KMP固化稳定化铅锌镉污染土的影响因素及重金属运移特性试验研究

摘要

高浓度复合重金属污染场地的固化稳定化修复技术，是当今环境岩土工程界研究的热点、重点、难点内容之一。目前最为广泛使用的传统水泥基材料较难满足高浓度复合重金属污染土的固化稳定要求。
　　本文依托国家863计划项目《有色冶金企业场地高风险污染土壤的固化稳定化工艺技术研究与示范》(2013AA06A206)，国家自然科学基金重点项目《城市化过程中天然沉积土污染演化机理与控制技术研究》(41330641)，国家自然科学基金项目《磷酸盐固化剂封闭高浓度复合重金属污染黏土的机理及稳定性研究》(41472258)及江苏省杰出青年科学基金项目《特殊路基填土固化稳定再生利用的关键问题研究》(BK2012022)等课题，选择新型磷酸盐固化剂(型号:KMP)固化稳定化重金属Pb、Zn、Cd污染土，通过室内试验、柱状模型试验和数值模拟等方式，研究了KMP固化剂固化稳定化修复高浓度复合重金属污染土的关键工艺参数、低温影响特性、和重金属运移特性，主要得到以下结论:
　　(1)通过TCLP试验、无侧限抗压强度试验和固化土有效磷含量的测定试验，研究KMP固化土的浸出特性和强度特性。结果表明，采用预酸化法1所制KMP固化土试样在浸出毒性最低，强度最高，固化土中有效磷含量最高;对于不同含水率的KMP固化土，随着初始含水率的升高，固化土的强度逐渐下降，在初始含水率达到35％时固化土强度已不足150kPa;固化土浸出液中重金属浓度随含水率的升高呈现先下降后上升的趋势，且在初始含水率为25％时(对应似水灰比4.17)浸出毒性最低。
　　(2)通过改变KMP固化剂的掺量、提高MgO含量和掺加低碱性水泥的方式，对高含水率条件下KMP固化土强度过低的缺陷进行改良。研究发现:同等条件下，KMP+低碱PC固化土的强度最高，且最高强度可达378kPa，同时其浸出毒性可以满足要求，而KMP+MgO固化土pH值过高，浸出毒性也较高。
　　(3)低温影响试验研究结果表明:随着养护温度的下降，KMP和KMP+低碱PC固化土中重金属Pb、Zn、Cd浸出浓度略微上升，其稳定重金属的能力受低温影响较小，而普通水泥固化土重金属Pb、Zn、Cd浸出浓度受温度影响较大;随着养护温度的下降，水泥、KMP和KMP+低碱PC固化土的强度均呈现逐渐下降的趋势，且强度下降幅度越来越大。
　　(4)渗透试验结果表明，固化土的饱和渗透系数为4.65×10-9m/s;结合一维土柱扩散模型试验和数值模拟，反算求得KMP固化土中重金属Pb、Zn、Cd的有效扩散系数De和分配系数Kp。重金属Pb、Zn、Cd的有效扩散系数De分别为1.5×10-13m2/s、7.4×10-13m2/s和1.6×10-12m2/s，分配系数Kp分别为7690mL/g、3150mL/g和1640mL/g，并通过文献对比讨论了重金属有效扩散系数的影响因素。
　　(5)通过数值模拟研究了KMP异位固化稳定化修复白银污染场地的长期运移特性，研究了两种地表水流速情况下的重金属Pb、Zn、Cd扩散运移特性，模拟结果表明:当流速为0.05m/s和1.46m/s时，水中重金属Pb、Zn、Cd浓度随时间逐渐降低，水中重金属Pb、Zn、Cd最高浓度值均低于规范限值，不会造成风险;在地下水流速为1.5m/d时，地下水水体中重金属Pb、Zn浓度均符合地下水Ⅰ类水质标准，而Cd浓度略高于Ⅰ类标准限值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 我国土壤重金属污染现状

1．1．2 污染场地治理的相关政策及技术规范

1．1．3 土壤修复技术研究现状

1．1．4 传统材料固化稳定化技术缺点

1．1．5 问题的提出

1．2 固化稳定化技术研究现状

1．2．1 磷酸盐材料固化稳定化技术

1．2．2 固化稳定化技术效果评价指标

1．2．3 磷酸盐固化稳定效果主要影响因素

1．2．4 固化污染土壤中溶质运移特性研究

1．3 主要研究内容与技术路线

1．3．1 对研究现状的进一步总结分析

1．3．2 本文的研究思路及构成

第二章 KMP酸化使用方法及含水率影响试验研究

2．1 概述

2．2 试验材料及试验方案

2．2．1 试验材料

2．2．2 试样制备与养护

2．2．3 试验方案

2．3 固化土理化特性及无侧限抗压强度

2．3．1 固化土pH值和电导率EC值

2．3．2 干密度和无侧限抗压强度

2．4 固化土浸出毒性及有效磷含量测定

2．4．1 浸出毒性

2．4．2 有效磷含量

2．4．3 Pb、Zn、Cd浸出浓度与固化土体有效磷含量的相互关系

2．5 本章小结

第三章 改良KMP固化剂处理高含水率污染土的试验研究

3．1 概述

3．2 试验材料及试验方案

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验方案

3．3 固化土基本物理化学特性

3．3．1 固化土的含水率和干密度

3．3．2 固化土pH值和电导率EC值

3．4 浸出毒性

3．5 无侧限抗压强度

3．6 本章小结

第四章 低温条件下KMP固化土固化稳定效果影响试验研究

4．1 概述

4．2 试验材料及试验方案

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验方案

4．3 固化土基本物理化学特性

4．3．1 固化土的含水率和干密度

4．3．2 固化土pH值和电导率EC值

4．4 浸出毒性

4．5 无侧限抗压强度

4．6 本章小结

第五章 KMP固化Pb、Zn、Cd污染土的重金属运移特性研究

5．1 概述

5．2 试验内容与方案

5．2．1 试验材料及试样制备

5．2．2 柔性壁渗透试验

5．2．3 扩散模型试验

5．3 固化土饱和渗透系数

5．4 扩散模型试验结果分析

5．4．1 扩散模型试验固化土试样三相指标

5．4．2 饱和试样扩散试验前后孔隙液重金属浓度变化

5．4．3 扩散模型上层溶液重金属浓度

5．5 扩散模型试验结果数值拟合

5．5．1 基本假设及模型建立

5．5．2 数值拟合结果分析

5．5．3 有效扩散系数的讨论

5．6 本章小结

第六章 KMP异位固化稳定化重金属污染场地工况模拟

6．1 概述

6．2 污染场地概况

6．3 工况数值模拟

6．3．1 数值模拟过程

6．3．2 数值模拟结果

6．4 模拟结果讨论

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文主要结论

7．2 本文创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间科研成果