飞灰添加量对矿渣基回填胶凝材料水化机理以及重金属固化/稳定化效果影响

采用飞灰协同冶金固体废物(高炉矿渣、钢渣以及脱硫石膏)制备飞灰-矿渣基胶凝材料代替水泥作为采空区的回填材料,并探究了飞灰掺入量对胶凝体系水化机理及重金属稳定化效果的影响。结果表明：胶凝体系飞灰掺入量较少时(10%),会抑制体系早期(3 d)水化产物的生成,降低固化体的抗压强度;飞灰的碱激发作用会在一定程度上促进水化产物钙矾石的生成,对养护结束(28 d)时固化体的抗压强度提升具有促进作用;当胶凝体系飞灰掺入量较高时(25%),会严重抑制胶凝体系水化进程,但其产品抗压强度仍高于矿区采空区对胶凝材料的要求。另一方面,飞灰-矿渣基胶凝体系对飞灰中重金属的稳定化效果良好,除了飞灰掺入量为25%处理组的Zn浸出浓度接近水泥胶砂(GB/T 30810—2014)标准限制外,其他处理组(飞灰添加量为0%～20%)重金属浸出量均满足标准限制。因此,在掺入量合适的情况下,以飞灰作为矿区回填胶凝材料是一种理想的飞灰建材资源化方法。     

有机-无机复合固化剂合成及重金属污染底泥固化研究

疏浚重金属污染底泥由于具有含水率高、强度低等特性,无法直接作为工程材料应用,并且会对环境造成污染。设计合成了一种丙烯酸-苯乙烯磺酸共聚物(AA-SSS),并与水泥和纳米水化硅酸钙(早强剂)混合,开发了一种有机-无机复合固化剂。探究了有机-无机复合固化剂对底泥固化抗压强度和重金属离子稳定化的影响,并分析了其机理。结果表明：有机-无机复合固化剂对底泥固化强度增强效果显著,在10%水泥、1%AA-SSS、2%早强剂添加量下,底泥固化1 d的抗压强度为0.85 MPa,相比未加固化剂,提高了467%。在该条件下,底泥中的Pb²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cr³⁺的浸出浓度分别从7.05,8.32,4.40,7.12 mg/L降至2.68,2.61,0.68,2.05 mg/L,经固化稳定化后底泥酸浸出液中重金属浓度均低于危险废物鉴别标准值。水泥水化产物加强了淤泥颗粒之间的胶结,并包裹固定金属离子,同时AA-SSS和纳米水化硅酸钙可以分散和促进水泥水化,并通过静电作用和吸附作用固定金属离子。研究表明有机-无机复合...     

乌贼墨黑色素对Pb2+-Cu2+二元体系的吸附性能研究

为探索新型生物吸附剂，以乌贼墨黑色素（SIM）为吸附剂，研究Pb²⁺、Cu²⁺单组分溶液及Pb²⁺-Cu²⁺二元混合体系中SIM对Pb²⁺和Cu²⁺的吸附效果并构建等温吸附模型.结果表明，pH值、SIM添加量、吸附时间对SIM吸附Pb²⁺和Cu²⁺的吸附量影响较大，而吸附温度对吸附效果影响较小；单组分吸附与二元混合体系吸附对比表明，二元混合体系中Pb²⁺和Cu²⁺存在竞争吸附.应用L （Langmuir）和F （Freundlich）等温吸附模型拟合了SIM对Pb²⁺、Cu²⁺单组分金属离子的吸附过程，其中L模型与试验结果拟合度更高；应用Non-modified Langmuir、Modified Langmuir isotherm、Extended Langmuir、Extended Freundlich和SRS模型5种模型对Pb²⁺-Cu²⁺二元混合体系的等温吸附过程进行拟合，其中Extended Langmuir模型与试验结果拟合度最佳.应用红外光谱（FTIR）分析SIM吸附金属离子的原理时发现，SIM上羟基、-NH和不饱和键是金属离子的吸附位点，且SIM对Pb²⁺的吸附能力优于对Cu²⁺的吸附.     

