生物炭修复高浓度铅锌污染土的试验研究

将5%、8%和10%的水稻秸秆制成的生物炭作为修复铅锌污染土的固化剂,水泥材料作为对比固化剂,对高浓度铅锌污染土场地进行修复试验。研究结果表明:土体修复完成并养护56 d龄期后,与水泥固化土相比,生物炭固化土的pH值呈中性、且土壤肥力更高;毒性浸出试验中生物炭对重金属固化效果更优;生物炭掺量为8%、10%的固化土,种子发芽率大于80%;试验用各掺量下水泥固化土的种子发芽率均低于80%,即水泥固化土无法使试验用种子发芽。这表明采用生物炭固化重金属污染土,更适合土体的种植再利用。     

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。     

赤泥基固化剂固化/稳定铅锌镉污染土的强度及浸出特性研究

采用赤泥–磷石膏–水泥(RPPC)、赤泥–磷石膏–生石灰(RPCA)两种赤泥基固化剂以及普通水泥(PC)对人工制备的铅、锌、镉污染土进行固化/稳定化,进一步优化赤泥基固化剂的配比。对养护7和28d后的试样开展无侧限抗压强度、毒性浸出试验和pH梯度试验。研究发现,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,赤泥基固化剂固化样的无侧限抗压强度逐渐增加,且强度间差值逐渐增加。三种固化剂的固化样浸出液pH值均分布在7～9范围内。28 d养护龄期后,15%掺量的赤泥基固化剂均有较好的强度和固化效果。相较而言,RPPC固化剂比RPCA固化剂具有更好的固化/稳定化效果,其无侧限抗压强度较高,重金属浸出浓度较低。pH梯度试验结果表明,pH=8时RPPC固化样的重金属浸出浓度最低。不同的浸提剂pH值下,浸出浓度仍满足随掺量增加而增加的趋势。     

磷矿粉稳定铅污染土的溶出特性研究

采用磷矿粉作为稳定剂对铅污染土进行修复处理。通过毒性浸出试验（TCLP）,研究磷矿粉稳定铅污染土的溶出特性,探讨了不同磷矿粉掺量和养护龄期对铅、钙溶出量的影响,分析不同初始铅浓度作用下铅、钙的溶出规律。结果表明：铅溶出量随磷矿粉掺量和养护龄期的增加而减小,钙溶出规律与之相反,钙溶出量与铅溶出量存在线性负相关性;稳定污染土和浸出液的pH值受初始铅浓度影响显著,并随着磷矿粉掺量增加而逐渐增大。     

SPB和SPC固化稳定化镍锌污染土的强度及环境特性研究

以某汽配厂搬迁遗留电镀车间的镍(Ni)、锌(Zn)复合污染土为研究对象,研究2种新型固化剂SPB和SPC固化稳定化污染土的强度及环境安全特性。通过室内试验研究2种固化剂修复污染土的无侧限抗压强度(qu)、干密度(rd)、酸碱度(pH)、酸缓冲能力(ANC)及重金属浸出毒性、重金属形态分布等参数随固化剂掺量和养护龄期的变化规律。室内试验结果表明,污染土经固化剂SPB和SPC处理后q_u和rd显著提高,相同固化剂掺量、反应稳定(28 d)后,SPC固化土qu略高于SPB固化土,2种固化土rd基本相同;固化剂SPB和SPC使活性形态重金属转化为较稳定形态,重金属浸出浓度显著降低,但2种固化剂对重金属的固化稳定化效果存在差异,固化剂SPC固化稳定化Ni的效果优于固化剂SPB,而固化剂SPB固化稳定化Zn的效果更优;固化土pH显著提高,其中固化剂掺量10%、反应稳定后,SPB和SPC固化土pH分别为9.51和9.07;SPB和SPC固化土ANC均显著提高。另外,小试试验结果表明,SPC固化土pH低于PC固化土;固化剂SPC在短期养护(7 d)的固化效果优于PC。研究结果可以为固化剂SPB和SPC在实际工程的现场应用提供参考和建议。     

