工业废渣固化稳定铬污染土的工程安全特性

以某工业场地的铬污染土为研究对象,选用工业废渣(CGB)为固化剂,对铬污染土进行安全修复。通过含水率试验、pH试验、强度试验、浸出试验研究了工业废渣固化稳定后铬污染土的环境安全特性,并以相同掺量的普通硅酸盐水泥(OPC)做参照。结果表明：CGB固化稳定后的铬污染土具有较好的环境安全特性,而OPC固化稳定后的铬污染土仍具有较高的环境风险。虽然OPC固化稳定后的铬污染土的含水率、pH和抗压强度略优于CGB固化稳定后的铬污染土,但OPC固化稳定后的铬污染土浸出浓度仍高于我国危险废弃物鉴别标准(GB/T5085.3-2007)的限值,而当掺量为20%的CGM固化稳定后的铬污染土即可满足我国危险废弃物鉴别标准(GB/T5085.3-2007)。形态提取结果表明：CGM固化稳定后的铬污染土化学稳定性高于OPC固化稳定后的铬污染土,CGB主要将Cr从弱酸态转为可氧化态,而OPC主要将Cr从弱酸态转为可还原态。     

固化/稳定化重金属污染土力学及浸出特性试验研究

为解决传统固化剂在固化/稳定化法处理重金属复合污染土和重度污染土方面存在的不足,研发了一种新型固化剂。以人工制备的Pb、Cd、Cu复合重金属污染土壤为研究对象,开展了室内无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验。在此基础上分析了固化体力学特性、浸出特性等随养护龄期、污染土粒径、重金属污染水平的变化规律。以某金矿区三处重金属污染土壤为治理对象,开展了相关测试,验证了新型固化剂对于重金属污染土的固化效果。研究表明：新型固化剂对于复合重金属污染土和重度污染土的效果较好;固化体无侧限抗压强度随养护龄期的增加而增大,随重金属污染水平、污染土粒径的增加而降低,固化体强度达17.35-33.45 MPa,均能满足固废填埋标准及建筑材料强度要求;重金属浸出浓度随养护龄期的增加而降低,随着污染土粒径和污染水平的增加而增加,浸出浓度均远低于（<0.1%）浸出安全标准限值,固化率>99.99%。所研发的高效重金属污染土固化剂,可用于重金属污染场地的固化修复及资源化利用。     

锌污染土固化处理实验研究

利用不同固化剂处理人工制备的锌污染土,测定固化体的无侧限抗压强度,以评估固化体回收再利用的可能性;采用美国环保署毒性浸出程序(TCLP)进行毒性浸出实验,以评价固化剂的锌污染土壤的固化效果.结果表明,生石灰对于锌离子污染土的修复具有良好效果.加入生石灰后,固化产物强度得到了很大的提升,同时锌离子的浸出质量浓度也大幅下降,其中利用生石灰掺量(质量分数)最大的C5S5(5%水泥+5%生石灰)固化剂修复的锌污染土得到的锌离子浸出质量浓度最小值仅为3.95mg.L-1.实验证明高吸附性粘土矿物的加入也可以改善固化剂的固化效果.     

水泥基复合固化剂对镉和锌混合污染土的固化试验研究

为了研究水泥基复合固化剂对重金属混合污染土的固化稳定效果及其与单一重金属污染土的固化效果差别,探究锌和镉离子之间是否有协同或拮抗作用,采用水泥、石灰、粉煤灰和蒙脱石等作为复合固化剂,通过开展无侧限抗压强度试验、毒性浸出试验、X射线衍射分析（XRD）以及电镜扫描分析（SEM）,研究锌镉混合污染土在不同固化剂掺量下的强度特性与浸出毒性、pH值与浸出毒性间的关系、重金属混合污染土与单一重金属污染土的固化效果差异,并通过XRD和SEM分别对固化产物的成分和形貌进行微观分析,进而分析固化机理。试验结果表明：用生石灰、粉煤灰、海泡石、蒙脱土替代等量水泥可使固化产物的强度提高;Zn²⁺与Cd²⁺之间不存在拮抗作用,Cd²⁺的存在还会有助于Zn²⁺的固定;重金属离子的浸出浓度随浸出液pH值的增大而明显降低;固化效果好的样品相较于固化效果差的样品有更多的针状、网状等较为致密的结构。     

