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。     

植物源脲酶诱导碳酸钙固化砂土试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积胶结砂土是岩土工程领域的一种新型技术,相比目前广泛应用的微生物固化砂土技术具有很多优点。直接从大豆中提取脲酶,首先研究了温度及p H值对大豆脲酶活性的影响,然后控制胶凝液浓度、pH值、温度和反应时间进行了脲酶诱导碳酸钙沉积试验,在此基础上,采用循环灌注脲酶液和胶凝液的方法固化3种不同颗粒粒径范围的砂土,通过超声波测试、无侧限抗压强度测试及碳酸钙含量测试检测固化效果。结果表明:大豆脲酶最适pH值为8,15℃～75℃范围内脲酶活性随温度升高而增大。大豆脲酶诱导的沉淀产物为方解石型碳酸钙,随胶凝液浓度增大,碳酸钙产率先增大后减小,胶凝液浓度为0.75mol/L时,碳酸钙产率最大。胶凝液浓度一定时,pH值为8情况下碳酸钙产率最大,且产率随反应时间增加而增大。10℃～40℃范围内温度对碳酸钙产率影响较小。固化试样的抗压强度与碳酸钙含量呈正相关,随砂土颗粒粒径增大,试样的抗压强度先增大后减小,0.25～0.5mm砂土固化效果最好。     

一种高效碳酸盐矿化菌的筛选及砂土固化试验研究

从盐湖附近分离筛选出多株菌,通过诱导碳酸盐沉积能力测定,最终选出诱导碳酸盐沉积能力最强的菌株X-NM1,经16S rDNA分析鉴定为表皮葡萄球菌。其诱导生成的碳酸钙沉积量为16.8 g/L,脲酶活性为3.35 mM/min,其矿化产物为类球状方解石晶体。进一步将该X-NM1通过砂土固化试验,考虑不同灌浆次数对砂柱固化的效果。结果表明：随着灌浆循环次数的增加,砂柱试样的渗透系数、孔隙率不断下降,而干密度、孔隙填充率、单轴抗压强度及碳酸钙含量逐步增大。3次灌浆后,得到的砂柱样品外观结构完整,干密度为1.99 g/cm³、渗透系数为3.60×10^-4 cm/s、孔隙率为26.35%、孔隙填充率为15.42%、单轴抗压强度为2.52 MPa、CaCO₃含量达24.5%,表明X-NM1具有优良的诱导碳酸钙沉积能力。     

不同固化方式对微生物固化砂土强度影响的研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)利用微生物自身代谢产物诱导碳酸钙沉淀的形成,使生成的沉淀附着在颗粒表面及孔隙中,将原本松散的土颗粒胶结起来,达到固化土体的目的。选用巴氏芽孢八叠球菌,采用4种不同的固化方式来固化砂土,对固化后的砂柱进行表观分析、电镜扫描和无侧限抗压强度试验来对比不同固化方式对固化砂土强度的影响。试验发现:灌浆速率为50 m L/h的分步灌浆方式对砂土的固化效果要优于浸泡方式的固化效果,其无侧限抗压强度均值提高了15.58%,在同样浸泡的条件下,胶结液成分的改变使固化砂土的无侧限抗压强度均值提高了16.62%。此外,降低砂土饱和度,也是提高其固化效果的重要因素。     

紫外诱变产脲酶菌株加固粉土的试验研究

为提高微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的固化效果,采用紫外诱变技术对产脲酶菌株进行改良,筛选出优良菌株。随后结合先拌和菌液后滴注胶结液(尿素和氯化钙)的方式,运用改良后菌株来固化粉土。通过无侧限抗压强度试验、碳酸钙含量测定和微观试验分析,来对比诱变前后菌株固化粉土的效果。结果表明:紫外诱变技术可以有效改良产脲酶菌株的性能,使菌株的脲酶活性、矿化生成的碳酸钙含量得到提高;使用紫外诱变后菌株来固化粉土,可显著提高土体的无侧限抗压强度。该研究从源头来选育优良菌株,有效提高了MICP技术的固化效果。     