重金属污染场地原位固化稳定化修复试验研究

以甘肃省某铅锌冶炼厂高浓度铅(Pb)、锌(Zn)和镉(Cd)复合污染场地为对象,开展新型固化剂SPC原位固化稳定化(S/S)技术修复现场试验研究。进行含水率、p H值、浸出毒性和重金属形态分布和动力锥贯入试验,以考察修复前后污染土理化、浸出及强度特性变化,评价SPC原位S/S技术的修复效果,并初步探讨相关机制。试验结果表明SPC原位S/S技术能显著降低污染土含水率,提高其p H值;修复后Pb,Zn和Cd浸出浓度值显著降低,且均能满足相应限值要求;SPC修复能够有效降低土中重金属弱酸提取态含量,并将其转化为残渣态,同时显著提高土层贯入阻力值。提高SPC掺量可进一步增强其对污染土的修复效果。     

生物炭对不同土体干缩开裂特性的影响及其机理研究

自然界许多土体失水干缩后常发育裂隙，引起各类工程地质问题，在土中掺入生物炭可以有效改变土体干缩开裂特性。本研究重点针对下蜀土、红黏土两种特殊土体，探究了不同掺量木质生物炭（0,0.01,0.03,0.05,0.1 kg/kg）对土体干缩开裂特征的影响，并结合微观结构分析及液塑限试验结果，阐明了影响机理。结果表明：(1)生物炭对于不同土体的影响有显著区别。生物炭能够加快下蜀土裂隙发育初期的速度，但会降低后期裂隙发育速度并抑制开裂；抑制效果随着掺量的增加而增强，裂隙比最高可下降32.2%。生物炭显著促进红黏土的裂隙发育，且促进效果随着生物炭掺量的增加而愈加明显，裂隙比最高可上升80.4%。(2)生物炭通过两种方式影响土体干缩开裂，一方面是作为非塑性材料占据土体可收缩空间；另一方面是影响土体颗粒的水化膜厚度进而影响土体膨胀。不同生物炭改性土体的开裂特性的不同取决于两种作用方式的相对强弱。     

生物修复Cu~(2+)、Pb~(2+)污染土的稳定性

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)技术可用于地基加固和污染土修复,由于其良好的效果,日益受到了人们的关注。MICP过程中通过吸附固定重金属,对污染土起修复作用,但实践中对MICP修复污染土的长期稳定性还研究较少。通过测定不同酸液、冻融循环条件下修复土中可交换态重金属的改变量发现:污染土经3次生物修复后,铜、铅可交换态含量分别降低了74.8%~79.4%和91.3%~93.2%;在冻融循环下,可交换态重金属含量仅有小幅增加,但在酸性溶液中,修复土中可交换态重金属的含量随pH值的减小而增大,在pH值为2.5的模拟硝酸型酸雨溶液中,可交换态铜、铅含量分别平均增加了27.2%和23.6%,故强酸环境对修复土的稳定性影响较大。     

碱激发水泥固化稳定重金属污染土的强度和浸出特性试验研究

以固化重金属工业污染土为研究对象,采用两种碱激发水泥固化剂(A、B)对重金属污染土进行固化稳定处理。选用pH值、无侧限抗压强度试验、浸出和形态提取试验分别研究固化剂掺量和养护龄期对固化土强度、浸出及赋存形态的影响规律。强度和浸出试验结果表明:由火碱、偏高龄土或由消石灰、泡花碱组成的两种碱激发剂与普通硅酸盐水泥构成的固化剂(A、B)均可以改善污染土的强度特性,降低重金属Cd、Pb、As、Zn的溶出,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,固化土A和B的强度、浸出及赋存形态均明显改善。但相同掺量和养护龄期条件下,固化土A的强度、溶出均好于固化土B。赋存形态试验结果表明:固化土A中Cd、Pb、As、Zn形态稳定性明显优于固化土B中的同类重金属,固化剂A可将污染土中的Cd、Pb、As、Zn从弱酸态向可氧化态和残渣态转化,而固化剂B可将污染土中的Cd、Pb、As、Zn从弱酸态向可还原态转化。固稳机制不同是固化土A、B的强度、浸出及赋存形态差异的根本原因。     