固化Zn、Cl污染砂土的强度及浸出特性

为研究新型固化剂固化稳定复合Zn、Cl污染砂土的效果,依托某企业搬迁遗留场地修复工程开展现场中试试验,并结合室内无侧限抗压强度试验、pH测试以及毒性浸出等试验,探讨修复土物理力学、浸出等特性与固化剂成分、养护龄期的变化规律,分析比较了不同固化剂的固化稳定化效果.试验结果表明,固化土干密度较污染素土增加,增幅达11%~12%;固化土强度随养护龄期和固化剂掺量增加而增长,其中28 d龄期6%KMP掺量的固化土无侧限抗压强度较未固化土高6.17倍;掺加固化剂会显著提升污染土pH值,其中掺加GGBS-Mg O的固化土各龄期pH值均略大于掺加KMP的固化土;2种固化剂对Zn、Cl离子的稳定效果有所差别,总体而言,2种固化剂均能有效地稳定土壤中的Zn、Cl离子.     

偏高岭土-水泥固化Cd污染土的工程特性

采用偏高岭土-水泥体系对Cd污染土固化/稳定处理。通过无侧限抗压强度试验和毒性浸出试验,探讨Cd2+含量和偏高岭土掺量对固化污染土强度和浸出特性的影响。结果表明:固化土体的无侧限抗压强度随着养护龄期的增加而呈不同程度的对数增长趋势;掺加偏高岭土后,固化土体随着Cd2+含量的增加,强度逐渐减小,无明显临界效应;各种Cd2+含量下,偏高岭土的掺入对固化土体的强度均有提高,且掺量达到2%时出现峰值;毒性浸出试验结果表明掺入偏高岭土对污染土中Cd2+具有更优异固化稳定效果;无论从固化效果还是从经济性出发,偏高岭土的最佳掺量均在2%左右,且可适当减少固化剂用量。     

原位固化/稳定污染土不同深度下强度和浸出特性

采用原位固化/稳定化技术处理Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土.使用的材料包括水泥、粉煤灰、氧化镁及改性黏土等,选取固化/稳定化1.5年后的试样开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对固化/稳定化复合污染土的强度和浸出特性的影响.研究结果表明,各组分固化剂处理的污染土的无侧限抗压强度均满足英国设计规范限值,场地深度对修复后污染土强度的影响微弱;而浸出结果表明Cu,Zn和Pb均达到英国饮用水标准,部分Ni不达标;通过对比不同固化剂的处理效果发现改性黏土修复Ni效果好,但是其处理大分子有机物的能力未达预期.     

一般工业固废复合固化重金属污染土的力学及电化学性能

针对中国一般工业固废大量堆存问题,以工业固体废物赤泥、电石渣和磷石膏的有效利用为导向,以处理铜污染土为目的,制备复合固化剂并对铜离子污染土进行固化处理。通过研究固化土的无侧限抗压强度性能,对比分析了纯水泥固化剂与添加工业固废复合固化剂对铜污染土的固化效果。通过研究固化土的电化学阻抗谱特性,建立了固化土的等效电路模型,并着重从物理力学性能和微观结构特性揭示工业固体废物之间的相互作用效果及其对铜污染土的固化机理。结果表明：固化土的无侧限抗压强度均随龄期逐渐增大,且固化土的浸出毒性均满足国家相关标准要求。在一般工业固废作用下,固化土强度高于相应纯水泥固化土。固化土电化学Nyquist曲线在高频区随养护龄期增加逐渐出现容抗弧,且其半径逐渐增大;低频区为斜直线,且斜率随养护龄期逐渐增大。此外,固化土的强度与电化学参数R_ct1之间存在良好线性关系,可采用R_ct1对固化土强度的发展进行无损预测。借助微观测试手段发现固化土在养护过程中生成了凝胶物质和针状物质,水化产物的生成是固化土强度发展的主要缘由,且其对铜离子有一定的吸附、包裹和离子置换作用。     

