水泥和碱渣固化含铅重金属污染土特性试验研究

【目的】改良重金属污染土修复工程中常用的水泥固化/稳定法技术。【方法】以“氨碱法”制碱工艺的碱渣作为添加剂,通过室内试验研究水泥固化含铅重金属污染土的无侧限抗压强度及毒性浸出特性。【结果】固化土强度随养护龄期的增大逐渐提高,随铅离子含量的增大逐渐减小;与单一水泥固化含铅重金属污染土相比,碱渣的掺入使水泥固化土早期强度提高10%~25%,长期强度降低20%~30%,固化土对铅离子的吸附性能得到提高,不同浸出方法中浸出液铅离子浓度随碱渣掺入量的增大逐渐降低。【结论】碱渣的掺入提高了固化剂对铅离子的吸附性能,与等量单一水泥相比,其浸出液中铅离子浓度大幅度降低。

稻壳灰固化重金属污染土的环境特性

为研究稻壳灰固化重金属污染土的环境特性,对稻壳灰和水泥固化镉污染土开展毒性浸出试验和pH值测试,研究稻壳灰和水泥掺量、养护龄期、镉含量对固化污染土环境特性的影响规律以及探讨参数间关系。结果表明:1)镉浸出浓度随着养护龄期增加而不断降低,稻壳灰掺入使得镉浸出浓度总体上先降低后升高,稻壳灰掺量为5%~10%时固化效果较优;镉含量为100 mg/kg时镉浸出浓度满足标准限值;2)固化污染土pH值随着稻壳灰掺量和养护龄期增加先升后降,不同养护龄期下固化土pH值随着镉含量增加均有所降低;3)浸出液pH值随着稻壳灰掺量增加而先升后降,在5%~10%稻壳灰掺量时达到峰值;浸出液pH值随着养护龄期增加而降低;4)镉浸出浓度随着浸出液pH值增大而减小,与pH值较大时固化污染土固化效果较好的结论相一致。

水泥和碱渣固化含铅重金属污染土特性试验研究

水泥固化/稳定法是重金属污染土修复工程中常用的一种技术。文章针对该项技术,以“氨碱法”制碱工艺的碱渣作为添加剂,通过室内试验研究了水泥固化含铅重金属污染土的无侧限抗压强度及毒性浸出特性。试验结果表明:固化土强度随养护龄期的增大逐渐提高,随着铅离子含量的增大强度逐渐减小;与单一水泥固化含铅重金属污染土相比,碱渣的掺入使得水泥固化土早期强度提高了10%~25%,长期强度降低了20%~30%,固化土对铅离子的吸附性能得到了提高,不同浸出方法中浸出液铅离子浓度随碱渣掺入量的增大逐渐降低。

水泥固化重金属污染土干湿循环特性试验研究

水泥固化/稳定法是修复污染土地基的常用方法,修复后的固化土在外界环境干湿循环作用下的稳定性如何是事关修复成败的关键所在。通过系统的室内试验,着重研究了水泥固化Pb2+、Zn2+污染土在干湿循环作用下的强度特性、淋滤特性以及微结构变化规律,揭示了水泥固化重金属污染土的微观作用机制。试验结果表明,固化土体的强度及淋滤特性随着水泥掺量的增加得到了显著改善。固化重金属污染土的无侧限抗压强度随干湿循环次数的增加先增大,达到峰值后,随干湿循环次数的继续增大而减小。污染物掺量较低时,重金属离子的滤出浓度在干湿循环作用初期略有降低,此后则有所增加,但变化幅度较小;高污染物掺量时,滤出液中的重金属离子浓度较高,且随着干湿循环次数的增加而不断增大。低污染物掺量下,水泥对Pb2+及Zn2+固化效果相差不大;高污染物掺量下,水泥对Zn2+的固化效果较好。经过干湿循环作用后的固化土的扫描电镜试验结果与与其宏观力学及淋滤特性指标变化规律一致,从微观角度揭示了固化土工程性质的变化机制。

