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。     

赤泥改性生物炭修复铅污染土性能研究

土壤的重金属污染是制约社会可持续发展的重要环境难题，在“双碳”背景下，本文通过共热解制备赤泥改性生物炭(RMBC),研究RMBC对铅污染土的理化性质、修复效果和工程特性的影响。结果表明，RMBC可以增加铅污染土的pH值并降低其电导率(EC)值。RMBC的掺量越大pH值越高EC值越小。通过盐酸萃取浸出毒性发现随着RMBC掺入量和修复时间的增加土中Pb(II)浸出浓度越低，7%掺量的RMBC对重金属铅污染土的修复效果最好。此外，RMBC的掺入可以增加土体的密实度在一定程度上提高土的承载能力和抗渗能力。借助微观分析揭示了RMBC的修复机理包括络合作用、离子交换和沉淀反应。赤泥改性生物炭能够有效吸附-固定土中的重金属离子，并改良土体的相关性能，在污染修复和工程应用方面具有潜力。     

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。     

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。     

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。     

磷酸镁水泥固化铜污染土的冻融稳定性研究

为研究重金属污染土的固化强度和长期稳定性,以磷酸镁水泥固化铜污染土为研究对象,进行基于冻融循环次数、磷酸镁水泥掺量、铜离子浓度等因素的强度和扫描电镜试验,给出冻融循环作用下固化铜污染土的无侧限抗压强度特征以及微观机制。研究表明:随着冻融循环次数增多、铜离子浓度的提高及磷酸镁水泥掺量的减少,固化土的无侧限抗压强度逐渐降低。3和12次冻融循环下固化污染土的无侧限抗压强度降低率最小,无侧限抗压强度降低率在冻融循环次数为6～9次时达到峰值。磷酸镁水泥固化低浓度重金属铜污染土的抗冻稳定效果显著,随金属离子浓度的增加固化土的冻融稳定性能降低。基于扫描电镜试验得到固化污染土的微观孔隙结构,当铜离子浓度0.5%且冻融6次时,磷酸镁水泥掺量从5%到20%,微观统计孔隙所占百分比减小17.43%,验证了强度变化机制。研究成果为我国冻土地区的重金属污染场地固化处理的长期稳定性评价提供参考,具有理论指导意义和工程应用价值。     

锌污染黏土工程性质的试验研究

随着全球经济的持续发展,地基土重金属污染现象越来越严重,给工程建设带来严重的危害,而重金属污染土的工程性质研究较少。为进一步揭示锌污染黏土的工程性质,开展了人工制备锌污染土的系统室内试验。试验结果表明:随着锌离子浓度的增加,污染土的土粒相对密度增大,液、塑限减小,塑性指数增大。锌污染土的压缩性增大。压缩系数随锌离子浓度的增大而呈增大的趋势,压缩模量呈减小的趋势。污染土的抗剪强度随锌离子浓度的增大而减小。污染土的不排水不固结应力-应变关系曲线呈应变硬化型,呈塑性破坏特征。     

低碳固化剂修复重金属污染黏土的水动力参数测评

低碳修复剂研发与修复污染土的安全利用是推行污染场地绿色可持续修复的有效途径。以新型低碳钢渣基固化剂修复重金属镍（Ni）、锌（Zn）污染土为研究对象,通过柱状柔性壁渗透试验,采用溶质浸出质量比法测评了污染土修复前后的土水动力弥散系数。结果表明：固化土样渗透液重金属浓度显著低于污染土样,满足IV类地下水环境质量要求;与污染土相比,固化土的水动力弥散系数降低约2个数量级。研究成果为新型低碳钢渣基固化剂的固化稳定化效果评价及固化土作为土工材料安全性评估提供指导。     

重金属污染对土压实性及抗剪强度影响的试验研究

通过在实际重金属冶炼企业的尾矿库、废料堆填区采取重金属尾矿样品,与代表性净土进行掺和,配制了不同压实度、不同龄期、不同掺和比的重金属污染土样;在各自的最优含水量下,进行击实和直接剪切等物理力学试验,研究重金属污染对土的压实特性与抗剪强度的影响规律。试验表明:1)重金属污染对土体击实特性的影响,金属Mn的影响不大,Pb、Zn、Cd、Cr影响较大,后者表现为随掺和比增大,最优含水量减小,土的最大干密度增大;2)随着重金属污染土体压实度的增大,土的黏聚力C逐渐增大的,内摩擦角φ值逐渐降低,污染土的强度指标明显低于重塑净土的抗剪强度指标;3)重金属污染的作用效应是一个缓慢的过程,随着重金属污染物作用时间的延长,土的黏聚力c值下降,内摩擦角φ值上升;4)随着污染浓度的增加,土的黏聚力c值增大,则φ值呈降低趋势。     

