条件，本工程采用水泥搅拌桩复合地基的软基处理。

3、水泥搅拌桩的施工原理和特性

水泥搅拌桩加固地基的机理是利用深层搅拌机在钻孔过程中，用高压将浆液固化剂喷入被加固的软土中，凭借机械上特制的钻头叶片的旋转，使固化剂与原位软土就地强制搅拌混合。固化剂进行一系列物理化学反应，使桩位原土由软变硬，形成整体性好、水稳定性强和承载力高的桩体。这种桩体与桩间土相互作用形成比天然软地基承载力有大幅度提高的复合地基。目前在实际工程中所用的固化剂主要是水泥或石灰，喷拌成水泥土或石灰土桩。按固化剂喷入的形态（浆液或粉体），而采用不同的施工机械组合。

由于水泥搅拌桩是由水泥或石灰作固化剂而形成的灰土桩，它既不能掺入高强度的粗石骨料，也不能通过配置钢筋的方法来提高自身的承载力，所以水泥搅拌桩仅考虑竖直荷载的作用，不象砼桩那样，承受竖向力的同时还能承受水平力。它的刚度、抗压强度和抗侧向压力作用均小于刚性桩而大于柔性桩。由于水泥搅拌桩所用的固化剂是在钻孔过程中，通过钻杆喷入土层中的，桩截面中心的钻杆占去一定的空间，钻头叶片端头越近搅拌力矩越大，使灰土搅拌愈均匀。因此桩身截面的强度是不均匀的，中心轴处强度最低，沿截面径向由中心轴向外边缘强度逐渐增强，在水泥搅拌桩施工过程中应复拌一次，以便提高混合土的均匀性是非常必要的。

4、水泥搅拌桩在某工程路工程中的应用

4.1设计

本工程软土路基设计采用水泥搅拌桩加固处理。设计桩径为50cm，平面上呈正方形布置，间距根据计算确定，一般为1.0～1.4m，水泥搅拌桩处理深度一般应穿透软土层，进入持力层不小于50 cm。单桩承载力特征值不小于100KN，复合地基承载力特征值河道拓宽段不小于140kPa，一般路段不小于120kPa。

为保证复合地基承载力及路基的稳定性，要求桩身无侧限抗压强度为：R28≥1.2MPa，R90≥1.8MPa，配浆掺入比按试验选用7%～20%。

为了保证水泥搅拌桩的施工质量，要求施工时桩身全程复搅2次，以提高桩的承载力。

桩身材料要求：水泥采用强度等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥。

施工机械要求：施工机械应配置带电脑自动记录的流体计量设备。

4.2施工工艺：

①施工放样：依据设计图纸进行实地放样。

②制备水泥浆：按设计确定的配合比拌制水泥浆。

③搅拌机械就位，将搅拌头对准设计桩位。

④启动电机，待搅拌头转速正常后，边旋转切土边下沉。搅拌机下沉时开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转，直至达到加固深度。

⑤提升喷浆搅拌，搅拌机钻到设计深度后，提升搅拌机，开启灰浆泵将水泥浆压入地基中，边喷边旋转，直至离地面50cm。

⑥重复上、下搅拌，为使软土和水泥浆搅拌均匀，再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再搅拌机提升出地面，搅拌过程同时喷水泥浆。

⑦移动设备，再进行下一根桩施工。

4.3质量检验内容和方法

（1）材质检查

复合式污水处理 篇4

在印度, 皮革工业因其污水中含有高有机负荷, 被认为是主要的污染源, 而印度制革工业普遍采用的水处理措施相对不足。制革污水中含有高生化需氧量 ( BOD ) 、化学需氧量 ( COD) 、硫化钠和悬浮物[1 - 3]。在泰米尔纳依, 巴拉尔河盆地上游的地下水, 已经被制革厂排放的污水严重污染, 因此亟需有效的处理措施。传统的制革污水处理方法, 首先是去除悬浮物 ( 一级处理) , 其次是使用生物处理 ( 二级处理) 去除胶体有机物、COD和色度。为了减少COD和悬浮物, 人们开始研究采用混凝/絮凝法处理制革污水[4 - 5]。一些学者试图采用物理法和化学法或者两者结合的方法处理制革污水, 以去除污水中有机污染物和含氮化合物[6 - 8]。虽然物理- 化学结合法很有效, 但其成本高、消耗化学物质, 还会产生2 次固体污泥。

由于制革污水中成分复杂, 大多数传统的处理方法都有所欠缺。因此有必要开发更为经济可行的技术来有效去除有机物, 同时减少污泥产率和化学消耗。膜生物反应器 ( MBR) 就是这样的一种替代方法, 该方法可以提供更长的污泥龄 ( SRT) , 且去除BOD和氮需要更少的反应体堆积[9]。与传统活性污泥工艺相比, MBR在制革污水的处理中显示出更高的去除率[10]。虽然膜生物反应器在治理污水方面效果显著, 但其会产生生物污染的缺点, 限制了MBR在水处理方面的大规模应用。近年来, 大量的研究致力于降低MBR的生物污染, 其中就包括膜技术与多种处理技术结合的复合式膜生物反应器 ( HMBR) [11 - 14]。其预处理过程采用电絮凝法, 并结合膜过滤法, 使用多种反应器设计[15 - 17]。

电絮凝法被认为是目前去除污水中有机化合物和重金属离子的较佳选择[18 - 19]。同时, 该方法会使污水的生物降解能力指数 ( BI) [20 - 22]提高到0. 4以上, 以促进有效的生物降解过程[23 - 24]。近期, 有人在微滤 ( MF) 前采用以铁和铝为电极的电絮凝法作为预处理过程[25 - 28]。在终端微滤预处理中, 铁电极显示出许多缺陷, 而文献中鲜有将铝作为消耗电极的研究。因此, 文中旨在开发一种复合式膜生物反应器, 将活性污泥法与电絮凝法相结合, 减少污染物的排放, 并使用SEM和EDAX分析了试验结果。

1 材料与方法

1. 1 制革废水

文中所使用的制革污水均来自金奈伯勒沃勒姆地区的公共污水处理厂 ( CETP) 。来自150 家制革厂的污水都集中在这个公共污水处理厂。首先使用化学混凝进行初步处理, 之后上层清液再使用活性污泥法 ( ASP) 进行2 次处理, 最后在排放前, 污水再通过活性碳过滤器 ( 三级处理) 进行处理。污水的收集一般在初步筛选后和初步处理前。泰米尔纳依污染控制局 ( TNPCB) 发布的制革污水特点和排放标准如表1 所示。由于污水中盐的浓度较高, 因此使用电絮凝法比化学混凝更为有效, 同时经过膜过滤, 就会得到优质水源。

1. 2 电絮凝法、ASP和MF

使用1. 5L的玻璃烧瓶作为电解池。铝作为消耗电极, 在水中浸入区域约为125. 4cm2, 不锈钢作为阴极, 同样浸入125. 4cm2。电解期间阴阳两极保持3cm的极距, 使用直流稳定电源提供直流电 ( 德国美创立公司, 型号ME - 305A, 0 ~ 5A和0 ~ 30V) 。样品在固定时间间隔内取样, 并分析COD的去除率。同样, 通过分析BOD来反映电解时生物降解能力指数的变化。

从相同的污水处理厂 ( CETP) 采集活性污泥。经过15min的电絮凝处理, 生物降解能力指数到达0. 4, 再使用ASP法, 放置过夜再作用6h后, 混合溶液的悬浮物 ( MLSS) 浓度约为8g/L, 并通过空气扩散器给反应器的生物提供氧气。

mg/L

恒压下, 使用制造出的丙烯酸甲酯细胞进行非搅动终端过滤试验, 有效过滤面积为0. 014 3m2。采用额定为0. 22μm的PVDF滤膜 ( 型号GVWP14250, 美国密理博公司) 过滤。使用数字天平测量过滤时水渗透的质量, 从而估量膜通量的衰减。使用蒸馏水进行水阻力测试, 以确定膜的总阻力。每次试验结束后, 都必须使用流水从外部冲洗膜30min, 去除膜表面的颗粒。之后再使用0. 4% Na OH ( w/v) 和0. 3% HCl ( v / v) 浸泡1h, 进行化学清洗。

每一步结束后使用SEM ( 日本日立公司) 评估膜的污染情况, 同时使用SEM - EDAX ( 荷兰FEI公司, 型号Quanta FEG 200 ) 分析电絮凝法后污泥的情况。

2 结果与讨论

2. 1 电絮凝法的优化

电絮凝法的有效性取决于以下几个方面: 电流密度、初始p H、电极材料类型 ( Fe或Al) 和电解液浓度。由于实际废水中包含的盐浓度已足够, 因此只用将电流密度和初始p H作为实际试验参数。同时, 该试验选择铝作为消耗电极。