水泥-粉煤灰固化/稳定重金属污染土的电阻率特性试验研究

固化/稳定法修复重金属污染土固化机制的研究方法多基于力学测试和化学分析,因而提出无损、快捷方便且经济有效的物理评价方法是目前亟待解决的关键问题。通过系统的室内试验,利用电阻率法研究了水泥-粉煤灰固化重金属污染土的微观作用机制,并建立了基于电阻率的固化铅污染土无侧限抗压强度预测模型。试验结果表明,随着养护龄期的增加,试样电阻率、孔隙水电阻率、结构因子、形状因子均显著增大,而各向异性系数则随之减小。而增加重金属离子浓度,电阻率、孔隙水电阻率以及平均形状因子明显减小,各向异性系数A则逐渐增大。扫描电镜分析结果与电阻率参数变化规律吻合,进一步验证了电阻率法揭示水泥-粉煤灰固化重金属污染土微观作用机制的可行性。此外,电阻率与无侧限抗压强度之间存在良好的线性关系,可作为评价固化土体力学性能的指标。

高钙粉煤灰固化重金属污染土的工程性质试验研究

高钙粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废物,其堆放不仅需占用大量土地,而且对周围环境存在严重威胁。通过系统的室内试验,着重研究了高钙粉煤灰固化铅与锌污染土的工程性质,揭示了其作用机制,探讨了利用高钙粉煤灰固化重金属污染土的可行性。试验结果表明,土体受到重金属离子污染后其无侧限抗压强度降低,掺入高钙粉煤灰可提高土体强度,并能抑制重金属离子的滤出;污染物浓度较低时,固化污染土中的Pb^(2+)和Zn^(2+)均能得到有效固化,污染物浓度较高时,Zn^(2+)的固化效果优于Pb^(2+)。干湿循环试验结果表明,高钙粉煤灰固化污染土的强度随干湿循环次数的增加,先增大后减小;固化土体中重金属离子浓度较低时,滤出液中金属离子浓度随干湿循环次数增加而增大;重金属离子浓度较高时,滤出液中金属离子浓度基本保持不变。

重金属污染土电阻率影响因素的试验研究

为探究重金属污染物浓度、含水率、土类型等因素对重金属污染土电阻率的影响,为电阻率法在重金属污染场地中的应用提供理论依据,采用标准的3因素3水平的正交试验表制定试验方案进行正交试验,为了更加明确三因素对土电阻率的影响,进行不同类型土分别在不同重金属污染物浓度和不同含水率下的土电阻率测试试验,用自制室内电阻率测试装置进行测试。结果表明:在软土地区,当土体受重金属污染时,影响重金属污染土电阻率变化的主次因素依次是重金属污染物浓度、含水率、土的类型。土的电阻率随着含水率的增加而呈指数减小,重金属污染土的电阻率随着重金属污染物浓度的增加而呈指数减小,在同一超标倍数下,不同类型土电阻率变化率由大到小的顺序为:粉质粘土﹥淤泥质粉质粘土﹥淤泥质粘土。

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.

硫酸盐侵蚀条件下固化重金属污染土强度及浸出特性（英文）

污染土修复常采用固化稳定化技术。固化稳定化重金属污染土在酸侵蚀条件下其重金属离子会重新溶出,从而导致对周边环境的二次污染。以常用的水泥、粉煤灰和石灰为固化剂原料,设计不同组合及配比的固化剂,通过无侧限抗压强度试验及硫酸/硝酸法毒性浸出试验研究固化重金属污染土在酸侵蚀条件下的强度及浸出特性。探讨固化剂类型、硫酸盐浓度(1.5,3.0,6.0 g/L)和侵蚀龄期(0,7,14,28 d)对固化重金属污染土的强度及溶出浓度的影响,并引入固定率参数,进一步量化考察侵蚀龄期和侵蚀浓度对重金属离子固定率的影响。结果表明:重金属离子的浸出量随着硫酸盐侵蚀浓度和侵蚀龄期的增加而增加;相对而言,含氧化钙的固化剂对重金属污染土的固化效果较差,重金属离子浸出量大,固化率低。

重金属污染土防渗注浆材料的力学性能(英文)

采用水泥基复合注浆材料对有色金属矿区重金属污染土进行防渗隔离处理。水泥、粉煤灰和矿渣等主要材料分别以不同组分与水玻璃混合形成3种复合注浆材料。采用倒杯法试验、无侧限抗压强度试验等方法研究不同水玻璃掺量、波美度以及粉煤灰和矿渣掺量对复合注浆材料凝胶时间和抗压强度等力学性能的影响规律。此外,采用XRD和SEM等测试方法,从材料的物相组成及微观结构方面进一步分析了复合注浆材料的力学特性。研究结果表明:凝胶时间随着水玻璃掺量和波美度的增大而延长;粉煤灰可以显著延长凝胶时间,但使用矿渣代替部分粉煤灰会使凝胶时间略有减少。当水玻璃掺量在20%以下时,复合注浆材料抗压强度随着水玻璃掺量的增加而增加,当水玻璃掺量超过20%,抗压强度显著降低;抗压强度随波美度的增加而增大;粉煤灰和矿渣可提高复合注浆材料的抗压强度。