微生物入渗注浆法加固非饱和砂土的研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是一项新兴的地基处理技术。以往研究中,主要是把灌输至饱和砂土中;然而最近研究者发现:MICP工法的不同会影响CaCO3的沉积和与砂颗粒结合的位置及效果,从而影响样品的强度和均匀性。与饱和土样中的灌浆法不同,通过向砂土试样中渗入或灌入微生物浆液,然后通过扫描电子显微镜(SEM)和无侧限抗压强度试验来考查其性能。结果表明:入渗法处理非饱和土样(无侧限抗压强度平均值为(19.7±5.86)MPa)效果要比灌浆法处理饱和土样(无侧限抗压强度平均值为(15.1±5.73)MPa)要好。     

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。     

不同加载条件下泡沫轻质土力学特性试验研究

通过对湿重度分别为5.5 kN/m³和6.0 kN/m³的泡沫轻质土进行不同约束边界的无侧限抗压强度试验及三轴剪切试验,研究了泡沫轻质土在不同加载方式、加载边界条件下的强度力学特性。试验结果表明：在不同摩擦边界条件下,泡沫轻质土无侧限抗压强度试验其应力-应变曲线均出现软化特性,在无摩擦条件下,由于接触面与试样间的套箍约束作用较弱,其无侧限抗压强度极限值降低,峰值强度对应的应变减小;湿重度为6.0 k N/m³的泡沫轻质土比湿重度为5.5 kN/m³的泡沫轻质土配合比中增加约9.4%的水泥掺量,而强度增加约42%,水泥掺量和气泡群量的改变会对泡沫轻质土强度有显著影响。     

改性凝胶球包埋活性污泥对污水中重金属的响应

采用改性凝胶球包埋活性污泥,并将其用作毒性预警中的优化生物载体,结合水相指标和微生物活性指标,综合分析重金属对水质和凝胶球包埋活性污泥的影响。结果表明,经聚氧化丙烯三醇(PPT)改性的凝胶球具有较大的比表面积和较小的孔径。当进水中存在Zn²⁺、Cd²⁺和Cr⁶⁺时,水相指标pH值、电导率和氧化还原电位(ORP)均存在明显的变化;比耗氧速率(SOUR)、氨氧化速率(AUR)和污泥电子传递体系(ETS)活性等微生物活性指标也与重金属种类和浓度相关;微量重金属有助于提高微生物活性,但高浓度重金属则会抑制微生物活性。Zn²⁺、Cd²⁺和Cr⁶⁺对ETS活性的半抑制浓度分别为8. 71、44. 11和19. 94 mg/L。     

重金属污染土固化/稳定化研究进展

随着我国对于城市发展定位与发展规划的重新调整,工厂的迁离遗留了大量的重金属污染场地。国家近年相关政策动作不断,显示了对于土壤污染的重视和防治土壤污染的决心。污染土的修复改良处理是一种积极主动的处理方法,在土壤修复改良技术中固化/稳定法既可提高土体强度,又可降低重金属离子的溶出,是重金属污染场地修复处理技术中应用最广泛的方法之一。固化/稳定化材料种类繁多,并通过不同的固化机理作用于污染土体。本文归纳了以往学者的相关研究进展,论述了固化污染土的无侧限抗压强度和重金属浸出浓度的影响因素并介绍了国内外大型污染场地修复案例。     

建筑垃圾再生骨料用于透水铺装去除重金属研究

建筑垃圾产生量的持续攀升给城市环境带来了严重危害，因而迫切需要寻求针对建筑垃圾回收处理并再生利用的解决途径。建筑垃圾再生骨料作为一种低成本、大体量的再生材料，在水处理领域具有一定的应用潜力。选取再生砖骨料(RBA)与再生混凝土骨料(RCA)应用于透水铺装，通过搭建5种系统，分析在不同进水浓度、降雨重现期、雨前干燥期的条件下，其对径流中典型重金属Zn²⁺和Cu²⁺的去除效果和净化机制。结果表明，RCA在透水铺装系统中表现出更好的重金属去除效果，而RBA作为基层使用时去除效果较好。随着进水浓度、降雨重现期的增加，各透水铺装系统对Zn²⁺、Cu²⁺的去除率降低。而随着雨前干燥期的增加，各系统对Zn²⁺和Cu²⁺的去除率出现了小幅升高的现象。各系统对Cu²⁺的去除率均最高，始终保持在80%以上。两种再生骨料在透水铺装系统中均展现出一定的应用价值与使用前景。     