图1 表示不同电流密度和时间对COD去除率的影响。可以看到, 在电流密度为15m A/cm2时得到COD最大去除率为70% , 且没有可以超越该值的去除率。随着电流密度的增加, 阳极溶解不断增加, 因而去除的污染物更多。此外, 电流密度增加, 泡沫的生成速度增加, 而泡沫生成量在减少, 进而污染物的去除能力也有所提高[17]。然而, 当超过了一定的电流密度, 电流作用于溶液加热将大于溶解电极, 再无法提升COD去除率。

电流密度:15mA/cm2

图2 表示p H对电絮凝法处理过程的影响。在中性和碱性p H值时 ( p H值为7. 4 和9) , COD的去除率随电解时间上升。可以注意到, 在中性p H值时, COD的去除率达到最大值。这是因为在中性p H值时, 所有的Al3 +在阳极聚合, 产生Al ( OH) 3沉淀物, 从而去除效果增强。而在碱性环境下, 形成的Al ( OH) 3分解为Al ( OH) 4-, 不会与污染物结合[29 -30]。另一方面, COD的去除率先不断上升, 之后开始下降。这是因为在酸性p H时, 最初絮状生成物随着p H值增加, 从而提高COD去除率。而之后COD去除率下降, 是由于絮状物的生成增加了COD值[31]。

2. 2 吸附等温线和吸附动力学

污染物的去除机制与常规吸附过程类似, 是由于在原位生成了絮凝剂。另外, 阴极表面生成的氢同样帮助分离了污染物。使用电絮凝法去除污染物, 可用吸附原理建立模型。假定污染物为配位体, 与原位可结合形成铝的沉淀物。由于给定时间内, 絮凝剂的数量是可以估算的, 因此使用电絮凝法去除污染物, 可以采用吸附现象为模型。分别使用Langmuir、Temkin和Freundlich型吸附等温模型研究污染物的去除 ( COD) [32 - 33]。试验数据与吸附等温线模型进行对比。试验中所有吸附等温模型的参数值和线性回归系数R2值如表2 所示。从表2 中可以看到, Freundlich等温模型拟合的相关系数和试验值结果令人满意。Freundlich等温线是一种有关吸附剂吸附强度与吸附体之间的经验方程, 它可以应用于不同表面的非理想吸附。Freundlich等温方程的线性表达式如方程 ( 1) 所示:

其中, KF和1 /n分别表示吸附能力常数和吸附强度常数。它可以应用于不同表面的非理想吸附, 也可应用于预测多层化学吸附和物理吸附。

然而使用电絮凝法产生的有机物污染的矿化非常复杂, 涉及到许多基本化学步骤, COD的总去除率也可以使用零级和一级速率方程表示。采用电凝法处理制革废水的吸附动力学, 在最佳优化条件下进行研究 ( 电流密度= 15m A/cm2, p H = 7. 4) 。分别使用零级和一级吸附动力学对电絮凝法试验数据进行拟合, 从数据可以看出吸附过程更符合一级动力学模型。回归系数 ( R2) 和零级、一级动力学速率常数也在表2 中列出。

2. 3生物降解能力指数和活性污泥法

在最佳工艺条件下, 计算生物降解能力指数 ( 见图3) 。从图3 中可以看出, 在15min内, 生物降解能力指数就可以达到0. 47。因此, 先采用电絮凝法作用15min, 然后停止, 改用ASP法处理污水。使用浓度为8g/L的混合液悬浮固体 ( MLSS) , 处理污水时间为6h。根据Rosenberger等[34]人的研究, 最佳的MLSS浓度为8 ~ 12g/L, 因此为了降低膜污染选择最小值。

图4 显示, COD去除率可达60% , 且在COD去除过程中, 微生物一直在增长。微生物利用制革污水中污染物 ( COD) 的存在生长, 从而减少了COD的浓度, 在微生物稳定期前, COD的下降趋于平稳。因而, 在稳定期期间, 主要的生物污染是次生代谢产物, 需要除去。

2. 4 微量过滤

2. 4. 1 渗透通量和污染

在恒定的3k Pa跨膜压下, 研究过滤时间对渗透通量的影响。观察污染情况可知, 渗透通量随着过滤时间的延长而下降, 结果如图5 所示。膜通量随着运行时间下降, 是由于膜孔隙的阻塞, 污泥附着在膜表面, 因而通过膜的浓度降低。从图5 中看到, 随着过滤时间延长, 无论采用哪种处理方法, 其渗透通量在过滤配置的终端都呈线性下降。这是因为搅拌槽内污染物的沉积, 引起渗透压增加[17]。

当不对污水进行预处理, 仅使用膜处理时, 就会因为污染物在膜表面阻塞、吸附和形成滤饼层而引起膜污染。在反应4h内, 初始渗透通量减少到50% 。采用MBR处理时, 渗透通量的下降有所缓慢, 9h后初始渗透通量减少到50% , 可以看出污染物相对之前有一定减少, 这主要归功于活性污泥中的小分子可溶胶粒[35]。而采用HMBR处理时, 在微滤前先使用电絮凝法, 渗透通量的下降明显缓慢, 表明预处理对于减少污染十分有效。这可以解释为, 在电絮凝过程中, 颗粒发生混凝, 根据卡曼-科泽尼方程可知, 增加了粒子的直径, 会降低过滤的电阻率[36]。采用SEM分别分析无污染的膜, 未做预处理、负载污染物的膜, MBR处理后的膜和HMBR处理后的膜的污染情况, 结果如图6 所示。

(a) 无污染的膜; (b) 未做预处理的膜; (c) MBR处理的膜; (d) HMBR处理的膜

可以清楚地看到, 将经MBR处理和未做预处理的膜相比, 经过HMBR处理后的膜, 其污染最小。再对混合过程中膜表面形成的污泥进行SEM -EDAX分析 ( 见图7) 。图7 所示, 污泥表面呈多孔状, 几乎包含了制革污水中大部分的污染物。结果显示: 污泥中可检测到C、O、Na、Mg、Al、Si、S、Cl、Ca、Cr、Mn和Fe等元素。其中C和O元素来自吸附在膜表面的混合溶液中的有机污染物, 还有一些元素来自制革污水的无机沉淀物, 而Al和Fe等元素来自电极的溶解。可以看到, 在电凝絮过程的辅助下, 污水中的Na Cl和Cr也附着在了MF膜上, 这正是另一个优势所在。

对污染物进行定量分析, 渗透通量的减少率 ( PRPF) 使用以下方程式表示[36]:

其中, Ji表示初始渗透通量 ( 75. 52 L /m- 2·h) , Jf表示10h时稳定状态的渗透通量。HMBR、MBR和未预处理的膜的PRPF值分别为66. 67 % 、77. 78 % 和80. 65 % 。这表明: 相对膜生物反应器, 同样运行10 h后, HMBR在渗透通量方面提升了11. 1% 。

试验前先进行清水阻力测试 ( CWRT) 。用蒸馏水测定膜的渗透性, 将膜清洗后再验证一次 ( 见图8) 。使用达西定律计算膜阻力[37]:

其中: J表示膜通量, L/m- 2·h;

ΔP表示跨膜压力, Pa;

μ 表示渗透黏度, Pas;

Rm表示膜阻力, m-1。

使用达西定律计算, CWRT法测定的初始膜阻力为4. 29 × 1012m- 1, HMBR的膜阻力为8. 59 × 1012m- 1, MBR的膜阻力为10. 75 × 1012m- 1。经MBR处理后的膜阻力明显比HMBR高出很多, 再次证明了HMBR处理后, 膜污垢显著减少。

2. 4. 2COD和色度的改善 ( MBR和HMBR)

微滤时, 收集渗透样本作水质分析。从图9a、b可知, 经过HMBR处理后, COD去除率为90. 2% , 脱色率为92. 75% , 满足污染控制委员会的排放标准, 且高于MBR处理后的值 ( COD去除率为72. 69% , 脱色率为75. 82% ) 。在电絮凝过程中, 含盐的制革污水变为灰色, 经过微滤后, 水几乎变透明。如不作任何预处理, 过滤后的污水仍为灰色。据报道, 电絮凝过程中, 电化学氧化去除COD, 物理包容去除污染物[38]。污染物的生物降解也能帮助去除COD, 微滤相当于优化的最后一步。

3 结论

复合生物滤池处理垃圾恶臭的研究 篇5

复合生物滤池处理垃圾恶臭的研究

笔者采用自主开发的复合生物滤池专利技术处理垃圾恶臭气体.实验表明,垃圾恶臭气体流量为0.7～2.2m3/h,H2S、NH3、甲苯和甲硫醇浓度分别为0.01～0.09mg/m3、1.50～3.50mg/m3、0.20～2.55mg/m3和0.20～1.90mg/m3时,它们的总去除率分别达到92.9%、93.7%、86.0%和90.0%.当垃圾臭气浓度增大时,其多种成分可以相互影响而改变其水溶性,即气体间相互起着助溶剂的作用.复合生物滤池用于处理实际垃圾恶臭气体(处理量为5000m3/h),出气达到<恶臭污染物排放标准(GB14554-93)>中的.一级排放标准,与水滤+活性炭吸附塔相比,具有更好的处理效果.