氯盐侵蚀作用对水泥固化铅污染土化学稳定性的影响

含侵蚀性盐离子(SO_4~(2-)、Cl-等)的地下水环境可能会改变水泥固化污染土中重金属离子的溶出特性.通过毒性浸出试验模拟研究了遭受NaCl溶液侵蚀的水泥固化铅污染土的化学稳定性.试验结果表明,遭受NaCl溶液侵蚀后,随着NaCl浓度的增加,浸出液pH值略有减小,浸出液中Pb~(2+)质量浓度亦有所降低.短期浸泡,浸出液pH值最低,Pb~(2+)质量浓度最大;随后,pH值随浸泡时间增加而增大,Pb~(2+)质量浓度随浸泡时间增加而减小.当Pb~(2+)含量≤5 000 mg/kg时,浸出液中Pb~(2+)质量浓度均小于5 mg/L,满足环境要求;而Pb~(2+)含量为10 000 mg/kg的固化土体,滤出的Pb~(2+)质量浓度均超过5 mg/L,不能满足环境要求.     

冻融循环下磷酸镁水泥固化铜污染土的淋滤特性研究

将自制磷酸镁水泥用于铜污染土的固化稳定,研究其淋滤特性和微观结构。以磷酸镁水泥固化铜污染土为研究对象,研究冻融循环条件下磷酸镁水泥掺量、初始铜离子浓度等因素对固化后重金属铜污染土的淋滤特性及固化稳定性的影响。结果表明:冻融循环和磷酸镁水泥掺量会影响磷酸镁水泥固化铜污染土的浸出液中铜离子浓度和上清液pH,随着冻融循环次数和铜离子浓度的减少及水泥掺量的增多,铜离子浓度显著降低;浸出液的pH随冻融循环次数的增多而降低,随磷酸镁水泥水泥掺量的增多而提高,随铜离子浓度的增大而降低。最后与扫描电镜试验结果结合解释了水分迁移对固化机制的影响。     

固化对淤泥中重金属的稳定化效果

采用添加量为100 kg/m3的固化剂对遭受重金属污染的淤泥进行固化试验,根据试验结果研究了原泥中重金属Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn的含量及固化处理前后重金属的赋存形态分布,并对原泥和固化淤泥进行了浸出毒性试验.试验结果表明:在淤泥固化处理过程中,重金属的赋存形态发生了改变,稳定态质量分数有了不同程度的增加;Cd,Cr,Cu,Ni和Zn得到很好的稳定化处理,5种重金属的浸出量、浸出率均有明显降低而且达到标准要求;固化剂对重金属的稳定化作用,除了通过改变重金属的赋存形态,促进重金属非稳定态向稳定态转变来实现外,还可以通过其他方式来实现.     

水泥固化重金属污染膨胀土物理性质试验研究

重金属污染对生态环境和工程安全均造成严重不利影响,而对重金属污染膨胀土的固化研究还处于初级阶段。采用南阳地区膨胀土,通过室内添加硝酸铅和硝酸镉溶液分别配制3种不同浓度的重金属污染膨胀土,并采用水泥进行固化。在不同的水泥固化剂掺量下,对固化的重金属污染膨胀土进行击实、液塑限和自由膨胀率试验研究。比较分析干密度、自由膨胀率和液塑限随重金属浓度、水泥掺量的变化规律。试验表明,随着重金属Pb、Cd浓度的增加,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率增大,而液塑限降低;掺入水泥后,污染膨胀土的干密度和自由膨胀率随着水泥掺量的增加而降低,液塑限提高,并且水泥对铅污染膨胀土的固化效果优于镉污染膨胀土。     