径流溶解性有机物对生物滞留介质去除Cu2+和Pb2+的影响

分别以惰性介质（土、砂）和强化介质（给水厂污泥、铁锰复合氧化物）为研究对象,考察道路径流溶解性有机物（DOM）存在对生物滞留介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺过程的影响,并揭示其主要响应组分及作用机制.结果表明,径流DOM、DOM各分子量组分和各化学组分均可抑制惰性生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附去除,促进强化生物滞留介质对两者的吸附去除;其中,径流DOM中<1kDa分子量组分和亲水性组分对惰性介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的抑制作用最明显、对强化介质吸附去除Cu²⁺和Pb²⁺的促进作用也最明显,是影响生物滞留介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附过程的关键DOM组分.<1kDa分子量组分存在使砂介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量减少了62.96%和83.70%,使铁锰复合氧化物介质对Cu²⁺和Pb²⁺吸附量增加了81.16%和4.67%;亲水性组分存在使土介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高减少了41.43%和69.12%,使给水厂污泥介质对Cu²⁺和Pb²⁺的吸附量最高增加了32.35%和39.06%.     

DTCR协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥的研究

采用二硫代氨基甲酸盐(DTCR)为添加剂协同水泥固化/稳定化重金属污染底泥,以抗压强度和颗粒固化体(粒径￡9.5mm)浸出毒性为指标确定水泥和DTCR的最优配比.通过酸雨条件(pH 3)下对颗粒固化体和整个固化体的浸出试验来评价固化/稳定化的效果.利用X射线衍射仪(XRD)和环境扫描电镜(ESEM)分析了固化/稳定化机理.结果表明,固化/稳定化的最优配比为水泥掺入量为50%(干底泥),DTCR掺入量为2%(干底泥).其固化体7d抗压强度为1.03MPa,颗粒固化体中重金属Cu,Zn,Pb,Cd的浸出浓度分别为0.105,4.65,0.232,0.123mg/L,能够达到安全填埋要求.酸雨条件下(pH 3)对颗粒固化体和整个固化体浸出研究表明,水泥、DTCR固化/稳定化底泥效果更好;XRD和ESEM分析表明,固化/稳定化的机理主要是水泥在水化反应时,能够形成水化产物Ca(OH)2、水化硅酸钙(C-S-H)和钙矾石(AFt),将重金属废物包容,并逐步硬化形成具有一定强度的水泥固化体.     

氧化石墨烯固化土壤中重金属离子的有效性及界面能特征

以修复土壤中重金属污染物为目标,开展以石英砂为多孔介质材料,氧化石墨烯为吸附剂,在改变重金属种类、重金属污染物浓度、注入氧化石墨烯浓度和渗流速度条件下的土柱穿透试验.首先,对单一重金属的迁移特性及氧化石墨烯对重金属的去除效果和固化机制进行研究.试验表明,改变渗流速度对单一重金属离子(Pb²⁺和Cd²⁺)的迁移影响较小.氧化石墨烯穿透污染土柱时,低重金属污染浓度和高渗流速度会促进氧化石墨烯的迁移,进而促进重金属污染物的迁移.氧化石墨烯对重金属离子(Pb²⁺和Cd²⁺)有很好的去除及固化效果,对铅离子和镉离子的最大固化率为88.2%和63.9%.其次,通过SEM、FTIR、Zeta电势试验发现,氧化石墨烯对重金属离子的吸附机理主要是静电吸引、离子交换和表面络合.通过DLVO理论计算结果可知,负载重金属的氧化石墨烯相较于未负载重金属的氧化石墨烯更易固化在土壤中,其中负载镉离子的氧化石墨烯比负载铅离子的氧化石墨烯更容易固化在土壤中.     