作 者：余光辉 徐晓军 贾佳 徐华成 YU Guang-hui XU Xiao-jun JIA Jia XU Hua-cheng 作者单位：青岛理工大学,环境与市政工程学院,青岛,266033刊 名：青岛理工大学学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF QINGDAO TECHNOLOGICAL UNIVERSITY年，卷(期)：27(5)分类号：X7关键词：复合生物滤池 生活垃圾 生物除臭 恶臭气体

复合式污水处理 篇6

【关键词】复合材料；喷漆；表面准备；塑料介质；喷射 0.前言

在复合材料零件已从单件、小批量生产成功转型为产业化发展的背景下，目前国内对复合材料件喷漆前处理还停留在传统的手工打磨方式上，致使喷漆成为制约复合材料零件产业化生产的瓶颈。逐渐减少传统的手工操作，提高自动化、机械化喷涂前处理技术的应用比例，削弱喷漆环节的瓶颈效应，适应复合材料零件产业化需求，已成为提高复合材料涂装效率和防护效果的必要途径。

1.国内外研究情况

1.1国外研究情况

作为先进的复合材料零件喷漆前表面处理及去漆技术，用塑喷机喷射非金属丸粒方法去除脱模剂及漆膜在国外的航空领域中已应用多年，已是成熟技术。国外著名的航空企业如空客、波音、贝尔等公司均已采用先进的塑喷机喷射非金属丸粒进行喷漆前表面处理，甚至应用于整机外表面脱漆。

1.2国内研究情况

用塑喷机喷射非金属丸粒方法去除脱模剂或旧的漆层等喷漆前表面处理技术在国内仍属空白。对于复合材料零件依旧采取手工打磨的方式去除表面脱模剂及陈旧的漆膜，使喷漆前表面准备质量无法保证，导致喷漆质量下降。

1.3我国与国际先进水平的差距

复合材料属敏感材料，严禁采用化学法去除脱模剂和漆膜。目前，由于没有先进的脱漆设备和手段，国内飞机复合材料零、部件喷漆前去除脱模剂及不合格漆层的去除只能用砂纸或打磨机手工打磨方法清除脱模剂和不合格漆层，不仅效率低，且打磨不均匀、效果差，一不小心便会伤及基材，造成零部件报废；另外，飞扬的尘屑造成环境污染，影响操作者的身体健康。全套工艺方法与国外先进技术有很大差距。

2.塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术原理

塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术的出现，跳出了传统的复合材料表面脱模剂去除及涂层剥离的思路，采用全新的固体干剥落的脱漆方法，利用经过研磨制造的有摩擦力的塑料介质来进行的一种气体力学的过程。这些塑料介质硬度要求比漆层硬些，以便能有效去除漆层，但又要比基体材料硬度稍低，从而不伤害基体表面，达到只去除表面脱模剂及涂层不损伤基材的目的。

2.1基本原理

使用专用的塑喷机，在压缩空气的作用下，将特制的一定形状的塑料类颗粒以一定的角度和压力喷射到工件表面，依靠颗粒对工件的冲击和剪切作用而使覆盖层破碎剥离。

2.2设备组成

塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术设备由喷砂房、介质回收系统、介质分选系统、喷砂系统、通风系统及电气控制组成。

2.3喷射介质

塑料喷射介质按照MILP-85891规定分为以下几类：

Ⅰ类——聚酯

Ⅱ类——尿素甲醛

Ⅲ类——三聚氰胺甲醛

Ⅳ类——苯酚甲醛

Ⅴ类——丙烯酸甲醛

Ⅵ类——聚乙烯（烯丙基二甘醇碳酸盐）

Ⅶ类——丙烯酸糊

3.工艺试验

3.1试验方案

工艺试验分为两个部分，即喷射工艺参数试验和理化性能试验两部分。喷射工艺参数试验主要确定不同基材表面去除脱模剂和涂层的合理喷射工艺参数，包括喷射压力、介质流量、喷射时间等；理化性能试验主要考核在确定的喷射工艺参数下对复合材料制件性能的影响。

3.2喷射工艺参数试验

3.2.1试片类型

试片分别选用碳纤维、玻璃纤维预浸料制造试板。其中玻璃纤维层压件、夹层件，碳纤维层压件、夹层件各12件，试片规格500×500。

3.2.2喷射工艺参数试验要求

（1）上述各类试片编号后进行无损检测，其中层压件进行超声波检测，夹层件进行C扫描。对于层压板，无损检测人员在超声波衰减最小处作出标记，以此为基准其他区域不允许超声衰减大于9dB，不允许存在φ6以上分层。对于夹层板，采用C扫描检测记录超声衰减平均值，无损检测人员应在超声波衰减最小处作出标记，以此为基准其他区域不允许超声衰减大于12dB，不允许存在φ12以上脱粘。车间在后续的处理中应保护标记的超声衰减最小处区域，作为超声对比区域。

（2）无损检测后的试片送理化试验室进行扫描电镜检测。每片试片选取至少3～5处进行检查，并记录检查区域相对位置或标记检查区域。

（3）无损及扫描电镜检测后的各类试片中各取3片进行手工打磨，其余9片试片分别用表2中喷射工艺参数的上、中、下限值进行喷射，去除试片表面脱模剂，并进行相关记录。之后送无损检测及扫描电镜检查，以确定相关处理方式对试片表面状态及内部的影响。扫描电镜仅对之前检测过的部位进行对比检测。

（4）各类试片中剩余3片喷射清理并同其他试片一起按规定喷漆后全部进行干胶带法结合力测试，并将经无损检测及扫描电镜检测的试片送理化试验室进行干式划格法结合力测试。每类试片中不同喷射参数处理的试片均应包含底漆+面漆涂层，并视试片表面状态使用腻子。

（5）手工打磨后喷漆的试片使用手工打磨脱漆，其余使用喷射法脱漆，记录喷射参数并将已进行检测的试片送无损检测及扫描电镜检测。扫描电镜仅对之前检测过的部位进行对比检测。

3.2.3喷射工艺参数

根据试片涂层性质、基体材料设置相应的喷射工艺参数，包括喷射压力、喷嘴直径、介质流量、喷嘴距零件的距离、喷嘴与零件的表面夹角等，并根据漆层厚度、硬度、面积控制喷射时间。

3.2.4喷射工艺参数试验结果

（1）喷射去除脱模剂及漆层效率高。

（2）目视检查已喷射表面，去除脱模剂后对零件纤维无损伤，喷漆后漆层结合力和外观均良好，并且去除漆层效果良好。

（3）试片经C扫描检测无分层现象。

（4）显微镜检测复合材料表面无纤维损伤。

3.2.5喷射工艺参数试验结论

所选择的工艺参数合理，对复合材料零件喷漆前表面清理效率高、效果好、涂层结合力好，且此工艺参数对复合材料制件没有不良影响。

3.3理化性能试验

3.3.1理化性能试验项目

理化性能试验分别对玻璃纤维及碳纤维试片的原始状态、手工打磨、喷射无漆、喷射去漆状态进行了剪切强度；对碳纤维试片的原始状态、手工打磨、喷射无漆、喷射去漆状态进行了滚筒剥离强度试验。

3.3.2理化性能试验结论

经对照喷射前后复合材料试片性能，各项测试指标没有明显变化，塑喷法复合材料表面处理方法对复合材料性能没有不良影响。

4.结论

通过喷射工艺试验及理化性能试验，证明塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术在快速去除复合材料表面脱模剂、陈旧漆层时安全可靠、绿色环保，且对复合材料零件自身性能没有不良影响.