地聚物-水泥固化土石混合体试验与固化机理研究

【目的】研究水泥取代率对地聚物-水泥固化土石混合体抗压强度和破坏形态的影响,揭示地聚物-水泥对土石混合体的固化机理。【方法】通过无侧限抗压强度试验、含水率测定试验、扫描电镜试验和X射线衍射试验,探究水泥取代率对偏高岭土-矿渣-水泥基地聚物固化土和粉煤灰-矿渣-水泥基地聚物固化土抗压强度、破坏形态、含水率、微观形貌和矿物成分的影响及它们随龄期的变化规律。【结果】水泥取代率为0%～20%时,固化土抗压强度与水泥取代率成正比。偏高岭土-矿渣-水泥基地聚物和粉煤灰-矿渣-水泥基地聚物的最优水泥取代率为20%,此时其相应固化土的14 d抗压强度分别为2 510.90、2 532.14 kPa;随着水泥取代率的增加,固化土破坏模式由鼓胀破坏逐渐转变为劈裂破坏;养护时间为14 d时,20%水泥取代率的固化土的含水率最低,水化反应最充分;反应生成的水化硅酸钠(N-A-S-H)和水化硅铝酸钙(C-S-H)凝胶在孔隙中起胶结和填充作用。【结论】适当的水泥取代率可以提高水化反应速率,促进水化产物的生成,有效提升地聚物-水泥对土石混合体的固化效果。     

FeSO4-GFC胶凝材料固化/稳定Cr(VI)污染土的工程结构理化特性

为研究固化/稳定后Cr(VI)污染土的工程结构理化特性,以硫酸亚铁(FeSO4)和碱性工业废渣胶凝材料(简称GFC)固化/稳定后Cr(VI)污染土为试验对象,分别剖析了药剂组分、养护时间对FeSO4-GFC胶凝材料固化/稳定Cr(VI)污染土的工程结构理化特性的影响规律.结果表明：提高GFC的掺量和养护龄期可快速增加修复土的pH、最大干密度、液限、典型粒径,提高修复土的物理性质;但提高GFC的掺量和养护龄期会造成修复土氧化还原电位增大,弱化了Cr(VI)的还原效果,增加环境风险,FeSO4-GFC会显著改变修复后Cr(VI)污染土的工程结构,引起比表面积和平均孔径变小.GFC生成的C－A－S－H、C－S－H和AFt等物质,会造成污染土颗粒出现团聚现象,改变了修复后粒径分布、孔隙结构和物质组成,这是FeSO4-GFC固化/稳定后的Cr(VI)污染土理化性质改变的内在原因.     

六氯苯污染土壤的固化稳定化

针对六氯苯污染土壤以及农药、化工等重污染场地毒性有机物的控制与治理,该文通过在去离子水、硫酸/硝酸混合溶液(pH=3.20±0.05)和醋酸缓冲溶液(pH=4.93±0.05)3种浸提剂情景下的静态浸出试验、长期浸出试验和固化体微观形貌观察等,分析评价了含六氯苯污染土壤模拟样品的固化稳定化效果。试验结果表明:添加质量分数30%—50%水泥便可以实现98%—99%的六氯苯固定率;3种情景下模拟样品121d的累积浸出率,除醋酸缓冲溶液下的石英砂样品达1.09%外,其余样品的浸出率均小于1%,进一步说明水泥对污染土壤中六氯苯有很好的固化稳定化效果;长期浸出过程主要经历了快速溶出、缓慢的扩散迁移和相对稳定3阶段,由于六氯苯的相对稳定性和低水溶性,长期浸出试验在20d后基本进入稳定期。     

MC固化高浓度锌铅镉污染土的浸出和强度特性

为了研究新型固化剂MC处理某高浓度Pb、Zn、Cd污染土的固化稳定化效果,通过开展MC固化污染土室内酸碱度试验、醋酸缓冲溶液法和硫酸硝酸法毒性浸出试验以及无侧限抗压强度试验,研究MC固化污染土的pH值、浸出毒性及强度特性,同时探讨其特性间相互关系,并结合改进BCR多步提取法分析其作用机理.试验结果表明,MC固化土pH值随龄期先快速增长后缓慢降低,其28 d pH值在8.93~9.03间;同时MC能够显著降低污染土的重金属浸出浓度值;MC能有效降低重金属弱酸提取态含量,增加其残渣态含量;MC固化土养护28 d的qu值在620.63~1 004.76 kPa间,显著高于未固化土,且其随固化土pH值增长而增长;而醋酸缓冲溶液法及硫酸硝酸法浸出液pH值与其重金属浸出浓度间呈现良好负相关性;固化土弱酸提取态的重金属提取率显著高于2种毒性浸出方法,且其差异性随MC掺量增加而增大.     

