碱渣—水泥固化重金属锌污染土淋滤特性试验研究

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由于我国工业化与城镇化的快速发展,土壤重金属污染与酸化愈来愈严重。目前污染土治理中最常用的的一种修复方法为固化/稳定法。而酸雨入渗不仅会促进土壤中有毒重金属的释放,还会对水泥固化剂产生溶解。因此,有必要研究探索酸雨对固化重金属污染土的淋滤特性的影响。本文以国家自然科学基金项目(2013GJMS0495)为依托,采用水泥和碱渣作为复合固化剂,通过土柱淋滤的试验方法,分析讨论了水泥-碱渣固化锌污染土在土柱淋滤前后的无侧限抗压强度特性、淋滤特性以及微结构的变化规律。得到的主要结论如下:(1)水泥-碱渣固化锌污染土的无侧限抗压强度在土柱淋滤前后均随锌离子浓度与碱渣掺量的增大而减小,随养护龄期的增加而增大。土柱淋滤后,固化锌污染土的无侧限抗压强度有所降低;酸溶液淋滤后,试样的无侧限抗压强度较蒸馏水淋滤后略低。说明碱渣对酸雨具有一定的缓冲作用。除养护龄期为0天,初始锌离子浓度为1%的试样外,水泥-碱渣固化锌污染土的无侧限抗压强度在淋滤前后均已达到美国对污染土修复的强度标准0.35MPa。(2)水泥-碱渣固化锌污染土的渗透系数随锌离子浓度与碱渣掺量的增大而增大;随养护龄期的增加而减小。酸溶液淋滤后固化锌污染土的渗透系数较蒸馏水淋滤后大。而水泥-碱渣固化锌污染土的滤出液pH值随锌离子浓度的增大而减小;随碱渣掺量与养护龄期的增加而增大。所以固化锌污染土的滤出液中Ca2+浓度随初始锌离子浓度与碱渣掺量的增大而增大;随养护龄期的增加而减小。故而水泥-碱渣固化锌污染土的滤出液中Zn2+浓度随碱渣掺量与养护龄期的增加而减小。随淋滤时间的增加,固化锌污染土的滤出液pH值减小;酸溶液淋滤后滤出液pH值比蒸馏水淋滤后滤出液pH值低。因而酸溶液淋滤后滤出液中的Ca2+浓度比蒸馏水淋滤后滤出液中Ca2+浓度高。随着Ca2+的溶出,水泥-碱渣固化锌污染土的滤出液中Zn2+浓度增大。本文试验中所有试样的Zn2+滤出浓度均小于我国规定的重金属锌离子的环境标准值100mg/kg。(3)通过对水泥-碱渣固化锌污染土进行SEM与XRD试验得出,固化剂-土体-污染物之间发生了复杂的物化反应,生成大量C-S-H、C-A-H、钙沸石以及络合物。(4)通过系列宏观试验与微观试验发现,水泥-碱渣作为复合固化剂对重金属锌具有良好的固化效果。碱渣对锌离子的固化与对酸雨侵蚀的缓冲机制主要是碱渣自身表面富集的阴离子以及碱渣-水泥-土形成的钙沸石对Zn2+与H+的吸附。
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