二氧化锰改性沸石对废水中Pb2+的吸附性能及其影响因素研究

改性后的沸石材料,可大幅度提高其对金属离子的吸附量,在治理环境污染方面具有巨大的潜力。高锰酸钾和硫酸锰反应生成的二氧化锰包裹在沸石表面,可大大提高其吸附性能,最终达到吸附废水中重金属的目的。研究了二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺吸附性能的影响因素,如沸石与二氧化锰投料比、反应时间、溶液pH值、反应温度、Pb²⁺初始浓度等,并探讨了其吸附机理。试验结果表明:二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺的吸附效果随着沸石与二氧化锰投料比的增加而提高,平衡吸附时间为12 h,吸附反应的最佳溶液pH值为5~6;二氧化锰改性沸石对废水中Pb²⁺的吸附为自发的吸热反应,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,说明为单配体吸附模式;红外光谱分析发现,-OH是影响二氧化锰改性沸石吸附废水中Pb²⁺的主要官能团;低浓度腐殖酸对二氧化锰改性沸石吸附废水中Pb²⁺的影响较小,不产生竞争吸附。     

吉兰泰盐湖盆地地下水Cr6+、As、Hg健康风险评价

选取西北干旱区吉兰泰盐湖盆地为研究对象,系统采集71个地下水样品,测定重金属Cr⁶⁺、As、Hg,以及主要化学成分的含量,以地质统计学插值绘图揭示盐湖盆地地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的空间分布特征,以单因子指数法、内梅罗指数法和US EPA健康风险评价模型解析地下水中Cr⁶⁺、As、Hg的污染及健康风险状况,以统计相关检验进行Cr⁶⁺、As和Hg的源分析.结果表明：盐湖盆地地下水中普遍含有Cr⁶⁺、As、Hg,Cr⁶⁺在盐湖上游及东北部含量较高,As在西南台地含量较高,Hg在西北部巴音乌拉山出现高值区域,其分布与变化受到天然因素和人类活动的双重影响;Cr⁶⁺、As出现局部区域超标,超标率分别为8.45%和2.82%;Cr⁶⁺主要超标区域在盐湖西南侧呈条块状分布,并在盐湖附近Cr⁶⁺含量较高;As以点状超标,分布于西南部和东北部;盐湖盆地地下水87.3%处于安全清洁状态,仅5.6%轻度污染出现在西南部,不存在中度和重度污染;通过饮用水途径的化学致癌物的健康风险值远高于非化学致癌物的健康风险值,西南部图格力高勒沟谷区域化学致癌物Cr⁶⁺超过了US EPA最大可接受风险,但整个盐湖盆地Cr⁶⁺的平均健康风险值低于US EPA最大可接受风险;As和Hg均低于US EPA最大可接受风险;盐湖盆地总致癌风险特征与Cr⁶⁺基本一致,Cr⁶⁺平均健康风险占总致癌风险贡献率的89%;Cr⁶⁺超标原因包括盐湖盆地高锰酸盐指数偏高,促使Cr³⁺氧化成为Cr⁶⁺,As与Cr存在一定的同源关系.     

化学稳定剂对矿渣胶凝材料固化Pb~(2+)的影响研究

针对化学药剂的添加对矿渣胶凝材料固化稳定化Pb~(2+)效果的影响进行了研究。首先分别采用硫化钠、硫脲、磷酸二氢钠、磷酸钠、硫酸铁、硫酸亚铁、有机重金属螯合剂对Pb~(2+)进行化学稳定化,再进行矿渣胶凝材料固化。其中单一矿渣胶凝材料固化作为对比样,通过抗压强度测定、TCLP浸出、XRD、连续化学萃取、电子探针对各固化体的水化产物,Pb的化学形态迁移以及分布特征进行对比分析。结果表明:硫化物的掺入使Pb和S在水化产物中发生了聚集,铁酸盐的掺入促进了水化进程,提高了强度,螯合剂的掺入使Pb化学形态由不稳定态向稳定态发生迁移。     

