技術研發領軍團隊

朱偉課題組是由河海大學環境學院朱偉教授和另外6名有博士學位的年輕教師組成的學術團隊。根據每一個老師的研究背景,課題組的研究方向涉及到河流、湖泊的水環境問題、水生態修復問題、污水廠污泥處理問題、湖泊底泥處理問題、盾構隧道施工問題等方面。老師的學科分布在環境工程、市政工程和巖土工程的學科點,是注重于在交叉、邊緣學科展開研究的研究團隊。課題組曾經承擔過國家“十五”重大科技專項–《鎮江水環境質量改善與生態修復技術研究及示范》”863″項目、國家自然科學基金、江蘇省重點基金等重要項目,有一定的學術影響。課題組的老師、研究生強調團隊精神,通過幾年努力形成了良好的學術氛圍和研究環境。通過多年的條件建設,課題組形成了較為完善的辦公、實驗、管理系統,在人才培養、科學研究方面體現”系統、深入、踏實”的風格。為了保障人才培養的質量,設立碩博連讀獎學金和研究生輔助科研(RA)制度,積極推動研究生出國交流等活動。課題組希望能在科研、教學、人才培養方面經過更多的努力,作出更大的成就。
(1) 盾構隧道施工技術與設計理論
課題組在盾構隧道技術上主要研究土壓平衡和泥水盾構的開挖面穩定機理、泥水盾構成膜機理、基于賓漢姆流體的壁后注漿體固結—膠結理論、泥水盾構的高壓多相“土-泥-水”平衡理論及控制、開艙技術等。并參與了眾多重大課題有(1)國家973重大項目《高水壓越江海長大盾構隧道工程安全的基礎研究》的課題3-《高壓多相“土-泥-水”平衡理論及控制》;(2)南京緯三路過江通道泥水盾構泥漿成膜、開艙穩定性及壁后注漿性能研究;(3)揚州瘦西湖隧道全粘土地層泥水盾構高效施工技術研究;(4)南京長江隧道泥水盾構泥漿及成膜技術研究;(5)南水北調《盾構隧道開艙及維護技術研究》。
(2) 疏浚淤泥的資源化利用理論與技術
我國許多的水利工程、環境工程都涉及到到河湖底泥的疏浚及處理問題。淤泥帶來的問題主要有:含水率高、固 結排水緩慢、承載力低,無法直接用于工程填土;每年產生量極大,傳統陸地棄置長期占用了大量的土地資源;河湖被人為污染后,重金屬與有機質通常富集于底泥中,隨意棄置將會造成二次污染。因此針對以上問題,以河湖底泥減量化、無害化、資源化為目標,課題組展開了如下幾個方面的研究。
• 淤泥的固化及固結理論與技術
疏浚泥按設計要求添加不同含量、配比的固化材料后能滿足填方、筑堤、路基等各種土方工程的要求。但是現有的技術存在處理后固化淤泥初期強度較低的問題,使得固化處理周期過長,增加臨時堆放地占用面積。針對這一問題,需基于水分轉化原理研發快速早強型固化劑,以縮短周期,降低處理成本,提高處理效果。淤泥自重固結過程緩慢,主要是受粘土細顆粒絮凝作用的影響。為了明白這一物理過程的機理,需要對淤泥沉降固結過程中粒徑分布變化規律、不同階段的過程、有效應力形成規律等方面進行探索。
• 淤泥中污染物的穩定化理論與技術
污染淤泥穩定化的主要目標是研發出能改變污染物的形態以促進污泥穩定無害化的控制型鈍化劑,以防止處理后的土材料、土壤化應用過程中產生二次污染。主要從鈍化處理對疏浚污泥內污染物形態的影響及影響機理,以及鈍化后疏浚污泥內污染物形態與污泥物浸出性之間的關系進行研究。
• 泥水分離及快速混凝沉降技術
現有的泥漿濃縮方法有通過旋流分離、板框壓濾的泥水分離技術,或者在堆場中進行沉淀、儲存技術。這些技術大部分存在占用土地面積大、處理成本高、設備投入大等問題。為了達到泥漿快速濃縮的目的,需根據粒徑-濾層的匹配關系和真空抽濾的原理,研發對泥漿進行快速濃縮的方法。另一方面,研發泥漿快速混凝添加劑,加速淤泥的固結排水,以提高處理的效率。