净水功能型粉煤灰透水混凝土性能研究

通过向透水混凝土中引入净化材料(粉煤灰、硫酸改性粉煤灰),制备了具有净水功能的透水混凝土,研究了净化材料掺量对透水混凝土力学性能、孔隙率、透水性能及吸附水中Zn²⁺性能的影响.结果表明：硫酸改性粉煤灰能够促进水化硅酸钙凝胶的生成,改善透水混凝土的孔隙结构,提高其力学性能和对Zn²⁺的吸附效果;当硫酸改性粉煤灰掺量为20%时,透水混凝土试件的抗压强度达到峰值,孔隙率与透水系数降到最低值;随着净化材料掺量的增加,透水混凝土对Zn²⁺的吸附效果逐渐明显.     

微生物注浆固化砂土若干因素的影响机制研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)由于其良好的粘结性和环境友好性,近年来已广泛应用于砂土固化领域。通过测试2种嗜碱性产脲酶菌的生长曲线以及通气和不通气情况下的脲酶活性,探索其与固化砂土的无侧限抗压强度、碳酸钙含量及均匀性之间的联系,并尝试从微观层面探讨微生物注浆固化砂土的主要影响机制。结果表明,通过此方法制得的砂柱强度最高可达586 k Pa。脲酶活性差异导致碳酸钙含量差异,碳酸钙含量则与砂土固化强度相关。而在碳酸钙含量相近的情况下,固化均匀性将进一步对强度造成影响。     

淋滤条件下水泥固化铅污染高岭土的强度及 微观特性的研究

通过半动态淋滤试验,研究淋滤液初始pH=2,4,7时水泥固化铅污染土的强度、微观和钙溶出特性。无侧限抗压强度试验及钙溶出率（CFR_Ca）结果表明：半动态淋滤试验使试样无侧限抗压强度（q_u）较标准养护39 d试样降低了1%～42%；淋滤液初始pH=2时,CFR_Ca为pH=4或7时的2～7倍,而pH=4与7时q_u及CFR_Ca差别均不明显；水泥掺量由12%提高到18%时,q_u增大了35%～98%,CFR_Ca降低了40%～58%；固化铅污染土较固化未污染土,其q_u小50%～68%,而CFR_Ca大29%～175%。试样无侧限抗压强度比q_r（淋滤后试样q_u/标准养护39 d试样q_u）与CFR_Ca在双对数坐标下呈现良好线性关系：随CFR_Ca增大,q_r减小,说明钙的溶出是控制固化污染土/未污染土强度的主要因素之一。X射线衍射、扫描电镜及压汞试验结果表明,高浓度铅抑制水泥水化/火山灰反应,固化铅污染土与固化未污染土孔隙分布分别呈单峰和双峰特征,固化铅污染土中铅形成Si-O-Pb结合体、PbAl₂O₄、CaPbO₃等沉淀是铅固化稳定化的主要机理之一。     

冻融对固化钻井泥浆强度及重金属浸出量影响

在石油钻井过程中会产生大量含重金属废弃钻井泥浆,对环境污染很大,需进行无害化处理。本研究采用水泥和工业废渣固化废弃钻井泥浆,经过不同次数的冻融循环后,测试固化土强度、固化土中Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子的浸出量以及固化土中的孔隙变化规律,探讨工业废渣固化废弃钻井泥浆的抗冻性能。结果表明:固化土试件的强度均随着冻融循环次数的增加而下降;固化剂组分中工业废渣的掺量增加,特别是磷石膏掺量增加能够有效的减弱固化土在冻融循环作用下的强度损失。工业废渣能够有效的稳定固化土中的Pb²⁺离子和Cr⁶⁺离子,浸出量比水泥固化土降低70%~80%。对固化土孔隙的测试结果证实由工业废渣固化的固化土试件的密实度大于仅由水泥固化的试件。     

OPC-GBFS-NS体系土体硬化剂固化土壤的作用效果研究

研究了以普通硅酸盐水泥(OPC)-矿渣微粉(GBFS)-硫酸钠(NS)体系制备的土体硬化剂对普通地表土壤和海滩淤泥这2种土壤的固化效果及其固化机理.研究表明,OPC-GBFS-NS土体硬化剂对2种土壤均具有良好的固化效果,使得固化土具有较高的无侧限抗压强度,对土壤中重金属离子Cd²⁺也有较好的固结作用,能显著降低Cd2+的溶出.该土体硬化剂对土壤的固化效果主要源于其在土壤中能快速水化生成大量细长的水化产物钙矾石,并对土壤颗粒起到较紧密的胶结作用.     