重金属锌污染淤泥质粉质粘土物理特性试验研究

重金属污染在我国已受到普遍关注,而对重金属污染土的物理特性的研究还处于起步阶段。采用南京地区特有的粉质粘土、长江漫滩相淤泥质粉质粘土,进行相关的重金属锌污染后的物理特性研究。通过室内添加硝酸锌溶液配制3种不同浓度的重金属锌污染土,并进行土壤污染前后粒度成分、液塑限、活动度、土粒比重以及pH值等试验的测试分析,研究比较了粉质粘土污染前后随着重金属锌的浓度不同其相关物理性质的变化规律。试验表明,随着Zn浓度的增加,土粒比重,液塑限,粉粒含量和pH值减小,而粘粒含量和塑性指数呈增大趋势。其土体的活动度也随着Zn浓度的增加在不断的降低,并且降低趋势逐渐减缓。     

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。     

水泥固化锌离子污染土力学特性试验研究

水泥固化重金属污染场地在工程实践中取得了较好的处治效果,然而不同类型的重金属离子,由于其化学性质的差异,其相应的固化体物理力学性质也不同。本文基于锌离子污染土样,通过室内试验研究了不同浓度的污染物掺量下土样的强度及压缩特性,同时采用不同掺量的水泥对污染土样进行固化处理,并进行了相关强度及压缩试验。试验结果表明:锌离子会引起土样强度及压缩特性的劣化,但劣化程度较小,且离子浓度对其劣化程度影响较小;采用水泥对重金属污染土样进行固化,土的强度及压缩特性会显著增大,并随着水泥掺量的增加而提高;锌离子会显著抑制水泥的固化过程,当锌离子浓度达到1.25%时,7.5%的水泥掺量不能有效增强固化体强度及压缩特性。     

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。     

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。     

水泥固化重金属污染土的淋滤特性试验研究

固化稳定法是目前处理重金属污染土场地的常用方法之一。经过处理后的污染土,不仅在强度上有所提高,而且重金属污染离子亦能被有效固化稳定下来。目前,这方面的研究成果主要集中在固化污染土的工程性质变化方面,而对固化土中的重金属离子的滤出特性研究较少。通过系统的室内试验,以经水泥固化后的铅和锌污染土为研究对象,着重研究固化污染土中重金属离子的淋滤特性。试验结果表明:水泥固化重金属污染土后,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,重金属的滤出率显著降低,并最终趋于稳定。在污染物掺量较低时,水泥对Pb2+的固化效果好于对Zn2+的固化效果;随着污染物掺量的增加,滤出液中Pb2+浓度的增幅要大于Zn2+浓度增幅。在污染物掺量较高时,水泥对Zn2+的固化效果好于对Pb2+的固化效果。     

水泥固化重金属污染土的淋滤特性试验研究

固化稳定法是目前处理重金属污染土场地的常用方法之一。经过处理后的污染土,不仅在强度上有所提高,而且重金属污染离子亦能被有效固化稳定下来。目前,这方面的研究成果主要集中在固化污染土的工程性质变化方面,而对固化土中的重金属离子的滤出特性研究较少。通过系统的室内试验,以经水泥固化后的铅和锌污染土为研究对象,着重研究固化污染土中重金属离子的淋滤特性。试验结果表明:水泥固化重金属污染土后,随着固化剂掺量和养护龄期的增加,重金属的滤出率显著降低,并最终趋于稳定。在污染物掺量较低时,水泥对Pb2+的固化效果好于对Zn2+的固化效果;随着污染物掺量的增加,滤出液中Pb2+浓度的增幅要大于Zn2+浓度增幅。在污染物掺量较高时,水泥对Zn2+的固化效果好于对Pb2+的固化效果。     

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。     

含磷材料固化锌、铅污染土的路用性能试验研究

采用新型含磷材料(KMP)及水泥(PC)分别对锌、铅污染土进行固化处理。通过无侧限抗压强度、水稳性、回弹模量和压汞试验,探究固化污染土作为路基填料的力学及耐久特性。结果表明:常规养护条件下,KMP和PC固化污染土强度随龄期和掺量增长而提高,强度越大;锌、铅复合污染条件下,固化污染土强度最低。经过泡水试验,固化试样强度均有所下降且7d强度损失较高;铅、锌复合污染条件下,强度降低幅度最高,水稳系数为0.52~0.58。固化污染土回弹模量低于固化未污染土但高于未固化污染土回弹模量,且KMP试样回弹模量高于水泥试样回弹模量的6.7%~24.2%。相对PC固化污染土,KMP试样微孔隙多、中、大孔隙较少,结构致密。     

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。