偏高岭土基地聚物改良土最优配比及固化效果分析

地聚物是一种具有快硬、高强、低收缩等特点的新型绿色胶凝材料,对于改善软弱土体的坚固性、稳定性和耐久性十分有利。通过对偏高岭土基地聚物改良土开展不同配比下的强度特性试验及扫描电镜试验,探讨了地聚物改良土的最佳配比,分析了地聚物材料组分对改良土力学特性及固化效果的影响,结果表明：地聚物改良土抗压强度随偏高岭土和碱激发剂掺量的增加呈现先增后减趋势,偏高岭土和碱激发剂掺量最优配比为2：1,且二者在土中的最经济掺入比为12%;相同掺比下的地聚物改良土和普通硅酸盐水泥土、以及纯黏土的抗压、抗剪、抗劈裂强度及电镜扫描结果则表明,地聚物改良土强度性能均优于其他两者,团聚固化效应依次减弱;地聚物改良土破坏现象表明,随着地聚物掺量增加,其破坏模式由塑性剪切破坏向脆性劈裂破坏发展。本文成果可为偏高岭土基地聚物改良土的应用推广提供参数设计依据。     

有机固化剂作用下重金属污染土的力学体变特性

在低围压90、120、240 k Pa和相对中高围压600、900、1 200 k Pa的条件下,对原状土、重金属污染土与添加有机固化剂(环氧固化剂1.5%、环氧固化促进剂2.6%、稀释剂1.0%)的重金属污染土试样进行了三轴固结排水剪切对比试验,并绘制了3种土样的力学体变特性曲线.试验结果表明:添加有机固化剂能显著提高重金属污染土的强度,有效改善重金属污染土在低围压作用条件下体胀、中高围压下作用下体缩的力学特性.根据Pietruszczak硬化准则建立了重金属污染土的双屈服面体变本构模型,该模型克服了传统单曲面模型不能描述污染土体变临界状态的缺陷,较为合理地反映了重金属污染土的体变过程.     

离子固化淤泥土的强度特征与破坏模式

为了使废弃的淤泥获得工程价值,提高淤泥土的强度,通过对不同掺量的水泥和离子固化剂的配比,研究固化后淤泥在不同龄期下无侧限抗压强度,分析了水泥掺量和离子固化剂掺量对固化土抗压强度的影响,确定了离子固化剂的最佳掺量,得出了淤泥离子固化土的两种破坏形态。结果表明:淤泥固化土的抗压强度与水泥掺量成明显的线性递增关系,当离子固化剂的掺量达到0.02%时抗压强度不再明显的增加,甚至会降低;离子固化剂固化淤泥土有利于提高早期强度;当6%水泥和0.02%离子固化剂掺量时可达到工程要求,可见淤泥离子固化土的研究具有重要的工程意义。     

土凝岩新型固化剂稳定路基粉质黏土的干缩性能

为探究土凝岩新型固化剂稳定路基粉质黏土的干缩性能,对粉质粘土添加土凝岩新型固化剂和传统固化剂水泥后的干缩进行对比试验探究,并利用IBM SPSS Statistics与MATLAB数据处理软件对两种固化土进行无重复双因素回归曲线估计分析,结果表明:水泥掺量6%与土凝岩固化剂掺量8%固化土的干缩应变较小,两种固化土在失水率达到最优含水率左右出现干缩应变最大值,同时前15天所产生的干缩应变在整个稳定应变的80%之上,固化剂的干缩应变与失水量(相应的含水量)关系较密切且掺量对干缩应变的影响大于时间因素,土凝岩新型固化剂的前期保水性较优可延缓与减小收缩,利用时间与干缩应变倒数回归曲线方程式反映实际固化土干缩应变。整体这种新型固化剂不仅充分利用了工业废料并在干缩性能上还略优于水泥,说明这种经济环保土凝岩新型固化剂在稳定粉质黏土的干缩性能上可代替水泥使用。