5.塑喷法复合材料零件喷漆前表面处理技术应用意义

复合式污水处理 篇7

关键词：城市污水处理,复合滤池,人工湿地,联合

复合滤池利用土壤的自净功能,结合多种净水工艺,在微生物的分解作用下,对污水进行处理。人工湿地是一个生态系统,在系统内各种生物的共同作用下,系统拥有自我调节和自我恢复能力,可以进行物质循环再生,对污水起到了净化作用。将复合滤池与人工湿地相结合,对城市污水加以处理,在双重净水作用下,能够使污水处理效果更加显著,已经得到了广泛的应用[1]。

1 利用复合滤池与人工湿地联合方法处理城市污水的意义

当前城市污水主要有生活污水和工业污水,随着工业的快速发展,工业污水在城市污水中所占的比重越来越大,工业污水中含有各种有毒、有害、难以生物降解的污染物,除此之外,工业污水还具有极强的腐蚀性,破坏性极大。利用传统的污水处理方法,很难形成对工业污水的有效处理,经过科研人员的不断研究、探索,逐渐形成了复合滤池与人工湿地相结合的联合处理方法,完善了处理城市污水方法中的不足。利用该方法处理后的污水,其水质达到了国家所规定的水质标准,缓解了城市污水对城市环境造成的污染问题;处理过的污水可以进行二次利用,能够成分挖掘资源的利用价值,对节约资源、保护环境具有重要意义;同时,因为人工湿地具有自我循环修复功能,构建完成一个湿地生态系统后,能够长时间的加以利用,有效的节约了处理污水的成本,方便了城市污水处理工作的开展。

2 复合滤池与人工湿地联合方法的运用

2.1 方法设计和污水处理工艺流程

复合滤地一般采用经过改良后的双层复合生物滤池,按照工程规模的大小,合理选取工程运行的水量,工程所用到的污水选用常见的城市污水即可,按照国家的相关标准,对出水水质进行规范,处理过的污水需达到规定标准,才可完成污水处理工程。

在利用复合生物滤池和人工湿地联合方法对城市污水进行处理的时候,主要分为五个步骤进行,首先利用城市排水管网对城市污水进行收集,在自然生态沟内对其进行初步处理,过滤掉污水中体积较大的悬浮物和漂浮物,利用机泵的压力作用,将过滤后的污水输送到复合生物滤池中,在微生物的分解作用下,氮、磷等各种营养物以及有机污染物,将会沉淀下来,将其进行过滤之后具有明显的净水作用,然后通入到人工湿地,对污水进行最后的处理,最后将处理过的污水进行排出利用。具体流程如图1所示。

2.2 处理工艺各流程单元

2.2.1 自然生态沟

自然生态沟是以水渠形式进行设计的,通过在水渠中添加合适的水生生物,比如芦苇、藻类等,能够有效拦截污水中的悬浮物和漂浮物,将污水中体积较大的物质排除出来,以免在过滤过程中,造成滤网的堵塞,影响下一步工作的进行[2]。在水生生物的选择上,要结合当地的气候环境,选取生长状况良好、适应性强的植物类型,根据工程需要,合理设计自然生态沟的宽度、深度和长度。污水在经过自然生态沟之后,体积较大的物质和颗粒将会被阻拦下来,沉淀在底部,利用适当的工具可以排除这些沉淀物;水生植物还能够吸收污水中的部分氮磷营养物,减少污水中的氮磷营养物含量。

2.2.2 双层复合生物滤地

双层复合生物滤池的材料主要是钢筋混凝土,使用彩钢板完成房间的搭建,房间内安装有通风装置。按照污水处理需要,科学规划滤池的大小,在滤池内部设有上下两层滤层,对上下两层滤层高度进行合理划分,用生物活性材料对滤层进行填充,根据滤层的实际作用,合理选择活性材料,确保滤层可以充分发挥过滤作用。供水过程中,利用机泵将滤池中的水输送到高位水箱中,根据滤池的大小以及所处理污水的量,设定合理的供水速率,按照工程需要,对滤水速率进行调整,确保系统供水、滤水速率平衡,对污水中的氮磷营养物以及有机物进行更加彻底的清除。

2.2.3 人工湿地

当城市污水经过双层复合生物滤池处理过之后,需要进入人工湿地加强对污水的净化。人工湿地是一个比较复杂的生态系统,构建规模不宜过大,满足工程需要即可,将人工湿地设置成格的形式,一般以3-5个比较合适[3]。科学规划湿地的土层厚度和土层结构,根据处理污水量的多少,确定湿地土层厚度,在湿地底部铺设不同的介质层,为湿地植物生长提供良好的土壤环境。在人工湿地中种植不同种类的湿地植物,常用到的植物类型有菖蒲、美人蕉等,在不同格内对湿地植物进行合理分布,在湿地植物和土壤中的生物的共同作用下,实现人工湿地的生态平衡。

2.3 结果分析

对复合滤层与人工湿地联合方法处理过的污水水质进行检测,能够发现污水中的各种悬浮物、漂浮物等体积较大的物质已经完全排除,水中的氮磷营养物的含量、以及各种有机物的含量,都能够达到国家规定的水质标准,在应用该方法的时候,需要注意季节变化对植物生长的影响,保证自然生态沟中植物和人工湿地中植物的良好生长和增殖,对污水起到更好的净化作用。

3 结束语

城市污水处理一直是城市规划建设中的重要问题,做好污水处理工作,能够营造良好的城市环境,实现人与城市的和谐相处,是促进城市可持续发展的一项必要措施。利用复合滤池与人工湿地的联合作用,对城市污水进行处理,能够实现更好的污水处理效果,该方法工程安装比较方便,易于操作、占地面积较小,工程成本比较低,在未来的城市污水处理中,将会有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]张孝中,黄新,荆肇乾,曹世玮.复合滤池—人工湿地组合工艺对城市高污染水的处理[J].南京林业大学学报:自然科学版,2012(4):89-92.

[2]苏功平,张小凤,陈文清.复合生物滤池+潜流人工湿地组合工艺处理农村生活污水[J].环境工程学报,2016(2):775-780.

复合式污水处理 篇8

据了解, 城乡分散居民生活污水处理, 一直是一个难题。运用厌氧原理进行污水处理, 功能菌生长缓慢, 但对生活污水中的各类人和动物有机排泄物处理达不到预期要求, 同时, 存在菌的生长期与系统使用期的不同步现象, 需不断定期增补处理菌, 不仅增加了运行成本, 还为管理维护带来了很大难度。

参与此项目的江南大学生物工程学院有关专家告诉记者, 二元复合结构生活污水生物处理装备, 具有循环回用节水减排、灭菌、无蚊蝇危害、无二次污染、安装简便、维护方便和适应性强等特点, 在正常使用情况下不需要添加菌种。特别是攻关组针对不同的应用条件和环境变化, 实现功能菌在不同条件下对分散生活污水的高效处理。因此, 该项成果可广泛应用于远离城市的农村边远地区、野外作业、旅游景区、建筑工地、临时大型活动和住宅小区等场所的分散居民生活污水的处理。

据金鑫集团董事长谈玉琴介绍, 已完成安全高效的功能菌及特殊营养剂筛选和中试生产, 建成3条污水处理装备生产线, 形成年生产1000台 (套) 的生产能力, 并全力加快打造成为全国一流的污水处理装备生产基地, 使企业在国内分散居民生活污水处理行业占据领先地位。目前, 首批推出的二元复合结构生活污水生物处理装备, 在试用中取得了良好的效果。今年, 将进一步做好扩大在农村边远地区、旅游景区等的示范与推广工作。 (科技日报)

据专家介绍, 激光雷达能见度仪是高速公路团雾全天候实时监测预警系统核心装备。安徽循环经济技术工程院依托中科院安徽光机所, 在多年科研积淀的基础上, 瞄准公共安全的重大需求, 率先在国内开发研制成功了首台激光雷达能见度仪。该仪器的能见度监控范围可达50米到5000米, 可实现每1~10分钟输出一组能见度值, 并且可与高速公路现有的通讯系统实现无线和有线方式互联互通, 从而达到全天候实时监测、预警。

组合式生化工艺处理石油废水 篇9

1工程概况

佛山市某石化燃料公司主要经营储存重油, 每天产生一定量的石油化工废水, 主要为含硫污水、轻烃碱洗碱渣废水、顶油碱渣废水, 主要污染指标为COD、SS、硫化物、氨氮、挥发酚、石油类等。

2设计水质及水量

该工程设计处理量为1000t/d, 水质根据用户提供水质资料 (除PH外, 其余单位均为mg/l) , 主要水质指标为:

3废水处理工艺流程

本工程废水COD浓度较高, 含有毒物质较多, 处理后还需做部分回用处理, 出水要求较高, 因而根据废水的成分及特点, 设计的处理工艺流程如图1:

4主要构筑物及设计参数

4.1涡凹气浮器

涡凹气浮是当今先进的气浮技术, 采用剪切式的产气原理, 提高气浮的质量, 比传统的气浮法更简便经济。本工程涡凹气浮器型号:CAF-50, 规格:5.33×1.80×1.83m, 处理量50m3/h。

