基于磷矿粉的固化剂稳定锌铅污染黏土的环境安全性及路用性能研究

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重金属污染场地修复是我国工业化和城市化进程中关注的重要环境问题之一。固化稳定化是修复重金属污染土的最佳方法之一,固化剂的选择和重金属修复土耐久性问题是研究的主题。水泥作为固化剂得到广泛的应用,但由于其高能耗、非环保的缺点,需开展新型环境友好型固化剂的研究,以满足我国城市工程建设和环境需求。  本文以国家自然科学基金《城市化过程中天然沉积土污染演化机理与控制技术研究》、江苏省杰出青年基金《特殊路基填土固化稳定再生利用的关键问题研究》、863计划《有色冶金企业场地高风险污染土壤的固化稳定化工艺技术研究与示范》和江苏省科技计划项目《城市典型工业污染场地评价和修复关键技术研究》为课题依托,选择基于磷矿粉的新型固化剂(SS-B和SS-C)固化人工制备铅锌污染黏土,研究了其物理化学特性、环境安全性、强度特性、应力应变特性、路用性能等。取得如下主要研究成果:  (1)系统回顾了以磷矿粉作为稳定剂修复重金属污染土的处理效果和稳定机理,总结了重金属污染场地修复评价指标和修复土二次利用的研究现状,指出现有研究的不足。  (2)通过含水量和干密度测试,对比了水泥和新型固化剂固化铅锌污染土的物理特性;通过pH值测试试验,考察固化土的化学稳定性。结果表明,含水量变化不大,同条件下新型固化剂固化土干密度比水泥固化土大6%左右;水泥固化土pH值为7-11,新型固化剂固化土pH值为8.5-9.5。  (3)通过TCLP试验,探明新型固化剂和水泥的掺量(4%和6%)对锌铅溶出量、去除率、淋滤液pH值和电导率的影响特性,探讨铅锌去除率与养护龄期(7d、14d、28 d)、固化土pH值和初始重金属浓度的相关关系。结果表明,6%掺量的新型固化剂锌去除率比水泥高20%-40%,新型固化剂铅去除率均高于99%,比水泥高20%-55%。  (4)通过无侧限抗压强度试验,揭示了初始铅锌浓度、养护龄期和固化剂掺量对固化土无侧限抗压强度、应力应变曲线、破坏应变和变形模量的影响规律;讨论了固化土强度特性的影响因素。结果表明,初始锌浓度高于1.0%时,SS-B固化土强度比水泥固化土高30%以上,反之水泥固化土强度高;SS-C固化锌铅污染土强度亦均高于水泥固化土。  (5)通过回弹模量试验和水稳性试验,尝试性的探讨固化重金属污染土再利用作为路基的可能性,并提出相应的设计参数和施工工艺。结果表明,新型固化剂和水泥固化高浓度铅锌污染土的回弹模量分别为35 MPa和42 MPa,均满足相关规范要求,新型固化剂固化土水稳性优越于水泥固化土,初步提出综合pH值,TCLP溶出和强度控制参数的优化设计方法。
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