电厂粉煤灰、炉渣和污泥复合陶粒对低浓度Pb2+的吸附特性

针对重金属污染具有来源广、危害大等特点,通过以电厂废物(粉煤灰、炉渣)和脱水污泥为原料制备一种高效且价廉的陶粒吸附剂,采用吸附影响因素实验、解吸再生实验、吸附动力学模型和等温吸附模型的拟合以及陶粒表征分析,探究陶粒对Pb²⁺的吸附特性,同时为实现废物资源化利用提供新思路.结果表明：陶粒去除Pb²⁺的较佳吸附条件为粒径4 mm、pH 4.5～5.0、吸附时间360 min、吸附温度25℃.陶粒再生所用较佳解吸剂为0.5 mol/L的HCl溶液,较佳解吸时间和次数分别为120 min和5次,解吸5次后陶粒对Pb²⁺的去除率为92.67%.此吸附过程更好地遵循了准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型.陶粒上的O-H、Si-O和金属氧化键在吸附Pb²⁺的过程中起主要作用.陶粒吸附Pb²⁺后,出现了新的物相Pb2Cl3OH和PbO,陶粒与Pb²⁺之间发生化学吸附,为自发进行的放热反应.陶粒处理实际废水中Pb²⁺的去除率可达93.70...     

粉煤灰固化处理生活垃圾焚烧飞灰效果研究

为了减少生活垃圾焚烧飞灰中重金属等污染物对环境的危害,以粉煤灰和脱硫石膏为原料对生活垃圾焚烧飞灰中重金属进行安全处理。采用机械力化学法探究了脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比、(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰掺加比、球磨频率、球磨时间和养护温度参数对固化体性能的影响。并通过XRD和FTIR手段对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化机制进行了研究。研究结果表明,采用机械力化学法能够显著提升粉煤灰的活性,并使制备出的固化体具有较高的抗压强度。当脱硫石膏与垃圾焚烧飞灰掺加比为1∶4,(脱硫石膏+垃圾焚烧飞灰)与粉煤灰为2∶3,球磨频率30 Hz,球磨时间2 h,养护温度60℃时,固化体28 d抗压强度达到22.3 MPa,并采用AAS测得固化体浸出液中Cd和Zn重金属的浸出量分别仅为0.015 mg/L和0.008 mg/L,均远低于GB 5085.3-2007规定限值。XRD和FTIR表征结果表明,固化体水化过程中生成了水化硅酸钙(C—S—H)和钙矾石(AFt)并分别主要以物理包裹和化学吸附的形式实现了垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化。     

丝瓜络固定颤藻吸附Pb2+的动力学及机理

选取丝瓜络固定颤藻冻干灭活（Freeze-drying-inactivated Oscillatoria lutea Immobilized,FI）和干热灭活（Hot-air-inactivated Oscillatoria lutea Immobilized,HI）为吸附剂,以游离冻干灭活（Freeze-drying-inactivated Oscillatoria lutea Free,FF）和游离干热灭活颤藻（Hot-air-inactivated Oscillatoria lutea Free,HF）作对照,考察pH值、时间、Pb²⁺初始浓度和共存离子对吸附剂吸附溶液中Pb²⁺的影响及机制.结果表明,FI吸附效果优于HI及对照.pH值、时间、Pb²⁺初始浓度和共存离子对FI吸附性能的影响与对HI及对照的影响变化趋势一致;FI和HI吸附容量依赖pH值而变化,当pH值为5时,达到峰值;Pb²⁺初始浓度增加,吸附容量也随着增加,吸附平衡浓度分别为80和60mg/L;吸附平衡时间分别为90和60min;共存离子抑制吸附剂对Pb²⁺吸附,抑制强弱顺序为：Ca²⁺>Mg²⁺>K⁺>Na⁺.4种吸附剂对Pb²⁺的吸附符合准二级动力学方程,吸附过程主要受化学吸附速率影响.FI和FF吸附过程拟合适合Langmuir模型和Freundlich模型,而HI对Pb²⁺的吸附过程符合Langmuir模型,HF对Pb²⁺的吸附过程符合Freundlich模型.傅里叶红外光谱（FTIR）阐释了FI吸附Pb²⁺的主要官能团为氨基和羧基,吸附过程中发生了离子交换、静电吸引和络合作用.循环吸附实验显示了FI在工业处理Pb²⁺中具有很大应用潜力.     