4.2 UASB反应器

上流式厌氧污泥床反应器是一种高效的厌氧反应器, 有机负荷高。

本工程的UASB砼结构, 容积1120m3, 外形Ф12×10.0m, 容积负荷:5kgCOD/ (m3.d) , 停留时间为24T;反应器内设置中部循环装置, 内循环使得泥水混合更均匀, 利于颗粒污泥的形成;上顶部设三相分离器, 使气、固、液三相分离彻底, 有效防止污泥流失;底部设均匀布水系统, 使进水无短流现象。内置两层组合填料, 使部分微生物附着其上, 形成立体的生物空间, 增强处理效果。厌氧反应器顶部设置水封罐及沼气回收装置, 实现能源回收。

4.3接触氧化池

接触氧化池亦即推流式生物膜法, 就是在池内装填一定数量或比例的组合生物填料, 填料具有比表面积大, 生物菌群容易附着。

本工程采用二级接触氧化池, 池体尺寸为15m×12m×5.5m, 砼结构。

一级接触氧化池:15m×8m×5.5m, 停留时间:12h, 有效容积:560m3

二级接触氧化池:15m×4m×5.5m, 停留时间:6h, 有效容积:280m3

本工程用风机曝气供氧, 水气比为22:1, 采用微孔曝气器, 悬挂组合填料, 上下贯通, 废水流动的水利条件好, 能很好地向固着在填料上的生物膜供应营养及氧。

4.4高级氧化塔+生物滤池BAF)

由于本工程污水的COD及色度很高, 本方案采取高级氧化及曝气生物滤池 (BAF) 进行深度处理。

高级氧化塔:外形尺寸Φ2000×7800mm, 停留时间30min;材质采用碳钢衬专用特种漆;配套臭氧发生器及臭氧尾气高位排放装置, 臭氧产量0.8kg/h。

曝气生物滤池池体:尺寸6m×3m×5m, 水力停留时间t=1.5h, 有效容积:V=70m3;气水比:6:1;需要供气量为:279m3/h, 池底下设置布气系统, 采用单孔膜曝气。

经曝气生物滤池处理过的出水可达标排放或进行深度处理。

5处理效果及常见问题分析

5.1处理效果

本工程于2011年5月正式投产, 表2为投入使用以来, 检测得的各单元设备的出水水质情况, 由表2可知, 最终出水到达广东省地方标准《水污染物排放限值》 (DB44/26-2001) 中第二时段一级标准要求。 (除PH外, 其余单位均为mg/l)

5.2常见问题分析

5.2.1涡凹气浮

由于进水有时波动较大, 涡凹气浮出水水质不稳, 颜色较深且有悬浮物, 需调节PAC及PAM的加药量。

5.2.2 UASB反应器

UASB有时产气量少, 分析为废水中含硫离子浓度较大, 影响到UASB厌氧菌的活性, 使产甲烷菌产甲烷量下降;当进水水质波动时, 适当调小进水流量, 或在涡凹气浮器加入适量FeSO4。

注:表中数据为2011年平均值

5.2.3高级氧化塔+BAF

高级氧化塔利用臭氧将水中有机物及色度等氧化, 降低COD及色度;主要是控制臭氧发生器及进气进水的方式;BAF采取上进水下进气方式运行, 反洗时先气洗, 再气水联洗, 后用水洗;此工艺可确保出水水质达标。

结语

经工程实践表明, 采用“涡凹气浮-UASB-接触氧化+高级氧化塔-曝气生物池”组合工艺处理COD浓度较高的石油废水, 可达到排放标准。涡凹气浮技术不需压缩空气, 解决了溶气、回流及阻塞等问题;UASB反应器可降解大部分COD及有害物质;“高级氧化塔+BAF”工艺可将废水中难生化的有机物不饱和链打开, 进一步降低COD, 并完全消除色度, 使出水达到设计标准。

参考文献

[1]高丽, 李琳琳, 单学敏.浅谈石油化工废水处理技术[J].能源与环境, 2010 (5) .

[2]王良均.石油化工废水处理设计手册[M].中国石化出版社.

[3]陈洪斌, 朱冠楠, 张东宇.石化废水深度处理及脱盐的中试研究[J].中国环境科学, 2009, 29 (9) .

复合式污水处理 篇10

关键词：制革含硫废水,混凝,高级氧化

目前,在脱毛工序中,普遍都采用硫化钠作为脱毛剂,并与硫氢化钠、熟石灰粉、浸灰助剂等配合使用,在后续的生产过程中会产生少量的硫化物,对生产设备、生态环境及人的健康造成了很大危害,同时对后续处理工艺造成很大的影响[2],含量过大将会超出了生物处理所能承受的S2-的最高浓度。为了便于后续废水进行生物处理,必须对其进行预处理,预处理包括物理处理方法和化学处理方法,化学处理方法包括酸吸收法、氧化法、混凝法、吸附法等方法。这些方法单独使用时都具有一些缺点,如去除效率不高,成本过高。因此笔者根据某制革厂的废水分析情况采用化学混凝和氧化法复合工艺的方式进行实验研究,探讨其合理性和可行性,为制革含硫废水处理提供一个借鉴。

1 实验药品与仪器

实验药品:乙酸锌、FeSO4、PFS、PAC、KAl(SO4)2、APAM(阴离子丙烯酰胺)、CPAM(阳离子丙烯酰胺)、H2O2、NaClO、KMnO4、Fenton试剂等化学试剂均为分析纯。

主要仪器:MY300-6智能型混凝式搅拌仪,北京格拉威尔科技有限公司;2100P型浊度仪,广州集仪电子科技有限公司;DR2800COD测定仪,上海志泰实业有限公司;HP-01型电热温水浴锅,上海雷韵试验仪器制造有限公司;分析天平,上海方瑞仪器有限公司;微量加药器、MHU-恒温箱,东莞振兴仪器仪表有限公司;MIA-6型常规分析仪器,东莞市振兴仪器仪表有限公司。

2 测硫方法

取一定体积V1的水样,加1 mL浓度为1 mol/L的乙酸锌溶液和1 mL浓度为1 mol/L的氢氧化钠溶液,摇匀使沉淀凝聚,待上清液澄清后,用滤纸过滤以蒸馏水冲洗沉淀数次。将沉淀及滤纸放置于250 mL的碘量瓶中,用玻璃棒将滤纸捣碎,加50 mL蒸馏水,10 mL浓度为0.025 mol/L的碘液及5 mL浓盐酸,放置5 min然后用硫代硫酸钠标准溶液滴定过量的碘,当溶液变为淡黄色时加1 mL淀粉指示剂继续滴定至蓝色消失,记录用量V。在滴定水样的同时,做一空白滴定,记录用量V0。其中1 mol/L的乙酸锌溶液是用少量蒸馏水溶解22 g乙酸锌,再加水稀释至100 mL。

3 实验研究

3.1 制革含硫污水水质特点

废水中含有高浓度的鞣料、氯化物、硫化物、表面活性剂、化学助剂、蛋白质等污染物;混合废水呈碱性,外观浑浊,成分复杂,悬浮物浓度高,色度浓,碱度大,并且含S2-和铬等有毒化合物,水质水量随时间变化很大。表1是某制革厂含硫废水水质情况。

mg/L

由表1可知该制革厂废水色度较大,污染物较多,有毒物质含量大,硫化物含量甚至达到1000 mg/L,COD含量达到5000 mg/L,且随时间变化幅度大。

3.2 pH调节剂比例的优选及加量的确定

分别取400 mL污水于不同的烧杯中,采用pH调节剂(20% NaOH和5% CaO以不同比例混和)将pH值调节至8.0,静置15 min,分别观察其现象,确定其最佳配比。当比例为4∶1比较合适,既达到了调节pH值的目的,又降低了上清液的浊度,提高了悬浮物的脱除率,同时产生的污泥量也较少,因此选择NaOH与CaO的加入比例为4∶1,其加量要根据实际情况而定。

3.3 无机絮凝剂的优选

取400 mL废水水样于不同的烧杯中,用复合碱溶液(NaOH∶CaO=4∶1)调节废水pH至8.0,搅拌后向不同烧杯中依次加入800 mg/L的PFS、硫酸铝钾等四种絮凝剂,实验结果如表2所示。

由表2可知:硫酸铝钾絮凝剂的效果明显优于其他絮凝剂,处理后絮体较大,沉降速度较快,色度、硫化物、COD去除效果最好。因此本实验选取硫酸铝钾为絮凝剂。

3.4 硫酸铝钾加量的确定

取6个烧杯分别加入400 mL含硫废水,分别加入硫酸铝钾1000 mg/L、1400 mg/L、1800 mg/L、2200 mg/L、2600 mg/L、3000 mg/L,观察实验效果,结果如表3所示。

由表3可知,当硫酸铝钾絮凝剂加量为2200 mg/L时,沉淀量较大,且随着加量的增加,沉淀量和COD去除率变化不大,因此本实验中硫酸铝钾絮凝剂加量为2200 mg/L。