水泥加固酸污染土无侧限强度特征

污染土是利用水泥固化处理后,土体的强度得到提高。针对该项技术,采用水泥固化法处理酸污染土,通过两种试验方案,对水泥加固酸污染土的无侧限抗压强度特性进行研究。试验所用酸污染土用浓硫酸配置人工制备而成,并考虑了不同水泥掺量、不同硫酸浓度和不同龄期对水泥加固酸污染土强度的影响。试验表明:水泥固化酸污染土的强度与水泥掺量和硫酸含量有密切关系,二者共同作用决定其强度的变化。在一定硫酸浓度(2~16g/kg)条件下,伴随硫酸含量的升高,水泥掺量较低时,无侧限抗压强度整体呈明显下降的趋势;水泥掺量较高时,无侧限抗压强度呈缓慢上升的趋势。随着水泥掺量提高,土样的无侧限抗压强度达到峰值时所对应的硫酸含量也逐渐变大。     

浮床植物收割策略及资源化制取生物炭吸附重金属

为了准确制定生态浮床植物收割策略并寻求收割后植物的资源化途径，首先监测浮床中不同植物的茎叶和根系中氮、磷含量的历时变化，然后将收割植物组织在高温限氧环境下裂解制备生物炭，用于废水中重金属的去除并解析其机理。结果表明，浮床植物中菖蒲和千屈菜的茎叶应在每年10月下旬—11月上旬进行收割，而鸢尾和铜钱草无需收割。另外，优选出菖蒲茎叶在400℃下裂解制取的生物炭用于去除废水中的重金属，其对Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺和Mn²⁺的饱和吸附量分别可以达到256.189、52.538、49.141和43.463 mg/g，而且吸附过程符合单分子层吸附的Langmuir模型；除了吸附作用外，生物炭和重金属之间的阳离子π作用以及碱性条件下重金属的沉淀作用也有助于废水中重金属的去除。     

微生物矿化胶结喀斯特岩石裂缝技术研究

针对喀斯特地貌的岩石表面裂缝宽度约2 mm这一特性,开展了微生物诱导碳酸钙沉淀胶结裂缝的试验研究,并通过修复剂对不同岩缝宽度及粗糙度的岩样进行裂缝胶结修复。结果表明:修复7 d的试样其修复深度能达到5 cm以上,且裂缝宽度在2 mm以内的岩样均能够被较好地修复;岩缝表面越粗糙、岩缝宽度越小,试样的体积修复率越高。经微生物矿化修复的岩样抗压强度恢复率为47.57%~93.67%,最高抗压强度可达81.8 MPa。经微生物矿化修复的岩石渗透系数维持在10-7 cm/s数量级上。生成的沉淀物以方解石和球霰石2种物相的碳酸钙晶体为主,与岩石基体具有高度的相容性。     

受石油污染的滨海盐渍土强度特性研究

以受石油污染的滨海盐渍土为研究对象,借助稠度、无侧限抗压强度及抗剪强度指标,量化石油污染对滨海盐渍土的影响程度。结果表明:随着石油污染水平的加剧,石油污染盐渍土的液限和塑限缓慢下降,塑性指数缓慢增大,但整体影响均较小;无侧限条件下,污染土的抗压强度随石油污染水平加剧而不断下降,污染土的破坏面呈自下向上发展的(45°+φ/2)态势。含油量越多,破坏面越大,在25%污染水平下,无侧限抗压强度较未污染的下降了70%,破坏面贯通整个试样;围压条件下,污染土的黏聚力和内摩擦角随污染水平加剧呈波动式反向变化,破坏形态体现为塑性,呈中部"鼓胀"应变硬化型。