• 淤泥及超軟地基的承載力
新近吹填淤泥堆場表面呈流塑狀態,性質上處于粘滯性流體與飽和軟土之間,承載力極低,人與機械很難直接進場施工。目前主要有鋪設墊層和浮船兩類方法,都可以歸結為在超軟弱淤泥表面放置荷載的問題。研究淤泥堆場表面能夠承受多大荷載、承載的原理和計算方法,對于工程應用有重要的價值。
(3) 污水廠污泥的處理理論與技術
結合我國當前的國情、污泥處理和處置發展方向及脫水污泥的特性,課題組提出了三階段的研究方向:短期內實現污水廠污泥無害化處理-污泥固化/穩定化處理技術研究、中期實現污水廠污泥減量化處理-脫水污泥深度脫水技術研究、長期實現污水廠污泥資源化利用-脫水污泥超臨界水氣化產氫及資源化利用研究。
• 污泥固化/穩定化處理技術研究:
固化/穩定化技術就是將流塑狀污泥處理成固體狀土,即通過添加材料改變污泥的物理性質(如提高強度、降低含水率、降低滲透性)和化學性質(如改變污染物形態,構建封閉系統、降低污染物遷移能力)。從而實現經過固化/穩定化處理后的脫水污泥達到填埋處理的要求。
• 脫水污泥深度脫水技術研究:
脫水污泥深度脫水技術研究是基于污泥中水分形態及土工砂井排水原理,通過添加劑改變脫水污泥中水分形態,將細胞內水轉化為細胞外水及自由水,并通過增加排水通道加速排水,實現脫水污泥深度脫水、降低含水率,達到脫水污泥減量化目的。
• 脫水污泥超臨界水處理及資源化利用研究:
超臨界水處理技術:充分利用污泥中高含水量,將這部分水在高溫(~400℃)和高壓(>22.1MPa)條件下,形成具有高溶解能力、高分解能力的超臨界水,將污泥中的有機物轉化為氫氣;將污泥中有毒有害物質穩定化、無害化;將污泥中營養鹽物質(氮和磷)分離回收,實現污泥資源化利用。
(4)藍藻群體化及爆發機理研究
針對我國富營養化及藍藻暴發這一嚴重的環境問題,圍繞藍藻群體構造形成、維持的機理,研究水動力的作用、浮游植物競爭的作用,浮游動物捕食的作用,微生物對群體的作用,揭示群體化形成的條件。通過群體化的形成條件揭示藍藻暴發機理,進一步為確定抑制藍藻暴發的方法提供基礎性的支撐。并在藍藻群體評價方法的研究、太湖藍藻群體形態特征及演變規律研究、藍藻群體形成的影響因素及機理研究、藍藻群體形成對上浮機制的影響等方面進行了深入的研究。
(5)人工濕地污水處理技術研究
人工濕地由于其獨特的景觀、生態功能以及低廉的基建運行費用在水環境治理工程中得到了廣泛的應用。雖然人工濕地對有機物和懸浮物等的去除效果較為理想,但仍有一些缺點。針對目前人工濕地應用上存在的熱點問題我中心展開了以下研究方向。
• 濕地堵塞機理及防治技術研究
垂直流人工濕地因其充分利用了濕地空間,發揮了基質—植物—微生物間的協同作用,使污水處理效果得到大幅度提高,但正是其結構和水流特征,容易發生填料堵塞問題,使濕地不能發揮應用的處理功能,同時產生二次污染。探索了解決堵塞的一種新方法—溶脫法。用堿類(氫氧化鈉)、酸類(鹽酸)、強氧化劑類(次氯酸鈉)三類溶脫劑對人工濕地堵塞單元模型進行溶脫,有效孔隙率和滲透系數都有明顯的提高,可以使滲透系數恢復到原來的60%-70%。
• 人工濕地植物釋氧規律研究
人工濕地中各種有機污染物的好氧降解和氨氮化合物的硝化過程,氧都是重要的限制性因子,在濕地系統中,植物釋氧是一重要的氧源。植物根系釋氧速率呈周期性日變化,隨著光強的變化呈單峰曲線分布。
• 生物膜法強化表面流人工濕地處理技術研究
濕地系統內的微生物群落對污染物的降解去除起著主要作用。通過在表面流人工濕地表層增設一定厚度的生物膜載體,為微生物提供更多附著位置,進而增加系統微生物量,提高系統的水質凈化能力。