3.5 助凝剂的筛选

取400 mL水样于不同的烧杯中,按照上述加药方案和加药次序,调到相应的pH值,搅拌后向不同烧杯中依次加入2200 mg/L的硫酸铝钾,然后分别加入20 mg/L的APAM和CPAM,观察其絮凝效果,静置15 min后测其上清液浊度,实验结果见表4。

由表4可见,CPAM明显优于APAM,使用CPAM处理后,絮体较大且沉降速度较快,同时上清液浊度也明显小于APAM,因此后续的实验均使用CPAM。

3.6 复合絮凝剂的配比

取400 mL水样于不同的烧杯中,按照上述加药方案和加药次序,调到相应的pH值,搅拌后向不同烧杯中依次加入2200 mg/L的硫酸铝钾,然后分别加入CPAM 18、20、22、24、26、28 mg/L,搅拌25 min后,静置15 min,减压抽滤后,收集滤液。将滤液测其吸光度,记录助凝剂CPAM的加入量和吸光度的关系数据,结果见表5。

由表5可知CPAM的加量为24 mg/L时,吸光度最低,滤液最清。因此CPAM的加量确定为24 mg/L。

3.7 沉降时间的确定

在絮凝沉降实验中,沉降时间对沉降絮体体积和污水的透光率有很大的影响。取水样400 mL,加入复合碱将pH值调节到9,加入2200 mg/L的硫酸铝钾,加24 mg/L的助凝剂PAM,改变沉降时间,取上清液测其浊度,结果如图1所示。

由图1可知,沉降时间越长,絮体体积越小,这主要是由于絮凝沉降机理引起的,但沉降达一定时间后,絮体空隙基本不变,所以沉降的絮体基本稳定,当沉降时间为20～50 min时,去浊率都为99.5%以上,且随沉降时间增加去浊率变化很小。考虑现场应用,沉降时间选用20 min。

3.8 氧化试验

3.8.1 氧化剂的筛选

取水样400 mL,按上述方法处理,搅拌反应30 min后静置20 min,加入氧化剂进行除硫,以硫化物去除率和COD去除率作为水质分析的主要指标来进行筛选,实验结果见表6。

由表6可以看出,使用NaClO 作为氧化剂时,硫化物去除率能达到98%以上, COD去除率达34.2%,结合两项指标的值选择NaClO进行实验。

3.8.2 不同氧化时间对氧化效果的影响

取400 mL水样两个烧杯, 以NaClO为氧化剂,分别记录反应时间与上清液浊度之间的关系,并观察实验现象,其结果如表7所示。

由表7可知,随着氧化时间的增加,去浊率不断增加,处理后的上清液不断变清,当达到20 min后去浊率增幅变小,同时考虑除铁除硫效果和现场工艺要求,选择氧化时间为20 min。

4 结论

本研究采用絮凝法和氧化法相结合,对制革含硫废水进行了综合处理,结果表明用复合絮凝剂和氧化剂处理后,硫化物去除率可达98%以上,达到低标排放,从而消除了硫化物的污染,有效保护了生态环境。该技术在处理制革含硫废水时投资量小,设备简单,易实行工业化,对大中小型企业均适用,是清洁生产的有效途径,在实际应用方面具有良好的前景。

参考文献

[1]游伟民.皮革废水治理技术的研究进展[J].皮革与化工,2009,26(2):2-5.

[2]颜丙花,王星辉,杨海君,等.制革废水难点治理对策[J].西部皮革,2010,32(13):12-16.

复合式污水处理 篇11

关键词： 904L； 热处理； 复合板； 14Cr1MoR（H）

中图分类号： TG161

Analysis of heat treatment system for 904L+14Cr1MoR（H） chlorine washing tower

Hei Penghui1，Qin Jian1，Yang Zhansheng1，Zhou Jieshi2

（1. Luoyang Ship Material Research Institute，Luoyang 471000，China；

2NOOC Refinery Co.，Ltd.，Huizhou Refinery Branch，Huizhou 516086，China）

Abstract： The heattreatment system for 904L+14Cr1MoR（H） chlorine washing tower was investigated by simulating the thermal cycle during heattreatment with evaluation the mechanical properties and the resistance to intergranular corrosion of 904L+14Cr1MoR（H）clad steel plate. The test results show that： The performance of 904L+14Cr1MoR（H） shell meet the engineering manufacturing requirements after experiencing integral 690 ℃/2.0 h heattreatment。Well comprehensive mechanical properties could be obtained after the heat forming processing which subsequently experiencing the heattreatment of 930 ℃/1.0 h+920 ℃/1.5 h for water cooling+690 ℃/4.0 h。The resistance to intergranular corrosion was able to cope with the harsh service conditions of the equipment during operation after 904L coating material experiencing several heattreatment。

Key words： 904L； heattreatment； clad steel plate； 14Cr1MoR（H）

0前言

中国海洋石油总公司惠州炼化二期项目拟建POX装置—氯洗塔，由中国石化工程建设有限公司（SEI）设计，其主材为904L+14Cr1MoR（H）复合板，壳体厚度δ5 mm+54 mm、封头厚度δ5 mm+34 mm，设备设计温度425 ℃。

904L是瑞典阿维斯坦公司发明的耐稀硫酸腐蚀的固溶态超级奥氏体不锈钢[1-2]；14Cr1MoR（H）为调质态钢，与ASME SA387中的1.25Cr0.5Mo钢[3-4]。 904L+14Cr1MoR（H）复合材料在国内压力容器制造中尚无先例，制造过程中设备部件需经热成型、焊接、热处理等多个受热环节，基层14Cr1MoR（H）材料的各项性能、复层材料904L的耐蚀性、复合板剪切强度等技术指标在经历多次热循环后是否满足工程设计使用要求是评价904L+14Cr1MoR（H）复合材料能否应用于氯洗塔制造的关键，因此，热处理工艺和热成型工艺是904L+14Cr1MoR（H）氯洗塔制造的的关键技术。

文中针对904L+14Cr1MoR（H）复合材料氯洗塔设备，通过模拟氯洗塔设备部件在热处理过程中的热循环过程，借助力学性能测试及晶间腐蚀等评价手段，对904L+14Cr1MoR（H）氯洗塔的热处理制度进行了分析，以期对同类压力容器产品的制造提供一定的参考。

1产品制造关键点及项目技术条件

14Cr1MoR（H）+904L板材及焊缝的各项力学性能，在国内以往的产品制造中已有成熟的制造工艺，各项力学性能均能够满足技术条件要求，但复合材质的14Cr1MoR（H）与904L板却是首次应用于压力容器制造。鉴于14Cr1MoR（H）与904L物理性能、力学性能之间的差异以及制造过程中的实际工况条件，产品在制造过程中需注意以下几个方面：

（1）14Cr1MoR（H）与904L热膨胀系数差别较大，在产品受热过程中，复合材料连接界面的剪切强度是否满足设计要求。

（2）基层材料本身的性能（包括抗拉强度/屈服强度/-20℃冲击韧性）会直接影响到零部件冷热加工的难易程度及加工后质量。材料抗拉强度趋于标准值上限或下限均会影响到后续焊接的质量，在焊接热循环的作用下，过高的抗拉强度会导致焊接热影响区及焊缝区出现开裂现象，抗拉强度过低则会促使焊接热影响区及熔合区材料软化，从而使焊缝整体强度达不到要求；屈服强度的高低，直接关系到后续卷圆的难易程度；材料的冲击韧性往往与抗拉强度成反比关系，采用合理的热处理规范才能获得优异的强韧性匹配。

（3）904L超级奥氏体不锈钢在经历多次热循环后，尤其是封头材料经多次热处理后的耐蚀性能否满足技术要求。

中国石化工程建设有限公司（SEI）在氯洗塔的设计文件71100EQ-DP30-0101《氯洗塔技术要求》中，详细规定了用于制造氯洗塔的材料的技术要求，具体要求如表1所示。

表114Cr1MoR（H）+904L复合板性能要求项目室温抗拉强度

Rm / MPa室温屈服强度

ReL / MPa断后伸长率

A /（%）断面收缩率

Z （%）室温弯曲冲击吸收能量

KV2/J高温屈服强度

ReL / MPa904L

晶间腐蚀指标520～680≥310≥20≥45无裂纹（-20℃）47203合格备注推荐取中间值推荐≤480 室温室温180°≤200最佳425℃A262 E法

2试验方法

试验材料选用14Cr1MoR（H）+904L复合板，材料性能要求如表1所示。试验用复合板尺寸400 mm×2 000 mm，其中基材14Cr1MoR（H）厚度为14 mm，复层904L厚度为4 mm。考虑到该尺寸试样在试验过程中的受力状态及热处理的热循环过程特点，该尺寸足以代替实际产品规格进行相关试验。