HSO3-强化Fe3+/S2O82-降解水中双氯芬酸

采用HSO₃^-强化Fe³⁺/S₂O₈^2-降解水中双氯芬酸（DCF）,考察了溶液初始pH值,Fe³⁺、HSO₃^-和S₂O₈^2-用量,溶解氧对HSO₃^-/Fe³⁺/S₂O₈^2-体系降解DCF的影响;通过自由基淬灭实验,识别了体系中主要的活性物种;最后,探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化路径.结果表明：HSO₃^-可以明显促进Fe³⁺/S₂O₈^2-对DCF的降解,初始pH 4.0时,DCF降解效果最佳.DCF的降解速率随Fe³⁺或S₂O₈^2-浓度的增大而增大;适量增加HSO₃^-浓度可提高DCF的降解,而过量的HSO₃^-对DCF降解有一定抑制作用.在通入氮气条件下,DCF去除率仅下降10.4%,无明显的抑制作用.自由基抑制实验表明,该体系含有SO₄^·-、HO^·和SO₅^·-3种活性自由基,其对DCF降解的贡献率分别为83.0%、12.8%和4.3%.在HSO₃^-/Fe³⁺/S₂O₈^2-降解DCF的反应中共检测出4种产物,据此提出DCF可能的转化路径为：羟基化、脱羧基、脱水和甲酰化反应.     

碱矿渣胶凝材料固化/稳定化铬污染土壤

使用碱激发矿渣胶凝材料固化/稳定化铬污染土壤。通过改变磨细矿渣掺量、碱激活剂的种类以及液固比,处理得到不同的土壤固化体,测定相应的无侧限抗压强度、Cr(Ⅵ)和总Cr的浸出浓度,以研究碱矿渣胶凝材料的固化/稳定化效果及其影响因素。结果表明:随着磨细矿渣掺量增加,土壤固化体强度增加,Cr(Ⅵ)和总Cr的浸出浓度下降。KOH与固体钠水玻璃组合作为碱激发剂时土壤固化体强度较高,浸出浓度较低。土壤液固比过低对降低浸出浓度不利,而过高则降低固化体强度。在碱的激发作用下,当矿渣掺量30%,液固比0.22时,处理后土壤固化体强度高达10MPa,Cr(Ⅵ)和总铬浸出浓度分别从57mg/L和65mg/L降至0.05mg/L和0.2mg/L以下。     

地聚合物固化重金属Pb2+的研究

利用偏高岭土、水玻璃、氢氧化钠和水合成地聚合物,并以地聚合物固化Pb2+.通过固化体的抗压强度和Pb2+浸出浓度来表征固化效果,通过XRD、SEM、FTIR等手段对地聚合物固化体终产物的结构进行分析,并从固化效果、微观结构、矿物结构等方面,将其与水泥固化作对比,分析地聚合物固化重金属和水泥固化重金属在机制上的区别.结果...     

煤系废物地聚合物稳定/固化重金属离子效果研究

基于传统地聚合物的硅铝质原材料的单一性和局限性限制了地聚合固化技术处置重金属离子的发展,因此,本文研究了煤系废物地聚合物稳定/固化重金属离子的性能.采用活性煤系废物代替常用的低钙粉煤灰、偏高岭土,以碱激发,研究制备了一种新型、高性能无机地聚合物,并对比分析了重金属离子(Co2+、Cr3+、Zn2+、Ni2+)的稳定/固化效果.结果表明,常温(20℃)、相对湿度95%时,煤系废物地聚合物的最佳配比为:煤矸石和粉煤灰的质量比m(G)∶m(CFA)=7∶3、微硅灰质量分数7%,无定形地聚合物凝胶紧密包裹在粉煤灰和煤矸石颗粒周围,固化体表面出现大量鱼鳞片状产物,层层交织,结构体致密.综合固化体抗压强度和浸出毒性的标准,Co2+、Cr3+、Zn2+、Ni2+的理想固化量分别为1.5%、2.5%、2.0%、1.5%,固化效果明显,稳定性良好,长期安全性.     