水泥固化铅污染土的电阻率特性与经验公式

为探讨电阻率法在水泥固化重金属污染土性能评价中的应用潜能,室内配制人工铅污染土,采用水泥固化后测试其电阻率和无侧限抗压强度,分析固化土电阻率的变化规律,建立固化铅污染土的电阻率公式,并探讨电阻率与无侧限抗压强度的相关关系。试验结果表明,固化土电阻率随铅含量增大而减小,随着水泥掺入量和养护龄期的增加而增大,随着孔隙率和饱和度的减小而增大。提出了一个能够综合反映铅含量、水泥掺入量和养护龄期等因素对固化土电阻率影响规律的表征参数(nt·Pb100ew)/(aw·T0.5),用该参数替换Archie电阻率公式中的孔隙率,得到了水泥固化重金属污染土的电阻率经验公式,将Archie电阻率公式扩展应用到固化重金属污染土领域。固化土电阻率与强度之间近似服从幂函数关系。电阻率法是一种有效的重金属污染土固化效果评价方法,且其具有快捷、无损等优势,可推广应用。     

烧结赤泥对磷酸镁水泥力学性能的影响及重金属固化效果研究

掺加烧结赤泥制备钙系磷酸镁水泥材料,通过力学性能测试、XRD和SEM分析研究了烧结赤泥掺量和反应条件对磷酸镁水泥微观形貌和力学性能的影响,并对重金属固化作用进行了初步探讨。结果表明:当烧结赤泥掺量为7%时,磷酸镁水泥的抗压强度达最大值43.27 MPa、凝结时间13.4 min、流动度127 mm。此外,磷酸镁水泥能显著降低烧结赤泥中的重金属元素Pb~(2+)、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Ni~(2+)的浸出浓度,浸出浓度远低于相应的鉴定标准,对其中所含的毒重金属元素均具有很好的固化效果。     

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。     

生物炭改性土的甲烷吸附试验研究

生物覆盖层是一种新型生活垃圾填埋场覆盖层,对比传统的压实黏土覆盖层其具有较高的甲烷氧化能力,减少垃圾填埋场甲烷的释放。生物炭作为生物覆盖介质,除了提高土壤甲烷氧化能力之外,其较大的比表面积还能增加甲烷吸附能力。为更好地理解生物炭对土壤的甲烷吸附特性的影响,通过批量吸附试验研究生物炭改性土在不同甲烷初始浓度与生物炭掺量下的甲烷吸附能力。试验结果表明添加生物炭能提高土壤甲烷吸附能力,相比较原土,炭掺量为20%的改性土最大甲烷吸附量提高了一个量级,甲烷吸附能力得到明显提高主要得益于生物炭的多孔结构。并且生物炭改性土的吸附特性均符合Lagergren准二级吸附动力模型和Langmuir等温吸附模型。     

固化/稳定化和软土加固污染土的强度和浸出特性研究

研究了固化/稳定化和软土加固两种土壤搅拌技术修复英国Yorkshire郡的重金属及有机物复合污染土的强度和浸出特性。使用的固化剂为氧化镁和高炉矿渣。选取现场固化/稳定化和软土加固处理后取回实验室分别养护1.5 a和1a的试样,开展了无侧限抗压强度和浸出试验,研究了场地深度对两种技术处理复合污染土的强度和浸出特性的影响。研究结果表明,氧化镁–高炉矿渣可以显著提升污染土强度,固化土无侧限抗压强度均值均超过英国的设计值350 kPa;浸出结果表明修复后除部分样中Ni不达标,Cu和Pb的浸出浓度均达到英国饮用水标准。氧化镁和高炉矿渣联合使用可以有效固化Ni。相较于软土加固技术,固化/稳定化技术修复污染土pH值更高、Ni浸出浓度和有机物浸出浓度更低,在固化重金属和有机物复合污染土方面效果更加显著。场地深度对修复后污染土的性质影响微弱。     

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。     

碱激发高炉矿渣固化铅污染土酸缓能力、强度及微观特性研究

采用碱激发高炉矿渣对铅污染土进行固化稳定处理,并研究其固化稳定机理。结果表明:随着固化剂掺量提高,GGBS-MgO固化铅污染土酸缓能力的固化污染土酸缓冲系数β随之提高;铅能够抑制GGBS-MgO进行水化反应,致使GGBS-MgO固化铅污染土比表面积远低于同掺量的固化未污染土;GGBS-MgO固化铅污染土q_u均低于相同掺量下固化未污染土,且无侧限抗压强度与其比表面积间存在明显的线性关系;SEM和XRD结果显示,GGBS-MgO固化铅污染土和固化未污染土的试样,主要水化产物都为C-S-H与Ht;累积进汞量和孔径直径结果显示,GGBS-MgO固化未污染土累积进汞量高于固化铅污染土。     