壳体制造流程：筒体下料—坡口加工（双U形）—冷卷制（变形率1.05%）—基层纵缝焊接—基层环缝焊接—基层探伤—复层焊接—复层探伤—整体热处理）—表面探伤。从壳体制造流程分析，仅最后一道工序“整体热处理”可能对复层耐蚀性有一定影响（注：焊接过程中产生的热循环对复层的加热低于300 ℃，该温度范围仅引起复层中C元素的短距离扩散，对复层材料本身的力学、耐腐蚀性能不会产生根本的影响），方案设计依据如表2所示。

封头制造流程：拼板下料—坡口加工（双U形）—基层纵缝焊接—消氢处理—热压—拼缝探伤—正火+回火恢复基层力学性能—端口坡口加工—与壳体环缝焊接—探伤—复层焊接—复层探伤—整体热处理—表面探伤。

氯洗塔设计为半球型封头，半球直径2 782 mm，厚度δ5 mm+34 mm，下料尺寸需7 150 mm，根据爆炸复合板幅宽度，半球需拼缝后，再整体热压成型。因热压温度达到930 ℃，基体材料的组织状态将发生改变，热压后必须对材料进行正火+回火以保障基层材料各项性能指标满足制造要求，封头热处理方案设计依据如表3所示。试验后按照GB/T228（拉伸）、GB/T6396（弯曲）、GB/T229（冲击）等标准进行基层常温拉伸、（-20℃）冲击、复合板侧弯、复层剪切强度、高温拉伸、复层耐腐蚀性能测试。

表2壳体热处理方案设计依据序号热处理制度方案设计依据1690 ℃/2.0 h热处理温度是基于基层14Cr1MoR（H）材料本身及复合板制造厂爆炸焊后各项性能最优的热处理温度。2.0 h保温时间是依据产品实际板厚计算出的最短保温时间。评估敏化热处理温度对基层力学性能，复层耐蚀影响的影响及结合剪切强度的影响。2690 ℃/8.0 h8.0 h为产品累积热处理保温时间，可以评价敏化温度下热处理时间的长短对904L复层耐腐蚀性能的影响。（8.0 h=复合板热处理时间3.0 h+封头压制1.0 h+封头回火2.0 h+整体热处理2.0 h）

表3封头热处理方案设计依据序号热处理制度方案设计依据1930 ℃/1.0 h根据产品板材规格（δ5 mm+34 mm）及板材在930 ℃温度下材料的加热软化程度。同时对比验证在终压温度高于材料最低正火温度时，能否由热压代替正火。2930 ℃/1.0 h+920 ℃/1.5 h（水冷）除对比评估热压代替正火方案外，重点关注材料正火水冷后的抗拉强度和低温冲击韧性指标，这两项指标关系到产品制造工艺性能和产品使用性能。3930 ℃/1.0 h+920 ℃/1.5 h正火（水冷）

+690 ℃/2.0 h回火防止材料因正火水冷后过硬，无法满足后续产品制造工艺性能和产品使用性能，同时考察2.0 h的回火处理，对材料强度和冲击韧性带来的恢复程度。4930 ℃/1.0 h+920 ℃/1.5 h正火（水冷）

+690 ℃/4.0 h回火考察当封头必须经4.0 h整体热处理才能用于后续产品使用时，整体热处理工艺是否会造成材料各项性能的降低。

3试验结果与分析

3.1壳体热处理试验结果分析

壳体热处理各项试验结果如表4所示。拉伸试验结果表明，在8 h回火状态下，材料的抗拉强度和屈服强度相比2 h有一定程度的降低，但仍处于标准要求范围内。冲击测试试验结果表明，长时间的回火对材料的冲击韧性无明显影响，这主要是由于14Cr1MoR（H）含有0.5%Mo，不存在高温回火脆性，且因材料软化，冲击值略有提升。试验件在经历2 h及8 h回火热处理后材料的弯曲、高温屈服强度及剪切强度均满足制造要求。

试验件在经过690 ℃热处理后，复层未发生晶间腐蚀现象。这可能是由于904L材料本身为超低碳奥氏体不锈钢（经实际检测，CWt%≤0.0127%，远低于0.03%门槛值），在敏化温度（450～850 ℃）范围内，只存在微颗粒状Cr23C6析出，晶界周围不存在贫Cr区（Cr<13%），热处理对材料的整体耐腐蚀性能影响不大。长期服役在425℃工况下，904L中Cr由于受温度限制而无法迁移至晶界，仅能与C结合生成Cr23C6析出物，从而在晶界附近范畴不存在贫Cr区，避免了晶间腐蚀现象的发生。表4壳体热处理试验结果热处理制度基层抗拉强度

Rm / MPa基层屈服强度

ReL / MPa-20 ℃冲击吸

收能量KV2/J弯曲

（180°）425℃屈服强度

ReL / MPa剪切强度

τ/ MPa晶间腐蚀690 ℃/2.0 h647，645514，510168，188，200，191，194，198合格264、（Rm=462）351合格690 ℃/8.0 h622，620487，477224，218，239，242，230，218合格261、（Rm=468）319合格合格指标520～680≥310≥47无开裂、无分层≥202.5≥210无晶间腐蚀

3.2封头热处理试验结果分析

封头热处理各项试验结果如表5所示。封头材料在经历930 ℃/1.0 h模拟加热+缓冷（入炉800 ℃，避免了敏化区间，更利于晶间腐蚀性能）热处理时，材料的抗拉强度得到了相应的提升，但缓冷状态下晶粒的粗化以及不良组织的析出导致-20 ℃低温冲击无法满足使用要求。从试验结果来看，虽然热成型的终止温度高于材料的正火最低温度，但在实际生产时，因正火降温速度慢，不能保证基层材料性能，必须进行后续恢复性能热处理。

表5封头热处理试验结果热处理制度基层抗拉强度

Rm / MPa基层屈服强度

ReL / MPa-20℃冲击吸收

能量KV2/J弯曲

（180°）425℃屈服强度

ReL / MPa剪切强

τ/ MPa晶间腐蚀930 ℃/1.0 h模拟加热+缓冷780，782481，4955.6，8.9，6.0

4.8，5.1，5.6合格——合格930 ℃/1.0 h模拟加热（缓冷）

+920 ℃/1.5 h正火（水冷）1048，980690，70155，48，45

44，40，45合格——合格930 ℃/1.0 h模拟加热（缓冷）

+920 ℃/1.5 h

正火（水冷）+690 ℃/2.0 h回火727，699595，585154，182，162

182、190、193合格——合格930 ℃/1.0 h模拟加热（缓冷）

+920 ℃/1.5 h

正火（水冷）+690 ℃/4.0 h回火628，628446，439196，184，217

209，212，212合格261

（Rm=468）319合格合格指标520～680≥310≥47无开裂

无分层≥202.5≥210无

封头材料在上述热处理基础上经历920 ℃/1.5 h正火（水冷）（入炉800 ℃）时，由于冷却速率的提高，低温冲击韧性得到了一定程度的改善，但过高的冷却速率也会导致淬硬组织的出现及组织亚结构的变化（如大密度的位错等），虽然强度和硬度可得到大幅的提升，但与此同时却降低了晶粒度细化所带来的韧性提升效果。此外，因强度及硬度过高，不能保证产品的制造工艺性能和使用性能，封头必须经回火热处理以恢复材料性能。

封头材料在经历2 h的690 ℃回火后，材料的抗拉强度有大幅的降低，略高于标准上限，低温冲击韧性提升明显，且有较大的裕度。考虑实际厚度较厚，水冷正火+回火后，材料抗拉强度将会低于试验值30～70 MPa，可以满足设计技术指标要求。当回火时间增加到4 h后，抗拉强度、韧性及其它性能指标仍能够满足设计技术指标要求。

4结论

（1） 模拟实际产品的904L+14Cr1MoR（H）/δ4 mm+δ14 mm复合材料在经历690 ℃/2.0 h整体热处理后，各项性能检测结果均符合技术要求，满足壳体工程制造要求。

（2） 904L+14Cr1MoR（H）/δ4 mm+δ14 mm复合材料在经历930 ℃/1.0 h+920 ℃/1.5 h正火水冷+690 ℃/4.0 h回火热处理后可以获得满足技术要求的综合力学性能。

（3） 904L复层材料在经历多次热处理热循环下耐仍具有抗晶间腐蚀特性，在运行过程中能够应付于苛刻的设备服役条件。

参考文献[1]曾洪涛， 向嵩， 何勇刚， 等. 固溶温度对904L不锈钢在浓硫酸溶液中耐蚀性能的影响[J]. 腐蚀科学与防护技术， 2014， 26（2）：149-153.