不同胶结材料对重金属污染土壤的固化效果

利用不同胶结材料对广西某铅锌矿场重金属污染土壤〔w(Pb),w(Cd)和w(Zn)分别为4 375,79.33和13 470 mg/kg)〕进行固化处理.采用TCLP浸提液对固化体进行浸提,根据固化体的浸出性能,评价不同固化剂及辅助剂组合对重金属污染土壤的固化效果.结果表明:m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(生石灰)为2∶1∶1和1∶1∶2的固化剂组合具有很好的固化效果.水泥用量占固化体总量的30%时,3种重金属的固化率均达到99%;水泥+粉煤灰+生石灰固化体系的固化效果仅次于水泥,在m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(生石灰)为1∶1∶2和2∶1∶1时,30%的固化剂用量使3种重金属浸出质量浓度均满足危险废物填埋入场标准;水泥+粉煤灰和粉煤灰+生石灰固化体系的固化性能相对较差,粉煤灰参与固化反应表现出明显的滞后性,当用生石灰作为辅助剂参与反应时,粉煤灰中所含有的活性SiO₂和Al₂O₃在碱性条件下得到激发,从而进一步强化了粉煤灰的固化性能.      

复配材料固化/稳定化重金属污染底泥研究

利用高效重金属稳定化材料与硅酸盐水泥配制复配材料（FP）,用于固化/稳定化重金属污染底泥。设置3个FP掺量梯度:10%、20%、30%;3个固化体养护时间:7,28,42 d;以硅酸盐水泥为对照（CK）。以抗压强度与颗粒固化体浸出浓度为指标,考察FP的固化与稳定化效果。结果表明:相比于原底泥浸出,10%FP掺量下,As的浸出浓度在7 d时已降低93%以上;28 d时,不同FP掺量下Pb的浸出浓度可降低82.5%~97.68%;Cu、Zn的浸出浓度在FP掺量为30%、养护42 d时达最低值,分别下降了60.97%和89.07%。FP组Cu、As的浸出浓度在掺量为10%、养护7 d时已显著低于CK,而其Zn的浸出浓度在FP掺量达30%、养护42 d时显著低于CK（P<0.01）。增加FP掺量、延长养护时间均能显著提高FP组固化体的抗压强度（P<0.05）,在养护42 d时,FP组抗压强度显著高于CK（P<0.05）,当掺量为30%时,FP组抗压强度可达2.1MPa以上。     

Co2+/CaO2/草酸高级氧化体系降解水中SMT的机理研究

过氧化钙(CaO₂)类芬顿反应对痕量有机污染物具有高效的处理效果.本研究建立了新型的Co²⁺/CaO₂/草酸体系,利用草酸缓解Co²⁺沉淀的形成及加速Co³⁺转化为Co²⁺从而增强Co²⁺对CaO₂的活化效率.以磺胺二甲嘧啶(Sulfadimethoxine,SMT)为目标污染物,研究了Co²⁺浓度、CaO₂浓度、草酸浓度、溶液初始pH值和水体中常见离子等因素对Co²⁺/CaO₂/草酸体系活性的影响.结果表明：在Co²⁺/CaO₂/草酸体系中,最佳投加量比例为Co²⁺∶CaO₂∶草酸=2∶1∶1时,反应10 min SMT的降解率可以达到70%,降解速率常数k比Co²⁺/CaO₂体系提升了5.26...     

长期冻融循环下固化铅锌镉复合重金属污染土抗剪强度及浸出特征研究

为了评估长期冻融循环后(最长90d (次))固化复合重金属污染土的的抗剪强度及浸出特征,采用水泥、生石灰和粉煤灰按比例混合的复合固化剂固化/稳定化铅锌镉复合重金属污染土进行三轴压缩试验及毒性特征浸出程序试验.结果表明,固化污染土体的内摩擦角仅在冻融循环3次内有明显增加,增加率高达96.3%;粘聚力在冻融循环30次内总体趋势不断下降,之后无显著变化,最终下降率达到54.23%;Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺浸出浓度与冻融循环次数呈正比;EC值与冻融循环次数在总体上正相关;长期冻融循环作用后浸出液的pH值降低.并通过扫描电子显微镜,进一步探究长期冻融循环下固化污染土抗剪强度及浸出特征的劣化机理,结果显示在冻融循环后期固化土体内生成了大量的延迟钙矾石,这些延迟钙矾石在形成过程中的膨胀作用是引起抗剪强度损失、重金属浸出浓度升高的主要原因.