生物炭对重金属污染土壤理化性质及菠菜生长的影响

通过盆栽试验,研究果木炭与猪粪炭在0,5%和10% (以风干土计)添加量下对矿区重金属污染土壤理化性质及菠菜生长的影响。结果表明:在重金属污染土壤中添加5%和10%的果木炭(G5, G10)和猪粪炭后(Z5, Z10),土壤pH较CK组(不添加生物炭)分别提高了0.02、0.05、0.04和0.08个单位。速效钾含量及菠菜吸钾量随两种生物炭施用量的增加而增加,而有效磷含量及菠菜吸磷量随两种生物炭施用量的增加略有下降。相较果木炭,猪粪炭对重金属污染土壤的速效钾和有效磷的提升更为显著。添加生物炭后,菠菜鲜重与株高也有所增加,但与施用量不呈正相关,与供试土壤物理性状及菠菜生长所处的光照、温度及湿度条件等有关。综合来看,本试验中添加猪粪炭的施用效果优于果木炭,且10%的用量效果较佳。

活化钢渣在固化稳定化工业重金属污染土中的应用

针对钢渣基可持续型固化剂在工业重金属污染土固化稳定化的应用效果进行了试验研究,以重金属固定效率为评价标准,得到了磷酸盐活化钢渣的工艺参数。结果表明,磷酸二氢钾活化可以明显改善钢渣对重金属铅锌镉的固定效果。磷酸二氢钾和钢渣质量比为2%~4%时,通过湿法拌合、20℃风干制得的活化钢渣对重金属铅锌镉的固定效果最佳。并进一步以非活化钢渣作为对比,分析了活化钢渣固化铅锌镉污染土的环境安全及强度特性。结果表明,活化钢渣添加可以显著降低重金属铅锌镉的浸出浓度,提高污染土的pH值。活化钢渣的添加可以提高污染土的无侧限抗压强度,并随着固化剂的掺量的增加而增长;与未活化钢渣相比,钢渣的活化过程会削弱固化土的强度增加,而且固化剂掺加量越大削弱程度越大。

水泥固化重金属污染土的强度及环境特性：试验及数值模拟

为了探究碳化作用下水泥固化/稳定化重金属污染土的强度、环境特性,开展碳化作用下水泥固化污染土在重金属种类、重金属含量、水泥掺量、含水率、养护龄期等条件下的强度试验;并用固化土作地基加固桩,通过COMSOL软件模拟桩体在运营期间Zn^(2+)、Cu^(2+)、Pb^(2+)的对流-弥散过程。强度试验表明,Pb^(2+)影响较小,而Cu^(2+)和Zn^(2+)延长了水泥水化、初凝和终凝时间,并显著降低强度。重金属含量的减少和水泥掺量的增大,提高了固化污染土的强度。在早期碳化作用中,形成的碳酸盐沉淀具有骨架作用,提高了固化土的强度;后期沉淀附着在水泥水化产物表面,阻碍碳化反应发生,固化土强度降低。模拟结果表明,前期运移速率Pb^(2+)>Zn^(2+)>Cu^(2+),后期Cu^(2+)>Zn^(2+)>Pb^(2+)。复合桩体材料使地下水体中污染物浓度显著降低。

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。

长期冻融循环下固化铅锌镉复合重金属污染土抗剪强度及浸出特征研究

为了评估长期冻融循环后(最长90d(次))固化复合重金属污染土的的抗剪强度及浸出特征,采用水泥、生石灰和粉煤灰按比例混合的复合固化剂固化/稳定化铅锌镉复合重金属污染土进行三轴压缩试验及毒性特征浸出程序试验.结果表明,固化污染土体的内摩擦角仅在冻融循环3次内有明显增加,增加率高达96.3%;粘聚力在冻融循环30次内总体趋势不断下降,之后无显著变化,最终下降率达到54.23%;Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+)浸出浓度与冻融循环次数呈正比;EC值与冻融循环次数在总体上正相关;长期冻融循环作用后浸出液的pH值降低.并通过扫描电子显微镜,进一步探究长期冻融循环下固化污染土抗剪强度及浸出特征的劣化机理,结果显示在冻融循环后期固化土体内生成了大量的延迟钙矾石,这些延迟钙矾石在形成过程中的膨胀作用是引起抗剪强度损失、重金属浸出浓度升高的主要原因.

