基于碱渣的重金属污染土固化修复技术与机理研究

摘要

随着我国工业化的快速推进，重金属污染问题日益严峻，重金属污染土修复成为人们最为关注的环境问题之一，基于以往的研究，固化稳定法被认为是处理重金属污染场地最为有效的方法之一。通过寻求新的、具有经济效益的固化剂，并揭示其固定化机理，将会进一步促进固化修复技术的发展，更好地解决实际工程问题。
　　本文以国家自然科学基金项目(No.41172273)和国家自然科学基金项目(No.41372281)为依托，采用水泥和碱渣作为固化剂，分析讨论了固化锌、铬污染土的无侧限抗压强度特性、淋滤特性、电阻率特性、微结构特性及其变化规律。得到的主要结论如下:
　　(1)基于无侧限抗压强度结果，无侧限抗压强度会随着养护龄期的增大而增大，随着初始重金属离子浓度的增加而降低;在较高重金属浓度下，养护后的强度仍能达到美国对重金属污染土的修复标准0.35MPa;固化铬污染土无侧限抗压强度高于固化锌污染土的无侧限抗压强度。
　　(2)TCLP淋滤试验结果表明，浸出液中重金属离子浓度随着养护龄期的增大而降低，随着初始重金属离子掺量增加而增大;根据U.S.EPA的TCLP试验规定，滤出液中锌离子浓度的最高限值为10mg/L，铬离子浓度的最高限值为5mg/L，在较低重金属离子浓度下，滤出液中锌、铬离子溶出量均能达到环境要求，在高浓度时，部分固化剂配比掺量下的锌离子的浸出量未能达到环境要求。
　　(3)基于无侧限抗压强度和淋滤试验结果，水泥和碱渣固化铬污染土的固化效果比固化锌污染土效果要好，主要是因为锌离子对水化反应阻碍作用明显，铬离子更易以络合物沉淀的形式填充在土体颗粒孔隙中。
　　(4)基于无侧限抗压强度和TCLP淋滤试验结果:对于铬污染土，较低浓度下(Cr0.1、Cr0.5)，最优固化剂掺量配比:固化剂总掺量20％，水泥碱渣配比2∶8。较高浓度下(Cr1):固化剂总掺量30％，水泥碱渣配比3∶7;对于固化锌污染土，较低浓度下(Zn0.1、Zn0.5)，最优固化剂掺量配比:固化剂总掺量30％，水泥碱渣配比5∶5。较高浓度下(Zn1):固化剂掺量30％，水泥碱渣配比3∶7。
　　(5)固化土体的平均电阻率随着养护龄期的增加而增大。水泥掺量一定，碱渣掺量提高，平均电阻率越高。平均电阻率随着初始重金属离子掺量增大而降低。电阻率与无侧限抗压强度正相关，与淋滤液重金属浓度负相关。电阻率增大，主要是因为水化反应产物吸附、包裹、沉淀重金属离子并填充在孔隙内部，土体变得致密，使得土体连通性变差、孔隙液中游离的阳离子变少。
　　(6)基于扫描电镜结果，随着养护龄期的增大，CSH、CAH和AFt等水化产物增加。Zn2+对水化反应具有明显的阻碍作用，土体中除了少量的Ca(OH)2之外，几乎看不到水化产物生成;XRD试验结果表明随着养护龄期的增加，水化产物含量增加，重金属离子含量降低，水化产物增多，宏观表现为土体无侧限抗压强度增大，重金属离子固化效果增强，土体导电性能变差，电阻率增大。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 污染土修复研究现状与进展

1．3 S／S法修复污染土的研究现状

1．3．1 S／S法概述

1．3．2 S／S法修复重金属污染土作用原理

1．3．3 S／S法固化重金属污染土强度特性

1．3．4 S／S法固化重金属污染土淋滤特性

1．3．5 S／S法固化污染土体电阻率特性

1．3．6 S／S法固化重金属污染土微观结构特征

1．4 碱渣的工程性质及其应用研究现状与进展

1．4．1 碱渣的工程性质

1．4．2 碱渣的研究现状与进展

1．5 存在的主要问题

1．6 本文的主要研究内容

2 试验材料及试验方法

2．1 概述

2．2 试验材料

2．2．1 试验用土

2．2．3 重金属污染物

2．2．2 固化剂

2．3 试验方案

2．3．1 配合比设计

2．3．2 试样制备及养护

2．3．3 本文所涉及的主要试验方法

2．4 本章小结

3 水泥-碱渣固化重金属污染土的无侧限抗压强度

3．1 概述

3．2 试验结果与分析

3．2．1 养护龄期的影响

3．2．2 固化剂总掺量及配比变化对无侧限抗压强度的影响

3．2．3 重金属类型及浓度的影响

3．4 本章小结

4 水泥-碱渣固化重金属污染土的淋滤特性

4．1 概述

4．2 浸出液中重金属离子浓度

4．2．1 浸出液中的重金属离子浓度随养护龄期的变化

4．2．2 水泥碱渣掺量配比对浸出液重金属离子浓度的影响

4．3 碱渣掺量对淋滤特性的影响

4．4 本章小结

5 基于电阻率特性对固化重金属污染土作用机理分析

5．1 概述

5．2 碱渣-水泥固化重金属污染土平均电阻率

5．2．1 养护龄期的影响

5．2．2 初始重金属离子浓度的影响

5．3 平均电阻率与无侧限抗压强度的关系

5．4 平均电阻率与淋滤液中重金属离子浓度的关系

5．5 本章小结

6 水泥-碱渣固化重金属污染土的微结构特性

6．1 概述

6．2 水泥／碱渣固化重金属污染土的微结构特征

6．2．1 养护龄期对固化土体微结构的影响

6．2．2 污染物浓度对微观结构的影响

6．3 X射线衍射(XRD)

6．3．1 XRD简介

6．3．2 养护龄期对土体XRD的影响

6．3．3 污染物浓度对土体XRD的影响

6．3．4 污染物类型对土体XRD的影响

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况