水泥固化重金属铅污染土的强度特性研究

污染场地中开挖出来的污染土利用水泥固化处理（S/S法）后,其污染物质的淋滤特性和土体的强度得到改善,可用于场地的回填和堤坝的填筑等。针对该项技术,对水泥固化稳定后的重金属铅污染土的强度特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过将硝酸铅溶液加入干土中人工制备而成,并考虑了不同铅离子含量和水泥掺量对水泥固化污染土强度特性的影响。试验结果表明：水泥固化污染土的无侧限抗压强度随着水泥掺量以及龄期的增长而提高;与常规水泥土（不含重金属污染物）强度相比,污染土中铅离子含量较低时,强度略有提高,铅离子含量较高时,强度显著降低;不同铅含量水泥土试样的应力应变关系均表现为强度越高,破坏应变越小;试样28 d龄期的变形模量与强度呈较好的线性对应关系。     

胡麻和油菜生物质炭吸附Cu(Ⅱ)的影响因素及其机制

为了探究农业废弃物生物质炭在重金属污染土壤固定化修复中的应用潜力,以2种西北典型的油料作物生物质——胡麻、油菜的秸秆和油渣为原料,热解制得生物炭(600℃下制得胡麻秸秆生物炭标记为FS600,油菜秸秆生物炭标记为RS600,400℃下制得胡麻油渣生物炭标记为FT400,油菜油渣生物炭标记为RT400),采用批量平衡法,研究了4种生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附作用,考察了溶液pH值、吸附时间和Cu(Ⅱ)初始质量浓度对吸附作用的影响,分析了吸附动力学和热力学特征,并探究了吸附机制。结果表明:4种生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附量随溶液pH升高而增大;生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附量随时间延长逐渐增大,到4h前后吸附达到平衡;当Cu(Ⅱ)初始质量浓度由10mg·L-1增加到300mg·L-1时,生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附量先增大,而后达到平衡。Cu(Ⅱ)在生物炭上的吸附动力学符合准二级动力学模型,等温吸附模型符合Langmuir等温方程,4种生物炭对Cu(Ⅱ)的最大吸附量可达每g 9.28(FS600)、8.11(RS600)、4.43(FT400)和5.70mg(RT400)。生物炭对Cu(Ⅱ)的主要吸附机制是表面配位反应和离子交换。本结果可为西北油料作物生物质炭在西北土壤重金属固定化修复的应用提供理论参考。     

水泥固化稳定重金属污染土的工程性质试验研究

随着社会的快速发展,因工业生产以及人类活动引起的地基土重金属污染现象越来越严重。地基土受到重金属污染后,其工程性质会发生改变。固化稳定法是处理重金属污染土地基的常用方法之一。以人工制备的铅或锌重金属污染土为研究对象,通过系统的室内试验,着重研究水泥固化稳定重金属污染土的工程性质。试验结果表明,土体受到污染后,其强度降低;掺入水泥固化稳定的重金属污染土的强度随水泥掺入量以及养护龄期的增加显著增大。通过试验还发现,较低浓度重金属离子的存在可以促进水泥固化土抗剪强度的提高。     

水泥固化铜污染土的强度特性及机理研究

随着中国城市化进程的不断加快,城市工业场地的重金属污染程度也在加剧。地基土受到重金属污染后,其工程性质会发生改变。固化稳定法是处理重金属污染土地基的常用方法之一。针对该项技术,本文试验研究了铜离子掺量、水泥掺量以及养护龄期对固化污染土的强度特性的影响,并对固化机理进行了分析。试验结果表明:当铜离子掺量低于0.3%时,随着铜离子掺量的增加固化污染土强度变化不大;当铜离子掺量达到0.5%时,土体强度显著下降;但随着水泥掺量及养护龄期的增加,土体强度会有一定程度的提高。