[2]曾洪涛， 向嵩， 何勇刚， 等. 904L 不锈钢在氢氟酸和浓硫酸混合液中的腐蚀行为[J]. 中国腐蚀与防护学报， 2013，33（3）：182-187.

[3]姜莉， 郭晓春， 李娟娟， 等. 14Cr1MoR+ 347H 不锈钢复合板焊接[J]. 石油化工设备， 2009，38（3）：70-72.

桩网复合地基处理黄土地基设计 篇12

1 桩网复合地基

桩网复合地基(pile-net composite foundation),是指天然地基在地基处理过程中,下部土体得到竖直向增强体“桩”的加强,从而形成桩土复合地基加固区,并在该区上部铺设水平向增强体“网”,从而形成加筋土复合地基加固区,使桩—网—土协同作用,共同承担荷载的人工地基[1]。

桩网复合地基由四部分组成:1)拱上路堤填土;2)柔性拱区;3)桩土加固区;4)下卧层。

在地基部分土体中设置的竖直向增强体“桩”是受力主体,与桩间土形成桩土加固区,承担上部荷载,并传递到下部较为坚硬的持力层上。在该加固区上部铺设含高强度土工合成材料的加筋垫层“网”,形成柔性拱区(上部与下部之间的柔性土拱过渡区)。桩网复合地基中的桩起承载作用,是力学要求;而高强度网则是结构要求,目的是调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比,使桩—网—土协同作用,共同承担荷载以减小整体沉降及不均匀沉降。

2 桩网复合地基静力设计与计算

2.1 荷载

桩网结构地基荷载包括路基面荷载和路基土体自重,其中路基面荷载有钢轨荷载、扣件荷载、轨道板荷载、轨枕荷载和钢筋混凝土基础荷载。由于是静力计算,故不考虑列车荷载。计算式为:

W=w1+γ1H (1)

其中,w1为路基面荷载,kN/m2;γ1为路基填土容重,kN/m3;H为路基填土高度,m。

2.2 桩径

桩径的设计应与当地施工机械相适应。桩径过小,则桩数量增多,成孔和回填工作量增加;桩径过大,则对桩间土体挤密不够,同时对成孔机械能量要求较大,设备基本条件不易达到,过大的桩径也会影响挤密后土的均匀性。结合我国目前的施工机具和设备情况,桩径一般以300 mm～600 mm为宜,大多用400 mm。

2.3 桩距

桩距的设计一般通过试验和计算确定。桩距过大,承载能力不能满足;桩距过小,桩的承载能力不能充分发挥,且给施工造成困难。假设以桩体为中心,以桩距为边长的区域内的桩顶荷载全部由单桩来承载(最不利情况),则可由下式估算合理桩距。

$s=\sqrt{\sigma {}_a\cdot A{}_p/W}$ (2)

其中,σa为桩容许抗压强度,kPa;Ap为灰土桩截面面积,m2。

为了使桩间土挤密均匀,桩孔尽量采用等边三角形布置。

2.4 桩长

桩孔深度应按湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、湿陷类型及成孔设备的能力等方面考虑,对于湿陷性黄土地基,处理深度应为基础以下湿陷起始压力小于上部荷载传递给地基的附加压力和土层的饱和自重压力之和的所有黄土层。另外还要考虑加固层和下卧层土体的工后沉降是否能满足设计要求。

2.5 地基置换率

复合地基置换率为桩体的横断面积与该桩体对应的复合地基面积的比值,若桩体按等边三角形布置,则置换率为:$m=\text{π}d{}^2/(2\sqrt{3}s{}^2)$。一般要求地基置换率不小于10%。

2.6 地基承载力计算

2.6.1 单桩所承受的荷载

V=(w1+γ1H)×s2 (3)

2.6.2 单桩竖向承载力

1)国内计算法。

Rk=(πd∑qsikli+qpkAp)/K>V

(4)

其中,qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力,kPa;qpk为极限端阻力,kPa;K为安全系数,一般取3.0。

2)日本桩网法。

Qa=(Qp+Qf)/Fs=(3quAp+πdquL/2)/Fs>V (5)

其中,Qp为灰土桩极限端阻力,kN;Qf为灰土桩桩周极限摩阻力,kN;d,L分别为桩径和桩长,m;Fs为安全系数,一般取3.0。

2.6.3 桩网结构承载力

根据桩网结构桩土分担荷载比原理,复合地基的承载力可按下式计算:

fck=mRk/Ap+αβ(1-m)fk>W (6)

其中,fk为天然地基承载力标准值,kPa;α为桩间土强度提高系数;β为桩间土强度发挥系数,硬土取0.1～0.4,软土取0.5～1。

2.7 桩网结构变形沉降

桩网结构地基的变形由加固区土层的变形和桩端以下土层沉降两部分组成。计算时不考虑加固区土体自重,桩顶平均应力按路基面荷载与路基土体自重之和计算,桩底附加应力计算考虑桩底提升1/3桩长,应力按30°角向下扩散后的附加应力。

2.7.1 加固区变形沉降

群桩压缩变形按下式计算:

$S{}_1=\frac{p{}_0+\text{Δ}p}{2E{}_{ps}}L$ (7)

式中:p0——桩顶处平均应力,kPa;

Δp——桩底处附加应力,kPa;

L——桩长,m;

Eps——桩网复合地基复合弹性模量,MPa。

2.7.2 下卧层变形沉降

下卧层计算采用分层总和法:

$S{}_2={\displaystyle \sum _{i=1}^n\frac{p{}_{i-1}+p{}_i}{2E{}_s}}{\rm H}{}_i$ (8)

式中:pi-1,pi——分别为第i层土上下面附加应力,kPa;

Hi——第i层土厚度,m;计算厚度至附加应力小于自重应力的10%。

2.7.3 总沉降

总变形沉降量为加固区变形量与下卧层沉降量之和,即:S=S1+S2。

3 工程实例

3.1 工程概况

郑西客运专线某试验段,位于渭河南岸Ⅲ级阶地后缘,线路大都以挖方形式通过,工点处地表广布第四系上更新统风积砂质黄土,厚度约30 m,Ⅱ级普通土,5 m以上σ0=130 kPa,5 m以下σ0=150 kPa。砂质黄土具Ⅱ级自重湿陷性,湿陷土层总厚度15 m,天然容重18 kN/m3。当垂直压力为0.1 MPa～0.47 MPa时,平均压缩模量介于11.18 MPa～24.2 MPa之间。当垂直压力为0.4 MPa～1.6 MPa时,其压缩模量介于42.44 MPa～23.67 MPa之间。

选取典型断面进行计算(如图1所示)。线路为双线无砟轨道,路基面宽度b1=13.8 m,路基坡度1∶1.5,路基高度H=1.2 m。路基为A组填料,γ1=20 kN/m3。

3.2 路基面荷载

包括钢轨、扣件、轨道板、双块式轨枕和钢筋混凝土基础在内的路面荷载w1=13.68 kN/m2。

3.3 桩设计参数

采用灰土桩,桩径d=0.4 m,桩距s=0.8 m,等边三角形布置,灰土配比2∶8,桩顶铺设0.5 m厚二八灰土垫层,在垫层顶面铺设一层二布—膜土工布。计算置换率m=22.7%>10%。桩距$s＜\sqrt{A{}_p\cdot \sigma {}_a/(w{}_1+\gamma {}_1{\rm H})}=0.81\text{m}$。

3.4 灰土桩桩网结构承载力计算

经计算单桩承受荷载V=19.67 kN,单桩竖向承载力标准值Rk=278 kN>V,日本桩网结构法得出的单桩竖向承载力容许值Qa=911 kN>V,实际上由V<Qa可解得桩长为负值,这说明在黄土地区,只要单桩承载力满足容许承载力,复合地基的承载力不是设计的控制因素,应该用沉降控制设计。

桩网结构的承载力fck=539.7 kPa。

3.5 桩网结构沉降变形计算

加固区变形:S1=(30.74+23.87)×13/64 000=0.011 m。

下卧层计算厚度为1 m,平均附加应力为23.29 kPa,取平均压缩模量为24 MPa,计算得下卧层沉降量为0.97 mm。

总变形沉降量S=0.012 m<0.015 m,符合设计要求。

4 结语

经计算,采用灰土桩桩网结构加固郑西客运专线湿陷性黄土地基,无论是桩网复合地基的承载力,还是工后变形沉降量,均能满足设计要求,故此方案是可行的。

参考文献

[1]饶为国.桩—网复合地基原理及实践[M].北京:中国水利水电出版社,2004:35.

[2]肖宏,蒋关鲁,魏永幸.遂渝线无碴轨道桩网结构地基处理技术[J].铁道工程学报,2006(4):22-25.

[3]乔国峰.浅谈湿陷性黄土地基加固施工技术[J].山西建筑,2007,33(12):119-120.

[4]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002:11.