重金属污染土的热导率特征试验研究

为了研究重金属污染土的热传导特征,在室内分别拌制了黏土、粉质黏土的不同重金属污染成分(Pb,Zn)、不同污染浓度N、不同含水率ω和干密度ρ_d的重金属污染土试样,采用非稳态热探针法对不同状态下的污染土体热导率进行了测试.试验结果显示,4种重金属污染土有相似的变化规律,即在相同的含水率下,热导率随污染浓度的增加而线性增大;在相同的污染浓度下,热导率随含水率的增加而呈指数关系增大,随干密度的增加而线性增大,与未污染土的表现特点相似.通过分析污染土归一化热导率与污染浓度的关系,建立了适用于重金属污土的热导率预测方法,可用于估算特定重金属污染土的热导率值.

玉米秸秆生物炭修复重金属污染土的性能试验研究

绿色高效修复重金属污染土问题受到工程界的密切关注。文章试验探讨了玉米秸秆生物炭修复铜锌重金属污染土PH值、强度、肥力和毒性演化规律。试验结果表明,基于玉米秸秆生物炭修复铜锌重金属污染土是有效可行的,并发现修复污染土的PH值和绿豆发芽率随着生物炭掺量的增加而提高,但土的抗剪强度则有所降低,生物炭修复重金属污染土,有利于降低重金属污染土对农作物影响,但其工程特性发生劣化,为实际修复污染土的工程应用提供了参考。

稻壳灰固化重金属污染土力学性能及微观结构研究

为研究废弃物稻壳灰处理重金属镉污染土的固化/稳定化效果,开展低水泥掺量作用下稻壳灰固化镉污染土无侧限抗压强度及微观试验,研究养护龄期、稻壳灰掺量和镉含量对固化污染土应力-应变特性、抗压强度、破坏应变和变形模量的影响规律以及探讨参数间关系,并分析不同污染条件下固化土微观结构变化。研究结果表明:固化土应力-应变过程分为压密阶段、弹性变形阶段和破坏阶段。随着龄期增加,固化土峰值应力和破坏应变分别增大和减小,应力-应变曲线上升和突降变化明显,固化土脆性增大。峰值应力随稻壳灰掺量和镉含量增加均先增大后减小,稻壳灰掺量和镉含量较高时固化土峰值应力大幅降低。低水泥掺量下,5%~10%稻壳灰掺量有助于提高固化土强度。镉含量对固化土强度存在临界值,随着龄期增加,临界值由1 000 mg/kg转变为100 mg/kg,且高镉含量下土体强度劣化显著。固化土破坏应变和变形模量随抗压强度增加分别减小和增大,破坏应变和变形模量存在线性关系。固化土体在未污染条件下生成大量针棒状和絮凝状产物,形成空间网状结构,共同支撑土体并提高强度。重金属镉作用下反应产物减少,固化作用被抑制。

Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)重金属污染土力学特性及本构关系室内实验研究

针对重金属(Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+))污染土孔隙比高、压缩性大、抗剪强度低、承载力差等原因导致的地基强度低、变形大和不均匀沉降等问题。采用室内实验方法对重金属污染土力学特性和本构关系进行了研究。实验表明:与未污染的原状土相比,重塑土的黏聚力与内摩擦角均显著降低;在相同围压下,随着污染土中重金属含量的增加,污染土的峰值强度逐渐降低;污染土中重金属含量对土体的压缩性有显著影响,含量越高、压缩性越强。基于Mastsuoka-Nakai准则与Mises流动法则,给出了考虑多种重金属影响的污染土的本构关系式。

重金属污染土的工程性质及微观结构研究

利用纯净的粘土和重金属离子溶液,配制了不同含量的重金属污染土进行击实实验,获得了相对应的最优含水率,按照最优含水率重新配置土样,并通过直接剪切等其他工性试验,探讨了重金属的存在对土体工性的影响,在工性试验的同时,对不同的污染土进行SEM扫描,研究了其微观结构的变化规律,试验结果表明:土中重金属浓度的增加导致土中粘粒的含量逐渐减小,颗粒团聚,出现大孔隙,同时其工性变差,强度降低。